Введение к работе
Актуальность работы
Железнодорожный путь является одним из важнейших технических средств железных дорог, от состояния которого зависит непрерывность и безопасность движения поездов, объемы перевозок, а также эффективность использования подвижного состава.
Одним из неблагоприятных явлений, возникающих при работе железнодорожного пути, является угон рельсов, который возникает вследствие взаимодействия рельсов с колесами подвижного состава. При угоне рельсы сдвигаются со своих мест и увлекают за собой часть шпал, наблюдается перекос шпал, выпадение подрельсовых прокладок, что в конечном итоге, если не принимать соответствующих мер, может привести к аварийной ситуации.
Для устранения угона на участках пути с деревянными шпалами на подошву рельсов ставят противоугоны, в качестве которых применяют специальные пружинные скобы, надеваемые (защелкиваемые) на подошву рельсов. Несмотря на то, что в промышленно развитых странах, а в последние годы и в нашей стране, наметилась тенденция, связанная с применением в конструкции верхнего строения железнодорожного пути железобетонных шпалах с клеммными соединениями, деревянные шпалы с костылями и противоугонами все еще широко используются, особенно в районах с резкими перепадами температур (Сибирь, Дальний Восток, Приполярье). А учитывая то, что количество противоугонов при установке составляет не менее 13 пар на звене длиной 25 м., потребность в противоугонах весьма значительна.
При изготовлении противоугона в процессе гибки-штамповки заготовки на горячегибочных автоматах при формировании упорного выступа на поверхности, противолежащей поверхности контакта заготовки с гибочной оправкой, образуется впадина («седловина»). В процессе эксплуатации противоугонов с «седловиной» происходит подрезка подошвы рельса, интенсивный износ контактных зон и соскальзывание с места первоначальной посадки. При этом снижаются эксплуатационные характеристики противоугонов: снижается сопротивление продольному сдвигу и уменьшается циклическая стойкость. Поэтому исследования, направленные на совершенствование технологии изготовления и повышение качества противоугонов, являются важными и актуальными.
Цель и задачи исследования.
Целью настоящей работы является совершенствование технологии производства железнодорожных пружинных противоугонов методом гибки-штамповки, реализация которой позволит повысить эксплутационные характеристики противоугонов.
Для достижения вышеуказанной цели необходимо решить следующие основные задачи:
разработать математическую модель формоизменения в процессе гибки на оправке малого радиуса заготовок прямоугольного и трапецеидального поперечных сечений;
разработать методику определения рациональной формы поперечного сечения исходной заготовки, применение которой при изготовлении противоугонов исключит образование технологического дефекта в виде «седловины»;
разработать технологические процессы прокатки прутков трапецеидального профиля и гибки-штамповки противоугонов улучшенной конструкции;
разработать новые технические решения, применение которых обеспечит повышение качества железнодорожных противоугонов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- на основе решения вариационной задачи теории пластичности
разработана математическая модель формоизменения в процессе
гибки заготовок прямоугольного и трапецеидального поперечных
сечений на оправке малого радиуса, позволяющая определить поля
перемещений в поперечном сечении очага деформации;
на базе приема «зеркального отображения» разработана методика определения рациональной формы и размеров поперечного сечения исходной заготовки, применение которой позволяет исключить образование «седловины» на поверхности, противоположной контакту заготовки с оправкой;
на основе использования последовательного симплекс-метода и результатов экспериментальных исследований определена рациональная форма поперечного сечения исходной заготовки для изготовления противоугонов с повышенными эксплутационными характеристиками.
Практическая ценность
1. На основе расчета калибровки валков и режимов обжатий
разработана технология прокатки трапецеидального профиля для изготовления противоугонов с повышенными эксплутационными
характеристиками в двухвалковой клети среднесортного прокатного стана ОАО «ММК».
Рекомендована форма поперечного сечения заготовки в виде трапеции (24 х 16) х 24 мм с выпуклым большим основанием, радиус которого составляет 384-42 мм.
2. Разработан и спроектирован автоматический кантователь заготовок трапецеидального поперечного сечения, предназначенный для работы на непрерывной линии гибки-штамповки с индукционным нагревом металла.
3. Усовершенствована технология гибки-штамповки противо-угонов с повышенными эксплуатационными характеристиками и уменьшенной на 22 % металлоемкостью по сравнению с противоугонном по ГОСТ 19893-74.
Апробация работы.
Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Новые материалы: получение и технологии обработки» (Красноярск, 2001 г.); 1-ой Российской конференции по куз-нечно-штамповочному производству «Кузнецы Урала-2005» (Екатеринбург, 2005 г.); IV Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2008 г.), на ежегодных научно-технических конференциях ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И.Носова» в 2002-09 гг., а также на расширенном заседании кафедры «Теоретическая механика и сопротивление материалов» ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И.Носова».
Публикации.
Основное содержание диссертации изложено в 15 публикациях, включающих 2 свидетельства РФ на полезную модель.
Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемых источников, включающего 94 наименования и 7 приложений. Работа содержит 118 страниц машинописного текста, 29 рисунков и 10 таблиц.
