Обеспечение работоспособности цельнокатаных колес повышенной твердости, поступающих в ремонт с термомеханическими повреждениями

• Автор: Обрывалин, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ В1РОСА

1.1 Особенности эксплуатации вагонных колес из стали повышенной твердости

1.1.1 Анализ процесса взаимодействия твердого колеса и рельса.

1.1.2 Анализ причин изъятия твердых колес из эксплуатации в ремонт

1.2 Анализ существующей технологии ремонта вагонных колес из

стали повышенной твердости

1.2.1 Особенности процесса механической обработки твердых колес

1.2.2 Анализ причин выхода из строя режущего инструмента при восстановлении профиля вагонных колес повышенной твердости

1.2.3 Способы восстановления профиля колес повышенной твердости

1.3 Цель и задачи исследования
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КАЧЕСТВА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ПРОБЕГ КОЛЕС МЕЖДУ ОБТОЧКАМИ.
2.1 Анализ качества поверхности колеса после механической обработки
2.2 Математическое моделирование процесса контактного взаимодействия рельса с колесом, содержащим макровыступ
2.3 Исследование влияния значений контактных напряжений на усталостную долговечность колесной стали повышенной твердости.
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ ВАГОННОГО КОЛЕСА ПОВЫШЕННОЙ ТВЕРДОСТИ
НА ЕГО ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ РЕЗАНИЕМ
3.1 Состояние поверхности катания и поверхностного слоя вагонного
колеса повышенной твердости.
3.2 Выбор показателей оценки обрабатываемости колес резанием
3.3 Экспериментальное исследование процесса прерывистого резания колесной стали повышенной твердости.
4 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ ВАГОННЫХ КОЛЕС ПОВЫШЕННОЙ ТВЕРДОСТИ.
4.1 Разработка метода улучшения обрабатываемости срезаемого
слоя при обтачивании обода вагонного колеса
4.2 Выбор характеристик шлифовальных кругов для удаления термомеханических повреждений методом местного силового
врезного шлифования
4.3 Определение режимов резания местного силового врезного шлифования
4.4 Теплофизический анализ контактной зоны взаимодействия шлифовального круга с поверхностью колеса.
4.5 Состояние поверхности вагонного колеса после удаления термомеханических повреждений.
4.6 Разработка технологии механической обработки вагонных
колес повышенной твердости.
4.7 Оптимизация режимов резания при восстановлении профиля
вагонного колеса на колесотокарном станке
4.8 Анализ процесса обточки твердых колес по существующей и разработанной технологиям
4.9 Результаты производственного эксперимента
5 ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Поэтому на протяжении нескольких циклов взаимодействия металл здесь интенсивно течет — на гребне в направлении поверхности катания, а на выкружке рельса - в направлении подошвы. Контактные давления при этом быстро снижаются, но пластическое течение продолжается в течение еще многих циклов взаимодействия. Основным критерием повреждаемости является не степень пластической деформации, а ее неоднородность. Проведенные эксперименты показывают, что если бы колеса и рельсы имели бы, абсолютно конформные профили или быстро их приобретали, то они ire выходили бы из строя по контактно-усталостному разрушению. Проблема заключается в том, что, во-первых, — колеса подвижного состава не имеют единого профиля, во-вторых, - из-за частого перепрофилирования и замены колес и рельсов их профили постоянно изменяются и, в-третьих, - из-за извилистого движения на прямых участках пути и перекосной установки в кривых колеса первой и второй колесной пары катятся различными окружностями. Ключом к решению проблемы повреждаемости контактных поверхностей колес и рельсов является конформность []. Применяя конформные профили, можно в 2 - 5 раз снизить боковой износ и при этом уменьшить контактно-усталостную повреждаемость колес и рельсов. Значительно снизить износ колес и рельсов возможно за счет поиска оптимума в соотношении между твердостью колесной и рельсовой сталями. Известно, что контактно-усталостная долговечность стали, возрастает пропорционально квадрату твердости, а так же возрастает сопротивление изнашиванию, но несколько медленнее [,]. Как показывает современный международный опыт [,7], соотношение прочностных характеристик колес и рельсов составляет примерно 1-1,1. В России на протяжении последних семидесяти лет это соотношение менялось следующим образом: - г. НВК. НВР«0,, - г. НВК/НВР= 1,-1,, - г. НВК/НВР«0,. Твердость. Рисунок 1. Данные экспериментальных исследований по оценке интенсивности изнашивания металлов колеса и рельса, проведенные учеными ПГУПСа и ВНИИЖТа показывают, что увеличение твердости колесной стали с 5 НВ до 0 НВ приводит к снижению износа колеса рисунок 1. При повышении твердости металла колеса более 0 НВ наблюдается увеличение интенсивности изнашивания рельса. По данным рисунка 1. НВ, т. НВ,/НВР«0,. Однако, увеличение твердости может быть одной из причин увеличения повреждаемости колес и рельсов. Как уже упоминалось, реальные контактные напряжения, обусловлены некруглостыо колес и неровностью рельсов, постоянным изменением их профилей и колебаниями скоростей и нагрузок в КРТ, превосходят предел текучести, даже закаленной на мартенсит стали. Все системы качения, в том числе закаленные на высокую твердость, имеют период приработки, в котором происходит пластическое обмятие поверхностей и приближение их формы к форме идеальных тел качения. Возможность приработки резко уменьшается по мере повышения твердости и снижения пластичности. Поэтому в сложившихся условиях, критическая деформация на твердых сталях накапливается даже быстрее, чем на мягких. Чтобы избежать этого, увеличение твердости должно сопровождаться увеличением конформности профилей. Чем больше различие элементов по твердости, тем медленнее прирабатывается твердый элемент и тем быстрее мягкий элемент выходит из строя. Исходя из требований равнопрочности системы, трибоэлементы должны иметь приблизительно одинаковую твердость. Поскольку зоны контактных поверхностей колес и рельсов, воспринимающие боковые и вертикальные усилия, работают в различных условиях, то, как неоднократно указывалось, существенно увеличить срок службы КРТ можно за счет дифференцированной закалки рабочих поверхностей колес и рельсов, реально твердость поверхностей катания можно довести до 0 HV, а боковых поверхностей до 0 HV [8,,,0]. Из выше изложенного следует что, несомненно, твердое колесо изнашивается в процессе эксплуатации гораздо медленнее, чем мягкое. Однако повышение твердости колеса должно сопровождаться увеличением конформности профилей колеса и рельса с целью снижения контактно-усталостных повреждений.