Повышение прочности цельнокатаных колёс железнодорожного подвижного состава

• Автор: Кононов, Дмитрий Павлович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 174 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ Ж. Д. ТРАНСПОРТА И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ПО РАЗРУШЕНИЮ КОЛС

1.2. АНАЛИЗ И КЛАССИФИКАЦИЯ ФАКТОРОВ, ВЫЗЫВАЮЩИХ УСТАЛОСТНЫЕ РАЗРУШЕНИЯ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛС.

. 1.2.1. Виды разрушений.

1.2.2. Классификация факторов, вызывающих усталостные

разрушения.

1.3. АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РАБОТ ПО ПОВЫШЕНИЮ

ПРОЧНОСТИ И УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛС ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ

1.3.1. Критерий наджности цельнокатаных колс

1.3.2. Конструкционные методы повышения усталостной прочности колс

1.3.3. Технологические методы повышения усталостной прочности
1.4. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2. НАПРЯЖННОДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛС ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ОСЕВЫХ НАГРУЗКАХ И ТОЛЩИНЕ ОБОДА.
2.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОЦЕНКИ НАПРЯЖННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОЛЕСА С УЧТОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ
2.1.1. Механические нагрузки
2.1.2. Термические нагрузки.
2.1.3. Оценка уровня остаточных напряжений
2.1.4. Монтажные напряжения.
2.2. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ.
2.3. ПРОГРАММА РАСЧТА И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
2.4. ВЫВОДЫ
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛС С ЛОКАЛЬНОУПРОЧНННЫМ ДИСКОМ
3.1. РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ.
3.2. МЕТОД ЛОКАЛЬНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ ДИСКА
3.3. МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ТВРДОСТИ МЕТАЛЛА ДИСКА КОЛЕСА.
3.4. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ОЦЕНКЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ.
3.5. ВЫБОР МЕТОДА ОЦЕНКИ НАПРЯЖННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ, ОСНОВНЫЕ УПРОЩЕНИЯ
3.6. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧТА И ГРАНИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ.
3.7. ВЫВОДЫ
4. ПОВЫШЕНИЕ УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ С ПОМОЩЬЮ ОБТОЧКИ ДИСКА.
4.1. ПРЕДПОСЫЛКИ К РАЗРАБОТКЕ МЕТОДИКИ РАСЧТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО
СЛОЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
4.2. РАСЧТ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛС.
4.3. РАСЧТ ВЫСОТЫ НЕРОВНОСТЕЙ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ С УЧТОМ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
4.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ И СТЕПЕНИ НАКЛПА ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ.
4.5. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДИСКА НА ПРЕДЕЛ ВЫНОСЛИВОСТИ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛС
4.6. ВЫВОДЫ.
5. РЕАЛИЗАЦИЯ И ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.
5.1. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ НАТУРНЫХ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ
5.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ЛОКАЛЬНОГО УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ДИСКА КОЛЕСА.
5.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС УПРОЧНЕНИЯ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛС ОБТОЧКОЙ ДИСКА.
5.4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕДЛАГАЕМЫХ МЕРОПРИЯТИЙ.
5.5. ВЫВОДЫ.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Не менее существенным является то обстоятельство, что наличие таких дефектов на поверхности катания, как показали исследования , может стать причиной повреждений, приводящих к изломам колс. Выяснение природы происхождения повреждений цельнокатаных колс является одной из основных задач при решении вопросов их наджности и долговечности. Обобщение результатов массовых исследований разрушившихся колс представляет большой интерес, так как типичные поломки деталей во многих случаях дают возможность непосредственно по их типу сделать заключение о причинах повреждений и разработать мероприятия по повышению их наджности и долговечности. Усталостные трещины в основном появляются в приободной части диска с внутренней стороны колеса на расстоянии мм от обода, причем места их возникновения располагаются у колс по ГОСТ на механически необработанной поверхности диска. Процесс возникновения и развития усталостных трещин является двухстадийным. Возникновению трещины предшествует стадия накопления усталостных повреждений, приводящих к необратимым структурным изменениям материала. На ранних стадиях циклического деформирования происходит эволюция дислокационной структуры. В стадии зарождения усталостной трещины выделены периоды циклической микротекучести, циклической текучести, циклического упрочнения и зарождения усталостных микротрещин , . Накопление необратимых явлений усталостного происхождения выражается в возникновении и движении дислокаций, образовании вакансий, смещении зрен и сдвигах внутри них, разрыхлении кристаллической рештки и др. На поверхности, кроме того, происходит окисление, адсорбция, возникновение экструзии и интрузии, избирательная пластическая деформация, что приводит к изменению микрогеометрии. Возникновение усталостной трещины связывают с образованием в локальном объме материала критической плотности дислокаций. Вторая стадия усталости рост макроскопической усталостной трещины, завершающийся хрупким изломом детали. Процесс роста самой трещины разделяют на три этапа , , , . На первом переходном этапе длина и скорость увеличения трещины невелики, на поверхности в зоне очага отсутствует чтко выраженная бороздчатость, развитие трещин происходит вдоль плоскостей скольжения. Второй этап трещина растт перпендикулярно к внешним напряжениям это период установившегося роста трещин. Скорость роста трещины на этом этапе пропорциональна е длине. Третий период протекает при катастрофическом росте усталостной трещины и завершается доломом колеса. Основной причиной усталостных разрушений колс в эксплуатации является общее снижение усталостной прочности колеса, обусловленное влиянием множества взаимосвязанных факторов. По предложенной классификации их можно разделить на две группы факторы, связанные с технологией изготовления колс, и факторы, связанные с особенностями их эксплуатации рис. Снижение усталостной прочности колс, обусловленное эксплуатационными факторами, преимущественно объясняется возникновением различного рода дефектов на поверхности катания, а также нарушениями норм загрузки вагонов. Заниженная толщина обода снижение меньше предельно допустимой толщины обода, указанной в ПТЭ железных дорог РФ для колс грузовых вагонов эта величина составляет мм, для колс скоростных поездов мм. Заниженная толщина обода приводит к значительному увеличению напряжений в приободной части диска при эксплуатации колеса. Наиболее неблагоприятно сказываются на уровне напряжнного состояния колеса такие дефекты как неравномерный прокат, ползуны, навары и выщербины. Неравномерный прокат значительно увеличивает динамические силы взаимодействия колеса и рельса. В работе показано, что наиболее опасным в отношении интенсивного развития дефектов и высокого уровня сил и ускорений является неравномерный прокат колс. Он вызывает максимум сил и ускорений в диапазоне высоких скоростей и возрастает с увеличением жсткости пути. Эксплуатация колс, имеющих на поверхности катания ползуны, резко увеличивает динамические силы взаимодействия колеса и рельса . Так например, при глубине ползуна 0,9 мм напряжение в диске возрастает на .