Определение механических характеристик и изменений в конструкции цельнокатаных колес грузовых вагонов с учетом повышения осевых нагрузок

• Автор: Разумов, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.16.01, 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 195 с. : ил

Оглавление
.
Глава 1. Отечественный и зарубежный опыт изготовления и эксплуатации цельнокатаных колес.

1.1. Развитие отечественных технических требований на цельнокатаные

вагонные колеса

1.2 Современные проблемы эксплуатации цельнокатаных колес на российских железных дорогах.

1.2.1. Повреждения обода.

1.2.2. Повреждения диска.

1.3. Зарубежный опыт производства и эксплуатации цельнокатаных

Глава 2. Улучшение металлургического качества и повышение механических характеристик металла цельнокатаных колес.

2.1. Разработка технических требований к колесам нового поколения. .

2.1.1. Обоснование химического состава стали.
2.1.2. Надежность по отношению к хрупким разрушениям.
2.1.3. Влияние раскисления алюминием и внепечной обработки на свойства колесной стали.
2.1.4. Определение режимов термической обработки.
2.2. Выпуск опытнопромышленной партии колес.
2.2.1. Изготовление опытных колес
2.2.2. Анализ макроструктуры.
2.2.3. Анапиз микроструктуры.
2.2.4. Механические свойства металла опытных колес.
Выводы по главе 2
Глава 3. Разработка конструкции цельнокатаного вагонного колеса с криволинейной формой диска
3.1. Существующие и новые подходы к расчету колес
3.2. Компьютерный расчет конструкций колес на основе использования метода конечных элементов.
3.2.1. Теоретические положения расчетного метода.
3.2.2. Описание программного обеспечения.
3.2.3. Структура исходных данных и алгоритм расчета
3.2.4. Результаты сравнительного расчета колес.
3.3. Выпуск опытнопромышленной партии колес с криволинейным
3.4. Верификация результатов расчета.
Выводы по главе 3
Глава 4. Испытания цельнокатаных вагонных колес нового
поколения.
4.1. Лабораторные стендовые испытания
4.1.1. Методика проведения испытаний
4.1.2. Разработка методики стендовых испытаний колес грузовых
вагонов для перспективных условий эксплуатации.
4.1.3. Усталостные испытания
4.2. Полигонные испытания
4.2.1. Методика проведения испытаний
4.2.2. Результаты испытаний.
Выводы по главе 4
Глава 5. Расчет экономического эффекта от внедрения колесных
пар грузовых вагонов с колесами нового поколения.
Заключение
1. Основные результаты диссертационной работы.
2. Научная новизна результатов теоретических и экспериментальных исследований.
3. Практическая ценность
4. Апробация диссертационной работы.
Список использованной литературы


Необходимо отметить, что диаметр большинства изготавливавшихся до того времени железнодорожных колес составлял мм В рамках ОСТ НКТП /С было принято решение об уменьшении диаметра по кругу катания до 0 мм и установлении толщины обода цельнокатаного колеса на уровне мм, что обеспечивало запас на износ и обточку в размере мм [ ]. Уменьшение диаметра с до 0 мм позволило сэкономить на каждом четырехосном вагоне около 0,5 т металла. После ОСТ НКТП / было выпушено еще 4 государственных стандарта на конструкцию и размеры цельнокатаных колес, основные требования которых представлены в табл. Таблица 1. ОСТ/ НКТП / 0* *1? ГОСТ 0- 0* * 1 зо*3 ! Из табл. Кроме того, для улучшения взаимодействия с путем и снижения износа, модифицировались параметры поверхности катания |1. Изменение толщины диска в приободной зоне с течением времени объясняется тем, что подавляющее число усталостных разрушений дисков происходило именно в этом месте, где возникают максимальные напряжения от эксплуатационных нагрузок 2]. С целью повышения демпфирующей способности плоскоконического диска и, соответственно, снижения эксплуатационных напряжений в нем, в г. Однако, это снижение совпало с ростом интенсивности перевозок и скоростей движения, что с учетом несовершенства самой конструкции привело к увеличению числа изломов колес в эксплуатации. В связи с этим толщину диска в приободной зоне стали вновь увеличивать, что, однако не остановило рост случаев изломов цельнокатаных колес (см. С г. Рис. Данная конструкция колеса грузового вагона сохранилась до настоящего времени практически без изменений, за исключением толщины диска в приободной зоне (сейчас ее номинальный размер составляет мм) и номинального диаметра по кругу катания (7 мм). Обод колеса является элементом, непосредственно контактирующим с рельсовым путем и воспринимающим значительную долю внешних механических и тепловых воздействий. Это обуславливает его наибольшую повреждаемость в эксплуатации по сравнению с другими элементами колеса. Кроме того, состояние поверхности катания обода и его геометрия оказывают значительное влияние на работу колеса и тележки в целом в части динамического поведения. Ларин Т. В., Кислик В. А., Кривошссв В. Н., Узлов И. Г., Иоффе А. М., Девяткин В. П., Школьник Л. М. и многие другие, по данному вопросу опубликовано значительное число статей и книг [, , , , , , , 1, поэтому ограничимся лишь основными сведениями о видах повреждений и причинах их возникновения. Образование повреждений первой группы может быть связано с тепловым воздействием на обод со стороны колодок при торможении или с возникновением нештатных ситуаций в эксплуатации (проскальзывание, юз, боксование и т. К повреждениям данной гртшы относятся ползуны, навары, термические трещины, выщербины 1 и 3 типов. Это приводит к тому, что до % выделяемого при торможении тепла отводится в обод. В отдельных случаях, например при экстренном торможении, температуры на поверхности катания колес могут достигать 0-0°С [, , , , ] что вызывает появление значительных растягивающих напряжений и протекание пластической деформации при последующем быстром охлаждении. Многократное повторение указанных процессов приводит к образованию в ободе трещин термической усталости [, ]. Их быстрому возникновению может способствовать формирование в металле хрупких закалочных структур при достижении температур фазовых превращений. Процесс развития поперечных трещин термической усталости в случае их распространения на незначительную глубину (до 3 мм) чаще всего заканчивается выкрашиванием частиц металла с поверхности катания []. Такой дефект относится к выщербинам 3 типа (рис. Рис. Выщербины 3 типа Навары образуются при нарушениях в работе тормозных систем, когда тормозная сила начинает превышать силу сцепления между колесом и рельсом, в результате чего колесо начинает проскальзывать по рельсу [, ]. Рис. Рис. Нарушения в процессе торможения, сопровождающиеся проскальзыванием колеса по рельсу, являются причиной образования ползунов []. Вторая группа повреждений представлена дефектами гребня (остроконечный накат, тонкий гребень, вертикальный подрез гребня), износом поверхности катания (прокат), выщербинами 2 типа.