Классификация технологических процессов
Технологические процессы любого вида работ могут различаться степенью детализации (подробности) описания их в технологических документах и способом организации выполнения.
По детализации описания различают маршрутные, операционные и маршрутно-операционные технологические процессы. При разработке технологических процессов любой из них должен быть раскрыт как минимум по технологическим операциям. Если дальнейшая детализация техпроцесса не предусматривается, то его называют маршрутным. Если же каждую технологическую операцию раскрывают еще и по переходам, то такой технологический процесс называют операционным. В маршрутно-операционных технологических процессах только часть наиболее сложных операций раскрывают по переходам.
По способам организации различают единичные, типовые и групповые технологические процессы.
Единичный технологический процесс – это техпроцесс изготовления или ремонта изделия одного наименования, исполнения и типоразмера (технологический процесс сборки и сварки рамы 4-осного полувагона, технологический процесс ремонта корпуса автосцепки СА-3 и др.).
Типовой технологический процесс – это техпроцесс изготовления или ремонта группы изделий, обладающих общими конструктивными и технологическими признаками.
Групповые технологические процессы разрабатывают для совокупности изделий, обладающих разными конструктивными, но общими технологическими признаками.
Разработка технологического процесса
Разработка любого технологического процесса является комплексной задачей, для решения которой в конкретных условиях производства нужно найти оптимальный вариант процесса изготовления или ремонта заданного изделия. Оптимальным является такой вариант процесса, который обеспечивает выполнение всех требований конструкторской документации на данное изделие при наименьших производственных затратах.
Разработка технологических процессов в общем случае включает комплекс взаимосвязанных работ, представленный на рис. 1.5.
Лекция №2: Процессы изнашивания вагонов и их частей, вызывающие потерю работоспособности. Основные причины возникновения дефектов и неисправностей. Основы неразрушающего контроля.
Основные понятия теории трения и изнашивания
В процессе эксплуатации вагона появляются различные неисправности, которые приходится устранять при техническом обслуживании или ремонте. Причинами этих неисправностей могут быть процессы естественного происхождения, ошибки при выборе конструкторских или технологических решений, нарушения правил технической эксплуатации вагона.
Неисправности, обусловленные процессами естественного происхождения, проявляются чаще всего в виде значительного изнашивания деталей и сборочных единиц, накапливающегося в результате длительной эксплуатации вагона (постепенный отказ), или в форме внезапных отказов, вызванных исчерпанием конструкционным материалом своего ресурса (старение и явление усталости материала).
Изнашивание – это процесс разрушения или отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточных деформаций при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров или формы тела. Изнашивание характеризуется величиной износа, интенсивностью и скоростью изнашивания.
Износ – это результат изнашивания, определяемый в установленных единицах. Величина износа может выражаться единицами длины, массы, объема и др. (соответственно линейный, массовый и объемный износ).
Интенсивность изнашивания определяется отношением величины износа к объему выполненной работы, например, мм/км пробега.
Скорость изнашивания – это отношение величины износа к времени, в течение которого проходило изнашивание.
Рис. 1.13. Графики интенсивности (а) и скорости (б) изнашивания деталей вагонов в зависимости от времени
Процесс изнашивания обычно происходит в три стадии. На первой стадии (участок а) происходит приработка детали, сопровождаемая интенсивным износом. Далее процесс изнашивания стабилизируется (участок б), скорость изнашивания практически постоянная (рис. 1.13,б). Этот участок характеризует нормальную работу узла. Постепенное изменение размеров трущихся деталей, приводящее к ухудшению условий смазывания, появлению динамических нагрузок в соединении и др., вызывает катастрофическое увеличение скорости изнашивания на участке с.
Накопление статистических данных по характеру изнашиваемости различных деталей вагонов позволяет установить допустимые износы деталей (на рис. 1.13 - hпр) и обоснованно планировать межремонтные циклы (сроки или пробеги).
Изнашивание является результатом трения соприкасающихся частей машин друг с другом или с окружающей средой (для вагонов – элементы железнодорожного пути, перевозимый груз и др.).
Согласно стандарту внешнее трение – это явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательной к ним, сопровождаемое диссипацией энергии. По характеру относительного перемещения различают трение покоя (при микроперемещениях до перехода к относительному движению, относительная скорость перемещения близка к нулю) и трение движения – трение двух тел, находящихся в относительном движении.
Трение движения подразделяется на трение скольжения, при котором скорости относительного движения тел в точке контакта различны по величине или направлению, и трение качения, происходящее при одинаковых по величине и направлению скоростях относительно движения. «Чистое» трение качения возможно только теоретически. В практике оно всегда сопровождается пусть даже незначительным проскальзыванием некоторых элементов деталей, образующих пару трения.
По характеру смазывания контакта соприкасающихся поверхностей в парах трения различают трение без смазочного материала (детали фрикционных гасителей колебаний, поглощающих аппаратов, механизма автосцепки, тормозные колодки и обод колеса и др.), трение с граничной смазкой (толщина слоя смазочного материала от размеров одной молекулы до 0,1 мкм – смазывание деталей тормозных приборов распыленным в воздухе маслом) и трение с жидкой или вязкопластической смазкой (детали подшипников и др.).
Механизм изнашивания деталей пар трения и виды разрушения рабочих поверхностей
Изнашивание является результатом механических, физических и химических процессов, протекающих в зоне контакта трущихся поверхностей. Эти процессы могут сопровождаться следующими явлениями: взаимным внедрением и зацеплением неровностей сопряженных поверхностей; упругим и пластическим деформированием материала в зоне контакта; молекулярным взаимодействием в виде адгезии и схватывания поверхностей; изменением температурных режимов, приводящим к релаксационным процессам, в результате которых поверхностный слой не наклепывается, а пребывает в состоянии повышенной пластичности.
Водородное изнашивание, как один из процессов разрушения поверхностей при трении скольжения, выявлено лишь около 30 лет назад российскими учеными Д.Н. Гаркуновым и А.А. Поляковым. Водородное изнашивание проявляется в виде следующих процессов, протекающих в зоне трения: интенсивное выделение водорода при трении из водородосодержащих материалов; адсорбция водорода на поверхностях трения; диффузия водорода в деформируемый в зоне контакта слой стали; особый вид разрушения поверхности, связанный с одновременным развитием большого числа зародышей трещин по всей зоне деформирования и проявляемый в виде мгновенного образования мелкодисперсного порошка материала.
На железнодорожном транспорте водородное изнашивание наблюдается в парах трения колес и композиционных тормозных колодок.
Абразивным изнашиванием называют разрушение поверхности детали в результате ее взаимодействия с твердыми частицами при наличии относительной скорости, т.е. износ происходит в результате режущего или царапающего действия твердых частиц в местах соприкосновения трущихся поверхностей. Такими частицами могут быть следующие: неподвижно закрепленные твердые зерна в материалах пары трения; частицы насыпных грузов или абразивные частицы верхнего строения пути, вовлекаемые воздушными потоками в зону контакта; свободные абразивные частицы в виде продуктов изнашивания, пребывающие в зазоре сопряженных деталей и др. Абразивный износ – наиболее распространенный вид износа. Интенсивность абразивного износа может изменяться в широких пределах – 0,5-5 мкм/ч.
Изнашивание вследствие пластичного деформирования. Этот вид изнашивания (в форме смятия) заключается в изменении размеров и формы детали в результате пластической деформации ее микрообъемов и вытеснения материала из зоны контакта. Чаще всего он проявляется в виде проката поверхности катания колеса.
Схватывание – это явление прочного соединения металлов в результате взаимного трения или совместного деформирования. При этом образуются прочные металлические связи в зонах контакта поверхностей и исчезает граница между соприкасающимися телами. Изнашивание при схватывании может проявляться в следующих видах:
вырывы материала в виде микроскопических частиц и перенос их на другую поверхность при малой интенсивности изнашивания;
образование тонкой пленки мягкого материала на твердой поверхности (намазывание латуни сепараторов на ролики подшипников и др.);
вырывание материала с образованием глубоких борозд, уступов;
задиры – образование борозд с оттеснением материала как в стороны, так и по направлению скольжения;
заедание – форма проявления схватывания, характеризуемая образованием широких и глубоких борозд, крупных наростов, оплавления поверхности, часто приводящих к заклиниванию деталей.
Окислительный износ происходит под действием сил трения и соприкосновения с кислородом окружающей среды. При этом возникают пластические деформации поверхностных слоев и наблюдается диффузия кислорода воздуха в металл, в результате чего пленки твердых растворов во время работы сопряженных деталей разрушаются. Интенсивность износа зависит от пластичности металла и может быть равна 0,1-0,5 мкм/ч. Мягкие стали подвержены окислительному износу больше, чем твердые.
Тепловой износ происходит в процессе трения скольжения при большой скорости относительного перемещения трущихся поверхностей (более 3-4 м/с) и большом удельном давлении. Тепло, выделяющееся при трении скольжения, понижает сопротивляемость деталей износу, приводит к постепенному смещению их поверхностных слоев в направлении скольжения и к изменению геометрических размеров.
Обработка деталей цианированием, азотированием, цементацией, хромированием способствует повышению их теплоизносостойкости. Интенсивность теплового износа деталей равна 1-5 мкм/ч.
Осповидный износ возникает в процессе трения качения при нагрузках, превышающих предел текучести поверхностных слоев металла. Такой износ происходит под действием больших удельных давлений на поверхность трения, вызывающих микропластические деформации сжатия, упрочнения и разупрочнения металла.
Возникающие при этом напряжения сжатия и явления усталости металла способствуют образованию микроскопических трещин в поверхностных слоях. Трещины в дальнейшем превращаются в одиночные и групповые осповидные углубления. Этот вид износа наиболее отчетливо проявляется на рабочих поверхностях подшипников качения и зубчатых колес в зоне начальной окружности.
Кроме износов перечисленных видов, встречаются дефекты, вызванные деформацией смятия, которая характерна для резьбовых соединений, штифтов и других деталей.
Химический износ происходит под действием кислорода воздуха, кислот, щелочей, выхлопных газов, электрических разрядов и др. Для химического износа характерна коррозия металла (коррозионный износ). Железнодорожные вагоны подвергаются интенсивному коррозионному износу, особенно кузовами части внутреннего оборудования изотермических и пассажирских вагонов.
Аварийный износ приводит к выходу из строя детали или механизма ранее предполагаемого срока. Такой износ является следствием несовершенства конструкции, недоброкачественности материала детали, нарушения правил эксплуатации и ухода за вагоном, плохого качества изготовления или ремонта детали, неправильной сборки, а также следствием усталости металла.
Моральный износ связан с появлением вагонов более совершенных конструкций, которые обладают большей производительностью, экономичностью, удобством в эксплуатации. Моральный износ вагонов – экономическая категория, характеризующая степень обесценивания действующей техники в результате технического старения и уменьшения стоимости воспроизводства вагонов прежних типов.
Различают два вида морального износа техники: моральный износ первого вида – утрата действующей стоимости, по мере того как вагоны такой же конструкции начинают строиться дешевле; моральный износ второго вида – обесценивание действующей техники вследствие появления более совершенных (более производительных) конструкций. При высоких темпах технического прогресса замена действующих изделий новыми из-за морального износа может происходить задолго до их физического износа.