Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Эволюция конструкции ходовых частей грузовых вагонов. Учебное пособие по дисциплине «Нетяговый подвижной состав» для студентов специальности 23.05.04
.pdf
По окончании проведения ТОД эксплуатируемый
объем диагностируемой партии боковых рам, устанавливается вновь исходя из количества эксплуатируемых боковых рам со сроком службы не более 5 лет. С этого момента дальнейший расчет в новом цикле контроля данной
партии проводится по скорректированному значению эксплуатируемого объема партии боковых рам.
81
3 АНАЛИЗ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ БОКОВИН В
ЭКСПЛУАТАЦИИ
3.1 Динамика отказов боковых рам тележек грузовых вагонов
В последние десятилетия пристальное внимание
начало уделяться неутешительной статистике выявленных
трещин боковых рам в 1970-2010 годах. Согласно статистике (рис. 29) [14] по выявленным трещинам и изломам
литых элементов тележек грузовых вагонов за 2012 год и
начало 2013 года, ситуация с изломами боковых рам, сложившаяся в настоящее время в вагонном хозяйстве, продолжает оставаться тревожной.
Рисунок 29 - Количество изломов боковых рам тележек
грузовых вагонов за 2006-2013 годы
82
Только за 1-й квартал 2013 года количество изломов
боковых рам грузовых тележек достигло 24 событий (29
событий по состоянию на 09.04.2013), что сравнимо с количеством изломов за 2011 (24 события) и 2012 годы (23
события).
Количество отцепок в ТОР грузовых вагонов на железных дорогах РФ по неисправностям боковых рам (трещины, изломы) увеличивается. Как показала статистика,
больший процент трещинообразования приходится на
внутренний угол буксового проема (R55) боковых рам грузовых тележек.
В середине прошлого десятилетия участились изломы в тележках 18-578, что потребовало оперативного решения проблемы. Одной из основных причин изломов было признано нарушение технологии и культуры производства литых деталей тележек. Кроме того, при выполнении
технических требований участились случаи сокрытия, заварки дефектов и отгрузки «условно годного» литья.
В рамках улучшения качества продукции были приняты технические требования ЦВ-32-695-2006. В данном
документе были ужесточены требования по выбраковке
изделий и к методам исправления дефектов.
Чтобы понять реальные факторы, вызывающие разрушение конструкции боковой рамы грузовой тележки, по
заказу НП «ОПЖТ» были проведены исследования в реальных условиях на одном из самых сложных участков
железной дороги России – от станции Алтайская до станции Владивосток протяженностью 6104 км.
Этот участок насыщен большим количеством кривых
малого радиуса, крутых уклонов, имеет разные виды строения верхних путей, тоннели и мосты, то есть включает в
себя все разнообразие железнодорожной инфраструктуры.
Пионерами в этом направлении стали ЗАО «Испытательный центр технических средств железнодорожного транс-
83
порта» и ООО «Хекса». Современный подход к моделированию и проведению испытаний позволил выявить силы и
реакции, которые пагубно воздействуют на конструкцию:
стало явным расхождение расчетных нормативных показателей и данных, полученных в реальных условиях.
В результате исследований установлено, что превышение допустимых сил по некоторым показателям составило более чем в 3 раза, также был исследован новый показатель – это воздействие боковых сил на литую раму,
который ранее не учитывался, и конструкция по этому параметру испытаний не проходила.
С точки зрения металловедения, доминирующий тезис о том, что главной причиной массовых изломов боковых рам является ухудшение качества литья, представляется не вполне очевидным. С такой точкой зрения к вопросу
подошел Тольяттинский государственный университет,
который провел сравнительный комплексный анализ
структуры и механических свойств металла боковых рам
тележек грузовых вагонов различных производителей.
Внимание экспертов еще не останавливалось на следующем отличительном моменте, логично отвечающем на
основной вопрос по изломам: почему же старые рамы работают по сегодняшний день, а «новые» десятками тысяч
бракуется по трещинам на ПТО и ВРЗ и изламываются в
пути следования с катастрофической скоростью роста
трещины и почти нулевой живучестью?
Совершенно очевидно, что комплекс мер, предпринимаемых ОАО «РЖД» для исправления ситуации, в
первую очередь, по повышению качества вагонного литья,
дает ограниченный эффект. На сегодняшний день боковые
рамы, выпускающиеся в Российской Федерации, по мнению ОАО «ВНИКТИ», имеют коэффициент запаса 1,1-1,3,
в то время как в США коэффициент запаса при проектировании грузовых тележек достигает 2,1-2,3 и стремится к 3?
84
Стоит отметить, что срок службы боковых рам в
США составляет 50 лет, и случаи выхода из строя происходят 1-2 раза в год. Для России период работы рам составляет 32 года, однако «по факту» наблюдается несоответствие заявленным данным, и количество изломов дает
неутешительную статистику. Для сравнения: за 2011 год в
США зарегистрированно 2,03 схода с рельсов и 2,79 аварии на 1 млн поездо-миль.
В настоящее время принято решение о переходе с
производства модификации рамы «04» на усиленную.
Также соответствующая рекомендация по отзыву была дана предприятиям, выпускающим продукцию по лицензии
ОАО «НПК «Уралвагонзавод». Производитель уже наладил производство усиленной модификации боковой рамы
«19» с коэффициентом запаса 1,8, что должно привести к
увеличению срока безотказной работы.
По сообщению конструкторов, при разработке и
адаптации «инновационной» тележки ОАО «Тихвинский
вагоностроительный завод» Barber S-2-R, выпускаемой по
лицензии Standard Car Truck (США), проводились классические ходовые и стендовые испытания на воздействие
продольных сил. В настоящее время ввиду некорректности
существующей нормативной базы предельно допустимые
нагрузки боковых сил, которые должны выдерживать боковые рамы тележек, отсутствуют.
Благодаря усилиям Совета главных конструкторов
НП «ОПЖТ» проблема изломов боковых рам тележек переходит из теоретической в практическую плоскость. В
скором времени можно ожидать конкретных предложений
по изменению нормативно-правовой базы, нормативов
проектирования и испытаний, регламентов эксплуатации и
ремонта тележек грузовых вагонов.
3.2 Проблемы точности обработки литых деталей
вагонных тележек
85
Анализ чертежных допусков на размеры и геометрию
деталей тележки грузового вагона показал, что большие
поля допусков на размеры и геометрию поверхностей,
определяющих функциональное назначение деталей тележки, приводят к появлению больших зазоров в соединениях рама – букса, балка – клин – рама. Неконтролируемое взаиморасположение деталей относительно друг
друга влечет за собой перекос деталей и повышенный их
износ в процессе эксплуатации.
Специалисты считают [15 ], что необходимо ужесточить допуск на размеры всех ответственных деталей тележки грузового вагона. Разработанные с такими допусками чертежи позволят изготавливать эти детали более
точно и обеспечить максимальный запас металла на износ.
Однако, пока не будет изменена нормативная документация на тележки грузового вагона, нет смысла обсуждать предлагаемое повышение точности обработки деталей
тележек. Благодаря курсу на повышение точности деталей
были успешно решены задачи, стоящие перед авиастроением и энергетическим машиностроением.
И в железнодорожном машиностроении точность –
это залог долгой и успешной работы любой технической
конструкции. А требуемая точность достигается механической обработкой деталей. Однако в существующих нормативных документах нет ни слова о требованиях к механической обработке деталей тележки грузового вагона. Хотя
о литье и неразрушающем контроле тех же деталей нормативная документация имеется.
Еще лет пятнадцать назад по инициативе ВНИИЖТ
проводился эксперимент, в ходе которого из большого количества деталей селективно подбирались детали тележки
с одинаковыми размерами. Из таких одинаковых деталей
собирались тележки, которые показали в эксплуатации по-
86
вышение ресурса на 15 процентов. Но дальше экспериментов дело тогда не продвинулось, и в практике все осталось
так, как было раньше.
Совершенствование методов механической обработки надрессорных балок и боковых рам – это один из действенных способов улучшения эксплуатационных характеристик тележек. Но остальные направления исследований, связанных с совершенствованием конструкций
литых деталей тележек и улучшения качества их изготовления, тоже требуют внимания.
Если железнодорожники опасаются заклинивания тележки из-за уменьшения зазоров в соединениях рама –
буксы, то опасения безосновательны, поскольку уменьшать зазоры в соединениях деталей тележки не предлагается. Между деталями, изготовленными и с минимальными, и с максимальными значениями в пределах,
существующих в чертежах полей допусков, зазор все равно
существует. Сейчас он варьирует в пределах 3…10 мм.
Речь идет лишь о том, чтобы он был одинаковым во всех
соединениях одной тележки. В результате был бы обеспечен максимально возможный запас металла на износ и значительно увеличен ресурс тележки.
Ведь ресурс любой конструкции оценивается по самому «слабому звену». Если в одном узле тележки зазор
будет 3 мм, а в другом 10 мм, то ресурс всей тележки будет
определяться ресурсом «слабого звена», т.е. соединения с
наибольшим зазором.
Проведенный анализ говорит о том, что для увеличения скорости перемещения грузов и грузоподъемности вагонов надо значительно повысить точность обработки деталей. С этой целью разработаны и уже производятся на
базе трехкоординатного обрабатывающего модуля модели
6963 специальные станки для обработки надрессорной
87
балки и для обработки боковой рамы. Первые такие станки
уже поставлены железнодорожным предприятиям.
В результате исследований выяснилось, что нагрузки,
которые испытывают изношенные детали тележки грузового вагона, в четыре раза превосходят нагрузки, которые
испытывают новые детали, зазоры между которыми гораздо меньше. Понятно, что исследование проводилось на деталях, изготовленных по существующим чертежам с широкими полями допусков на размеры. Но даже эти результаты показательны.
Проблема изломов боковых рам может быть решена
только на основе комплексного подхода, объединив усилия
конструкторов, технологов, программистов, контролирующих и надзирающих организаций. Точность обработки
деталей и упорядочение всей системы производства деталей тележек является необходимой составной частью этого
комплексного подхода и, безусловно, поможет уменьшить
вероятность изломов.
3.3 Оценка влияния технологии литья на надеж-
ность боковых рам
Основными деталями тележек грузовых вагонов, получаемых методами стального литья, являются боковая
рама и надрессорная балка. Наибольшим нагрузкам в процессе эксплуатации подвергается боковая рама тележки.
Боковая рама отливается из стали 20ГЛ и подвергается дополнительной термической обработке: нормализации или
нормализации и высокому отпуску [16].
Сталь выплавляется в электрических или мартеновских печах с основной футеровкой и должна быть раскислена алюминием с массовой долей от 0,020 до 0,060 %.
Вид и количество других раскислителей (модификаторов),
88
а также способ раскисления (модифицирования) выбирает
предприятие изготовитель.
ОСТ 32.183-2001 также определяет допускаемые отклонения от требований к химическому составу, которые
составляют: для углерода - минус 0,02 %; для марганца минус 0,10 %; для кремния - ± 0,10 %; для хрома - 0,20 %;
для никеля - 0,30 %; для серы -0,005 %; для фосфора -
0,005 %.
При суммарном содержании хрома, никеля и меди
более 0,90 % содержание углерода не должно превышать
0,24 %. Суммарное содержание серы и фосфора не должно
быть более 0,60 %.
Механические свойства после термической обработки также регламентируются ОСТ 32.183-2001.
К методам контроля качества литых рам, кроме
«химии» и «механики», ОСТ 32.1832001 относит: вид излома контрольных приливов и обязательный неразрушающий контроль в наиболее нагруженных зонах боковых рам.
Определение вида излома контрольных приливов - характеристика весьма субъективная и в большой степени зависит от ряда факторов, К таким факторам можно отнести:
соблюдение методики отруба контрольного прилива, квалификация контрольного мастера, степень освещённости и
ряд других.
Применение методов контроля металла и изделия
позволяют выявлять дефекты и отбраковывать рамы боковые. К основным видам дефектов (по производственным
данным) относятся: газовые и песчаные раковины, трещины, несоответствие требованиям по «механике» (в первую
очередь по ударной вязкости при минус 60 0С) и другие.
Потребителю поставляются рамы боковые, прошедшие все
виды контроля.
89
Однако в процессе эксплуатации происходит разрушение рам в первую очередь в буксовом проёме по радиусу закругления R55.
Изучение альбомов «Изломы боковых рам тележек
грузовых вагонов» (РЖД) за разные годы позволило обратить внимание на цветность усталостных трещин в изломах. В большинстве своём цвет отличается от цвета свежеразрушенного металла.
Наблюдаются светло-коричневые, тёмно-коричневые
тона, что соответствует окисленному металлу. Однако непонятно - в результате чего возникает окисление: либо
длительное воздействие на поверхности, возникшей при
эксплуатации трещины атмосферы окружающей среды,
либо окисление поверхностей под влиянием нагрева при
термической обработке уже существующей до эксплуатации трещины. Этот вывод требует дополнительного
исследования.
В литой стали 20ГЛ в любом случае будут существовать литейные дефекты, но до сих пор непонятно влияние
их вида, величины, количества и места расположения на
работоспособность изделия в целом.
Совершенно не изучен вопрос появления в рамах
напряжений, возникающих в процессе получения отливки
и, особенно, в процессе их термической обработки. Есть
данные о появлении трещин в отливках в процессе нормализации. Это возможно в случае высокого градиента температур на этапе нагрева отливки.
При ускоренном нагреве до высоких температур
нормализации происходит релаксация внутренних напряжений в отливке, которые накладываются на фазовые а —
у превращения, так как чем выше уровень исходных
напряжений, тем быстрее в первый период происходит их
разрядка и тем больше опасность зарождения трещин.
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]