Совершенствование технологии ремонта надрессорной балки и боковых рам тележки грузового вагона
Скачать 256.53 Kb.
|
На правах рукописи Муравьев Дмитрий Валерьевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА НАДРЕССОРНОЙ БАЛКИ И БОКОВЫХ РАМ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА Специальность 05.22.07 – «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация» Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Омск 2009 Работа выполнена в ГОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ))». Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Рауба Александр Александрович. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Николаев Виктор Александрович. кандидат технических наук, начальник инструментального цеха ФГУП «ОМО им. Баранова» Нуртдинов Юрий Рашитович. Ведущая организация: ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС)». Защита диссертации состоится « 29 » апреля 2009 г. в 9-00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при ГОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ))» по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 219. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ))». Автореферат разослан « » марта 2009 г. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.007.01. Тел./факс: (3182) 31-13-44; e-mail: nauka@omgups.ru. Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор О. А. Сидоров _______________________ © Омский гос. университет путей сообщения, 2009 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Увеличение межремонтного пробега грузовых вагонов обусловливает актуальность проблемы повышения износостойкости и ресурса восстановленных несущих деталей тележки – надрессорной балки и боковых рам, поскольку свыше 16 % отцепок вагонов в текущий ремонт связано с отказом этих деталей по причине сверхнормативного износа рабочих поверхностей трения. Около 43 % деталей тележки, поступающих в деповской ремонт после регламентированного межремонтного пробега, имеют износ поверхностей, на 25 – 35 % превышающий предельно допустимые значения. По опубликованным данным в среднем по сети дорог около 11 % вагонов после деповского ремонта не обеспечивают нормативного пробега. Более 83,6 % деталей грузовых вагонов восстанавливаются наплавкой с последующей механической обработкой. Качество ремонта надрессорной балки и боковых рам по существующей технологии не обеспечивает нормативного пробега тележки между ремонтами в 120 тыс. км, так как ресурс этих деталей по сравнению с новыми снижается на 27 – 33 %. В связи с этим приоритетными являются задачи исследования влияния параметров качества восстановления поверхностей на процесс изнашивания деталей в эксплуатации после ремонта. Проблема обеспечения нормативного межремонтного пробега грузового вагона за счет повышения износостойкости деталей тележки является комплексной и предполагает применение современных методов прогнозирования износа и технологического обеспечения ресурса восстановленных деталей. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Программой ресурсосбережения на железнодорожном транспорте на 1999 – 2005 гг. с перспективой до 2015 г., хоздоговорными работами на 2004 – 2007 гг. с предприятиями Западно-Сибирской железной дороги – филиала ОАО «РЖД». Цель диссертационной работы – повышение качества ремонта надрессорной балки и боковых рам тележки грузового вагона техническими и технологическими методами, способствующими увеличению износостойкости и ресурса этих деталей в эксплуатации путем обеспечения рационального диапазона размеров и геометрических параметров макро- и микронеровностей рабочих поверхностей трения. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: методами физико-математического моделирования исследовано влияние отклонений размерных и геометрических параметров поверхностей трения надрессорной балки и боковой рамы на процессы изнашивания и усталостного разрушения этих деталей в эксплуатации; экспериментально обоснован выбор размерных и геометрических показателей качества рабочих поверхностей надрессорной балки и боковых рам тележки грузового вагона после восстановления наплавкой и механической обработкой, а также рациональных пределов значений этих параметров, способствующих обеспечению межремонтного ресурса тележки в эксплуатации; выполнены экспериментальные исследования по разработке конструкции специальных режущих инструментов и оптимизации параметров режима механической обработки наплавленных поверхностей деталей тележки, обеспечивающих рациональные показатели качества их ремонта; разработаны и внедрены рекомендации по совершенствованию технологии ремонта надрессорной балки и боковой рамы, которые позволили повысить производительность и снизить себестоимость восстановления изношенных поверхностей трения. Объектом исследования являлись надрессорная балка, боковая рама тележки грузового вагона модели 18-100, определяющие ресурс экипажной части и безопасность движения подвижного состава и технология их ремонта. Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы математической статистики, энергетический метод Лагранжа, физико-математическое моделирование процесса изнашивания, методы планирования инженерного эксперимента и корреляционно-регрессионный анализ. Научная новизна заключается в предложенных физико-математических моделях, описывающих процесс изнашивания и усталостного разрушения поверхностей деталей тележки, работающих в условиях трения и динамического нагружения; в разработанных математических моделях, описывающих скорость изнашивания деталей по межремонтному пробегу в зависимости от изменения размерных и геометрических параметров контактирующих поверхностей; в составленной методике прогнозирования ресурса литых деталей тележки по допустимому износу, установленному по технологии ремонта, в зависимости от размерных и геометрических показателей качества восстановленных рабочих поверхностей трения. Практическая значимость исследования состоит в следующем:
Реализация результатов работы.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на межрегиональной научной конференции «Молодежь и наука – третье тысячелетие» (Красноярск, 2005); второй международной науч.-техн. конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2006); первой и второй науч.-практ. конференциях «Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте» (Омск, 2006 – 2008); втором съезде инженеров Сибири «Сильные инженерные школы. Технологический прорыв Сибири» (Омск, 2008). Публикации. Положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах, из которых две – в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения с выводами, библиографического списка из 163 наименований и трех приложений. Содержание работы изложено на 197 машинописных страницах, в состав которых входят 22 таблицы и 51 рисунок. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение содержит изложение состояния вопроса исследования, основных направлений исследований и планируемых результатов работы. В первой главе обоснована актуальность научно-технической проблемы, сформулированы цель и поставлены задачи исследования, приведены сведения об условиях эксплуатации литых деталей тележки модели 18-100, возникающих видах износа и дефектов рабочих поверхностей трения и причинах, порождающих данные дефекты при контактировании деталей ходовой части. Анализ статистических данных эксплуатации деталей тележек за период 2004 – 2008 г. показал, что по допустимому износу надрессорной балки фактический пробег тележки составляет 88,06 тыс. км, а по допустимому износу боковой рамы – 96,62 тыс. км, что не соответствует нормативному межремонтному пробегу в 120 тыс. км. Установлено, что при поступлении в деповской ремонт восстановлению по износу рабочих поверхностей трения подлежат более 87,6 % надрессорных балок и 68,4 % боковых рам. Трудами ученых Берлингера Э. М., Боудена Ф., Брауна Э., Демкина Н. Б., Дроздова Ю. Н., Крагельского И. В., Рыжова Э. В., Чичинадзе А. В. установлено, что снижение износа деталей может быть обеспечено путем оптимизации геометрических и размерных параметров рабочих поверхностей при ремонте. Исследования ученых Бабенко Э. Г., Верхотурова А. Д., Костенко Н. А., Попова С. И., Пранова А. А., Севериновой Т. П. по продлению ресурса деталей тележки направлены на снижение темпов развития усталостных дефектов за счет упрочнения трещиноопасных зон, тогда как влияние геометрических параметров поверхностей трения на ресурс деталей не исследовалось. Поскольку основным способом восстановления деталей в настоящее время является наплавка с последующей механической обработкой до ремонтных размеров, обоснование значений показателей качества поверхностей после ремонта и их технологическое обеспечение является целью данной диссертационной работы. Во второй главе приведены результаты физико-математического моделирования влияния размерных и геометрических параметров деталей тележки на динамику четырехосного грузового вагона и процесс изнашивания рабочих поверхностей при контактном взаимодействии деталей в узлах трения. Исследования таких видных ученых в области динамики подвижного состава, как Анисимов П. С., Богомаз Г. И., Бороненко Ю. П., Вериго М. Ф., Вершинский С. В., Галиев И. И., Доронин В. И., Жуковский Н. Е., Коссов В. С., Котуранов В. Н., Лазарян В. А., Лапшин В. Ф., Лукин В. В., Петров Г. И., Смольянинов А. В., Ушкалов В. П., Хусидов В. Д. и др. обосновали проблему обеспечения эксплуатационных свойств тележки при низкой себестоимости и высоком качестве ее обслуживания и ремонта. С помощью энергетического метода Лагранжа сформирована математическая модель динамики 4-осного грузового вагона, позволяющая оценить уровень динамической нагруженности элементов и контактных взаимодействий в сопрягаемых узлах, предопределяющих степень износа надрессорной балки и боковых рам. Модель учитывает действие моментов трения в узле 1 («пятник – подпятник») и наличие зазоров в узле 2 («букса – буксовый проем») (рис. 1, а). Согласно схеме возникновения элементарных сил трения dFтр в узле «пятник – подпятник» при повороте кузова вагона относительно надрессорной балки на элементарный угол dφ (рис. 1, б) составлено уравнение (1) расчета момента трения в подпятнике Мтр. Уравнение (1) учитывает дискретное распределение вертикальной нагрузки по контурной площади контакта, размеры, макро- и микрогеометрию опорной поверхности подпятника, которые определяются технологией механической обработки надрессорной балки при ремонте:
г   де Рв – вертикальная нагрузка на подпятник; Rн, Rв – радиусы наружного и внутреннего буртов подпятника; Wa – высота волнистости; rw – радиус скругления вершины волны; µ – коэффициент трения-скольжения. а б Рис. 1. Тележка грузового вагона модели 18-100 (а) и расчетная схема к определению момента трения в подпятнике (б) Анализ графиков на рис. 2, а позволил установить, что увеличение наружного радиуса подпятника до допустимого значения 152,5 мм при выпуске из деповского ремонта способствует повышению момента трения на 2,04 %, а в процессе изнашивания подпятника до 160 мм – на 11,25 %. Изменение волнистости Wa подпятника (рис. 2, б) в диапазоне от 20 до 120 мкм увеличивает момент трения по площадкам фактического контакта в 2,23 раза. При этом нарушается динамическое равновесие надрессорных балок и кузова и ускоряется износ подпятника вследствие увеличения нормальной нагрузки на подпятник.         1 2 3 4 5       6 1 2 3 4 5  а б Рис. 2. Влияние волнистости поверхности на момент сил трения в подпятнике надрессорной балки, Wa – мкм, Rн – мм: а) Wa: 1 – 20; 2 – 40; 3 – 60; 4 – 80; 5 – 120; 6 – без учета волнистости; б) Rн: 1 – 151; 2 – 154; 3 – 157; 4 – 160; 5 – 163 Моделирование контактного взаимодействия проводилось в два этапа согласно схеме контакта неровностей со сферической формой вершин, которая удовлетворяет всем условиям контакта, поскольку обладает осевой симметрией. На первом этапе определены основные параметры контакта шероховатых поверхностей деталей тележки: контурная площадь контакта Ас контурное давление по вершинам неровностей рс, сближение неровностей в контакте α. Анализ зависимостей позволил определить, что сближение поверхностей α при изменении волнистости Wa от 40 до 180 мкм увеличивается на 34 – 47 % поскольку контурное давление по вершинам неровностей достигает 870,837 МПа и превышает предел текучести материала деталей (стали 20ГЛ) в 2,45 раза. Картина рассмотрения контактного взаимодействия деталей тележки на втором этапе была сведена к описанию модели усталостного разрушения поверхностей, которая характеризуется фактическим объемом деформированного металла Vr. Она основывается на построении кривой опорной поверхности 1, описывающей траекторию деформирования профиля неровностей 2 и позволяющей создать схему определения объема деформируемого металла (рис. 3, а). При этом площадь деформации отдельных неровностей на каждом элементарном участке деформирования шероховатой поверхности представляется как dAr, а остаточная глубина деформации – dh, откуда объем dVr = dArdh. Решение тройного интеграла  при моделировании деформации единичной неровности со сферической вершиной радиусом r при условии Ar = πr2, позволило вывести уравнение расчета объема деформированного материала Vr по контурной площади контакта Ас, учитывающее влияние волнистости Wa и шероховатости Rz рабочей поверхности трения детали:
В соответствие с уравнением (2) построены графики функций объема металла при деформации Vr1 = f1(Wa) и Vr2 = f2(Wa) – рабочих поверхностей надрессорной балки и боковой рамы тележки за один цикл нагружения (рис. 3, б).       1 2 3 4 5 а б dh     Рис. 3. Результаты физико-математического моделирования: а – схема разрушения неровностей поверхностей; б – зависимости Vr1 = f1(Wa) и Vr2 = f2(Wa): 1 – опорная поверхность подпятника; 2 – наклонная плоскость; 3 – наружный бурт; 4 – опорная и 5 – направляющая поверхности буксового проема |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Патентам и товарным знакам (19) В консольную часть рамы вагона введены две средние продольные балки, выполненные из z-образного профиля, соединяющие, соответственно,... | | Методические указания по выполнению реферата по дисциплине "процессы... Методические указания предназначены в помощь студентам при выполнении реферата по дисциплине "Процессы соединения, сборки и ремонта... |
| Технология ремонта и технического обслуживания электрических сетей Вл в целом или отдельных ее элементов путем ремонта изношенных деталей и элементов или замены их более прочными и экономичными, улучшающими... |  | Федерации федеральное государственное образовательное учреждение... Бестраншейные технологии ремонта трубопроводов: Монография. Краснодар: Куб. Гау, 2009. 192 с |
| Методические рекомендации формирования краткосрочных планов капитального ремонта мкд на 2014 год Министерства строительного комплекса Московской области, некоммерческой организации «Фонд капитального ремонта общего имущества многоквартирных... | | Моу средняя общеобразовательная школа Оборудование урока: Две тележки, презентация, штатив, два шарика на нитях, проектор |
| Цены на изготовление тентов пвх для грузового транспорта | | Эффективные материалы для ремонта кровли зданий. Графики их сопоставления срокам службы Целью работы является оценка экономической эффективности выбранных четырех материалов: Профнастил Н114 оцинкованный 0,8 мм Техноэласт... |
| Эффективные материалы для ремонта кровли зданий. Графики их сопоставления срокам службы Целью работы является оценка экономической эффективности выбранных четырех материалов: Профнастил Н114 оцинкованный 0,8 мм Техноэласт... | | 1. Характеристика условий перегрузки заданного груза Особенности грузового модуля и расчетного типа судна |
| О порядке уплаты денежных средств на проведение капитального ремонта в 2014 году в городе миассе Елябинской области от 20. 06. 2014 г. №306-п утвержден Краткосрочный план реализации региональной программы капитального ремонта... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Деформация растяжения (сжатия); определение продольной силы, нормальных напряжений в сечениях балки |
| Совершенствование технологии и средств контроля скрученности коленчатых валов двс | | Урок на тему: «Ансамблевое музицирование в классе баяна, аккордеона» Проводит лауреат Международных конкурсов, преподаватель рам им. Гнесиных селиванов александр Владимирович |
| Е-mail; название статьи; номер квитанции почтового перевода или платежного... Иванов, И. И. Перспективные технологии безопасного обслуживания и ремонта подвижного состава / И. И. Иванов, А. А. Петров // Приоритетные... | | Установка для оценки усталости асфальтобетона при циклических динамических воздействиях По п. 1, в которой измерения нагружающего усилия выполняют с помощью датчика усилия в виде балки равного сопротивления |
