Причины обточек бандажей колёсных пар

1 – 630; 2 – 500; 3 – 380

Технология ЭДУ тоже имеет несколько существенных недостатков. В связи с тем, что тепловое воздействие на металл осуществляется электрической дугой прямого действия, то на его поверхности реализуются значительные тепловые потоки (около 10⁸ Вт/м²), приводящие к уменьшению толщины закаленного слоя и высокой твердости его в приповерхностных слоях. Так, толщина закаленного слоя равна 0,7 мм, т.е. ниже, чем при упрочнении лазером, а твердость – 860 НV.

Высокую твердость обуславливает образование «жестких» мартенситных структур в приповерхностных слоях и, как следствие, повышенные значения напряжений, которые могут приводить к образованию микротрещин. Анодное пятно, в котором происходит основное выделение тепла в процессе закалки при ЭДУ, движется не равномерно по поверхности гребня, а дискретно – с некоторым шагом. При этом происходит подплавление металла в месте «привязки» анодного пятна, что приводит к неоднородности закаленного слоя по ширине и, соответственно, к дополнительной концентрации напряжений.

Технология ППУ также использует азот особой чистоты, но в гораздо большем объеме – 10 нм³/ч. Время упрочнения при этой технологии в 5 – 6 раз больше, чем, например, при МПУ, что приводит к значительным энергозатратам (приблизительно 100 кВт-ч/колесо). Маленькая скорость закалки как следствие относительно низких тепловых потоков, реализуемых на поверхности гребня, может приводить к росту зерна закаленного слоя и, соответственно, к снижению его прочностных характеристик.

Высокотемпературная газовая струя, истекающая из щелевой насадки, и два работающих плазменных генератора так же, как и в предыдущем способе, создают высокий уровень шума, что требует звуковой изоляции и затрудняет использование метода ППУ под локомотивом. Глубина слоя закалки по этой технологии также невелика – 1,2 мм.

Ко всему прочему, выше указанные методы упрочнения не дают мгновенно (в считанные доли секунды) поменять величину теплового потока в материал непосредственно в процессе упрочнения для предотвращения подплавления поверхности, например, в случае внезапного нарушения равномерности вращения колеса, либо при попадании в зону обработки локальных неоднородностей металла (микропор или раковин).

В настоящее время широкое применение для упрочнения гребней колес (в т.ч. и в локомотивном депо) получила технология МПУ с использованием плазменного генератора с вынесенной электрической дугой, управляемой магнитными полями. Эта технология позволяет получать упрочненный слой на всей поверхности гребня за один проход. Глубина закаленного слоя здесь в 3 раза больше, чем при ЭДУ и в 2 раза больше, чем при ППУ, что обеспечивает больший ресурс упрочненного слоя при эксплуатации закаленных бандажей.

Шум при истечении плазменной струи из сопла катодного узла ниже, чем в ЭДУ, ППУ, ПДД, что позволяет применять эту технологию без звукоизолирующих систем, как под локомотивом, так и с выкаткой колесных пар. Время обработки одного колеса по этой технологии составляет 6 мин, что в 12 раз меньше, чем при ППУ.

В связи с тем, что анодные пятна при сканировании плазменного шнура располагают на поверхности вращающегося анода, то закаленный слой формируется однородным по всей ширине обработки (в отличие от ЭДУ). Расход плазмообразующего газа (азота) составляет 0,35 нм³/ч, что в 20 раз меньше, чем при ПДД и в 30 раз меньше, чем при использовании азота в ППУ. Кроме того, в отличие от вышеназванных технологий используется азот не ОСИ, а технический азот — чистоты 99,5 %.

Итак, плазменная технология, использующая плазмотрон с вынесенной электрической дугой, управляемой магнитными полями, имеет вышеперечисленные технологические преимущества перед другими способами закалки и позволяет получать более качественные упрочненные слои на гребнях локомотивных и вагонных колес. По сравнению с другими технологиями предлагаемая позволяет создавать более низкую твердость поверхностного закаленного слоя на всю ширину гребня, что имеет ключевое значение при эксплуатации упрочненных колес.

В процессе закалки оператор может с помощью системы магнитных полей точно сориентировать на гребень зону закалки, а также во время самого процесса активно и оперативно изменять интенсивность теплового потока в поверхность гребня (приближая или удаляя плазменный шнур к его поверхности), тем самым избегать подплавления, например, в случае неоднородности металла.[8]

1.6. Анализ влияния магнитоплазменного упрочнения на интенсивность износа гребней колёсных пар локомотивов в локомотивном депо.

В депо с 2002 года введена в эксплуатацию установка по магнитоплазменному упрочнению гребней бандажей колесных пар локомотивов УМПУ-2. Организация поставщик ВНИИЖТ. Наиболее интенсивно установка использовалась в период с 2006 по 2009 год.

Мною был проведен анализ влияния магнитоплазменного упрочнения на интенсивность износа гребней колёсных пар локомотивов в локомотивном депо.

Для анализа было взято 4 локомотива со стандартными колесными парами и 4 локомотива после проведения магнитоплазменного упрочнения гребней колёсных пар.

По методике разработанной ВНИИЖТ и утвержденной ЦТ, была определена интенсивность износа.

Пробеги локомотивов взяты из книги учета пробегов локомотивов формы ТУ-27, замеры колесных пар были взяты из книг ремонта локомотивов формы ТУ-28.

Были получены следующие данные:

1.4.1. Локомотивы с упрочненными колёсными парами.

Таблица 4

Дата замера	№ лок	1 КП	2 КП	3 КП	4 КП	5 КП	6 КП	7 КП	8 КП
05.02.10		31,5		31,5			30,5	30,5
30,5	30,5		30,5	31,5			30,5
16.04.10		30,5	30,5		29,5	28,5		29,5	30,5
		30,5				30,5
Износ		0,5	1,5	0,5	1,5	0,5		0,5
1,5	1,5	0,5	0,5	0,5		0,5	0,5

Износ гребней локомотива – 0,84375 мм.

Пробег локомотива – 28800 км.

Дата замера	№ лок	1 КП	2 КП	3 КП	4 КП	5 КП	6 КП	7 КП	8 КП
21.02.10					29,5	28,8	29,5
28,5	28,7	28,7	28,5	29,5	30,5
07.04.10			28,5		28,5
						31,5
Износ		0,5			0,8	0,5
1,5	1,7	0,7	0,5	0,5	0,5	0,5

Таблица 5

Износ гребней локомотива – 0,7313 мм.

Пробег локомотива – 21730 км.

Таблица 6

Дата замера	№ лок	1 КП	2 КП	3 КП	4 КП	5 КП	6 КП	7 КП	8 КП
05.03.10		31,5	29,7
30,5				30,5		30,5	29,5
20.04.10		30,5					28,5
							28,5
Износ		1,7				1,5
1,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5

Износ гребня локомотива – 0,638 мм.

Пробег локомотива –26860 км.

Дата замера	№ лок	1 КП	2 КП	3 КП	4 КП	5 КП	6 КП	7 КП	8 КП
18.01.10			30,5			31,5
	30,5						30,5
18.03.10					30,5		28,5	28,5	30,5
29,5		28,5		28,5	26,5
Износ		0,5		0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
0,5	1,5	0,5		1,5	0,5		0,5

Таблица 7

Износ гребней локомотива – 0,562 мм.

Пробег локомотива – 25222 км.

Износ гребня упрочнённых колёсных пар.

d = (ΣD_i/ ΣЅ_i) х 10⁴, мм.

ΣD_i = 0,84375 + 0,731 + 0,575 + 0,562 = 2,711 мм.

ΣЅ_i = 28800 + 26860 + 21730 + 25222 = 102612 км.

d = 0,26 мм.

1.4.2.Локомотивы с не упрочнёнными колёсными парами.

Дата замера	№ лок	1 КП	2 КП	3 КП	4 КП	5 КП	6 КП	7 КП	8 КП
16.03.10				32,5		32,5
32,5		32,5		32,5
29.05.10		31,5				31,5			31,5
29,5		30,5
Износ	0,5		0,5					0,5
				1,5

Таблица 8

Износ гребня локомотива – 1,25 мм.

Пробег локомотива – 25582 км.

Дата замера	№ лок	1 КП	2 КП	3 КП	4 КП	5 КП	6 КП	7 КП	8 КП
27.03.10						32,5
				32,5
15.05.10				28,5		31,5
	27,5
Износ			0,5
	1,5			1,5

Таблица 9

Износ гребня локомотива – 0,906 мм.

Пробег локомотива – 24841 км.

Дата замера	№ лок	1 КП	2 КП	3 КП	4 КП	5 КП	6 КП	7 КП	8 КП
21.04.10		28,5		28,5
30,5	30,5	30,5	30,5	31,5			27,5
16.06.10		27,5			30,5				28,5
Износ			0,5	0,5				0,5
0,5	0,5	0,5	0,5	0,5			1,5

Таблица 10

Износ гребня локомотива – 0,781 мм.

Пробег локомотива – 20851 км.

Таблица 11

Дата замера	№ лок	1 КП	2 КП	3 КП	4 КП	5 КП	6 КП	7 КП	8 КП
10.02.10					28,5	29,5		26,8
32,5		28,5				29,5
04.04.10		31,5						26,6
Износ	0,5			0,5	2,5		0,2
2,5		0,5				0,5

Износ гребней локомотива – 1,075 мм.

Пробег локомотива – 25220 км.

Износ гребня не упрочнённых колёсных пар с профилем ГОСТ 11018 – 87

d = (ΣD_i/ ΣЅ_i) х 10⁴, мм.

ΣD_i = 1,25 + 0,906 + 0,781 + 1,075 = 4,01 мм.

ΣЅ_i = 25582 + 24841 + 20851 + 25220 = 96494 км.

d = 0,41 мм.

Износ упрочнённых составляет 0,26- не упрочнённых – 0,41.

Для восстановления гребня изношенного по толщине на 1 мм необходимо снять 3 мм металла по толщине бандажа при обточке К.П.

Согласно этому ресурс бандажа в зависимости от износа гребня по толщине рассчитаем по формуле: Ѕ = Δв/(3δ) км.

в_н – в_к = Δв = 45мм. – разница между начальным и конечным размером толщины бандажа в эксплуатации;

δ – Интенсивность износа гребня колёсных пар за исследуемый период, мм на 10000 км.

Тогда имеем средний ресурс бандажа с не упрочненными гребнями, по толщине в зависимости от износа гребня с профилем ГОСТ 11018-87

Ѕ_Г = 45 х 10000 / (3 х 0,41) = 360576 км.

Средний ресурс бандажа с упрочненными гребнями, по толщине в зависимости от износа гребня с профилем ГОСТ 11018-87

Ѕ_У = 45 х 10000 / (3 х 0,26) = 576923 км.

Проведённые расчёты показывают, что средний ресурс бандажа, в зависимости от износа гребня по толщине, колёсных пар с упрочнением больше ресурса бандажа с колёсных пар без упрочнения.

Интенсивность износа гребней бандажей колёсных пар на 10000 км. пробега в соотношении со среднемесячным объёмом работы за 2012 год в локомотивном депо распределилась следующим образом.

МЕСЯЦ	Интенсивность износа упрочненного гребня	Интенсивность износа не упрочненного гребня	Объем работы ткм.брутто х 10^6
Январь	0,2	0,25	2930,3
Февраль	0,20	0,24	2770,9
Март	0,23	0,30	3266,9
Апрель	0,30	0,32	3219,2
Май	0,28	0,34	3168,4
Июнь	0,27	0,35	3006,7
Июль	0,26	0,37
Август	0,27	0,32	3476,6
Сентябрь	0,30	0,35	3394,8
Октябрь	0,22	0,39	3163,4
Ноябрь	0,23	0,32	3235,2
Декабрь	0,21	0,31

Динамика изменения интенсивности износа гребней колёсных пар локомотивов показана на диаграмме (рис.12).

На рис.13 показан сравнительный износ двух колесных пар первой тележки №500 локомотива, 1 колесная пара стандартная (рис.13, кривая 1), 2 упрочнена на первом ТР-1 после ТР-3 при пробеге 21634 км (рис.13, кривая 2), износ гребней распределился следующим образом:

Таблица 13

Пробег, тыс. км		21,634	49,133	77,933	104,357	122,157
Износ упрочненного гребня, мм		3,0	3,75	4,25	5,0	6,0
Износ не упрочненного гребня, мм		3,0	4,125	5,25	6,5	-

Поэтому одной из главных мер по сокращению обточек колёсных пар и увеличению ресурса бандажа в депо применяют упрочнение гребней бандажей колёсных пар.

Вывод: Упрочнённые колёсные пары по сравнению с не упрочнёнными имеют меньший износ гребней.

1.5. Мероприятия для повышения эффективности упрочнения.

Эффективность применения плазменного упрочнения гребней можно существенно повысить, выполнив следующие условия:

· усилить контроль над своевременностью постановки локомотивов на проведение плазменного упрочнения и определить порядок учета упрочненных колесных пар;

· после проведения упрочнения гребня, при износе упрочненного слоя (2 – 3 мм) во время эксплуатации (2-3 раза), проводить повторное упрочнение без обточки колесной пары.

· оборудовать отдельное стойло приспособлением для вывешивания и вращения колесных пар локомотивов для проведения магнитоплазменного упрочнения с целью более эффективного использования производительности установки УМПУ-2;

Эти мероприятия существенно повысят пробег колесной пары между обточками и увеличат ресурс бандажа.

· подвергать упрочнению новые колесные пары после проведения локомотиву крупных ремонтов как ТР-3, СР, КР (при пробеге 500 -1000 км после обкатки), а также после обточки колесных пар до полного профиля (толщина гребня 33 мм);

Эти мероприятия существенно повысят пробег колесной пары между обточками и увеличат ресурс бандажа.[9]

№	Наименование показателя	2002 г	2012 г
	Износ гребня	81%	77%
	Износ бандажа	2%	7%
	Разница диаметра бандажей	2%	2%
	Остроконечный накат	13%	15%
	Прокат	4%	2%
	Ползун	2%	5%
	Прочие	3%	2%

Дата добавления: 2015-06-29