Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время буксы грузовых и пассажирских вагонов оснащены роликовыми подшипниками с короткими цилиндрическими сплошными роликами типов 42726Л и '232726Л1 с габаритами 130х250«80 мм. Подшипники подобного типа, но с иными габаритами, используются в локомотивах и электровозах.
На протяжении более чем 30-летнего срока эксплуатации этих подшипников шел процесс их усовершенствования в направлении оптимизации конструкции деталей и подшипника в целом, применения более качественных материалов, в частности, подшипниковой стали электрошлакового переплава. Важным фактором повышения надежности и долговечности вагонных подшипников явилось изготовление внутренних колец из стали ШХ4 с упрочнением по методу объемно-поверхностной закалки при индукционном нагреве.
Непрерыпное развитие техники железнодорожного транспорта вызывает необходимость дальнейшего совершенствования конструкции, материалов и технологии изготовления подшипников с учетом современного состояния и, в особенности, перспектив развития железнодорожного транспорта в соответствии с разработанной МПС "Стратегией научно-технической политики в новых условиях работы железнодорожного транспорта". Это связано с повышением скорости движения грузовых и пассажирских поездов, увеличением осевых нагрузок, повышением жесткости рельсового пути на бетонных шпалах.
Оптимальным направлением в решении актуальной задачи повышения надежности и долговечности подшипников для подвижного состава железнодорожного транспорта в современных условиях является сочетание конструктивных и технологических мероприятий, не связанных с принципиальными изменениями конструкции буксового узла и тележек, а также использованием дефицитных и дорогостоящих легированных сталей и сложных технологий, отсутствующих на подшипниковых заводах России.
Возможность такого решения создает применение подшипников с полыми роликами. За счет упругой деформации полых роликов увеличиваются площадки контаюа роликов с кольцами, выравниваются нагрузки на передний и задний подшипник в буксе, снижаются напряжения при взаимодействии колец и роликов, что позволяет значительно повысить долговечность подшипников. Положительный эффект применения полых роликов проявляется также и в улучшении условий смазки, уменьшении проскальзывания, более благоприятном температурном состоянии подшипника.
Необходимым условием длительной безопаской работы подшипников является гарантированное предотвращение разрушения полых роликов от знакопеременных напряжений изгиба на их внутренней поверхности. Это достигается
выбором.оптимального диаметра отверстия (параметра пустотелости), а также выбором стали и метода упрочнения, обеспечивающих требуемую высокую циклическую долговечность ролика. Наиболее эффективным и экономичным решением является упрочнение роликов по методу объемно-поверхностной закалки. Технологические процессы объемко-поверхностной закалки строго индивидуальны по типам, конфигурации и размерам упрочняемых деталей и создание нового процесса всегда вызывает необходимость решения ряда принципиальных вопросов по выбору прокаливаемое и химического состава стали, режимов индукционного нагрева и охлаждения, созданию конструкций нагревательных и охлаждающих устройств, проведению комплекса исследований и испытаний качества деталей в лаборатории, на стендах и в опытной эксплуатации.
Цель работы. Повышение долговечности и надежности подшипников для букс железнодорожного подвижного состава путем применения полых роликов, упрочненных объемно-поверхностной закалкой.
В работе были поставлены следующие задачи:
(.Проведение расчетно-экспериментальных исследований с целью выбора оптимального размера отверстия в полых роликах по критериям конструктивной прочности и разработка конструкции подшипника с полыми роликами для букс железнодорожных вагонов.
-
Теоретический анализ требуемой прокалнваемости стали для изготовления полых роликов с толщиной стенки 7-Ю мм. Исследование возможности применения стали ШХ4 и разработка технических требований к составу стали.
-
Разработка нового способа объемно-поверхностной закалки полых роликов из стали ШХ4 с применением градиентного индукционного нагрева.
-
Разработка технологии объемно-поверхностной закалки и закалка опытных и промышленных партий полых роликов для испытаний.
-
Исследования и испытания подшипников с полыми роликами, упрочненными по новой технологии.
-
Разработка технологических требований на проектирование промышленной индукционной установки для объемно-поверхностной закалки полых роликов.
Научная новизна.
-
Впервые определены возможности и условия создания и использования подшипников с полыми упруго-податливыми роликами при их упрочнении по методу объемно-поверхностной закалки.
-
Разработана расчетно-экспериментальная методика оценки требуемой прокалнваемости и химического состава стали для изготовления полых роликов с различной толщиной стенки.
5 ' .
3. Разработан, новый способ объемно-поверхностной закалки при градиентном индукционном нагреве, позволивший осуществить закалку полых роликов вагонных подшипников при их изготовлении из стандартной стали ШХ4.
Практическая ценность. Разработана новая, основанная на способе объемно-поверхностной закалки при градиентном индукционном нагреве, технология упрочнения полых роликов вагонных подшипников, обеспечивающая значительное повышение долговечности работы буксовых вагонных подшипников при сохранении их типа и основных геометрических параметров, что создает условия для экономичного переоснащения парка действующих пассажирских и грузовых вагонов.
Разработаны технические требования на проектирование промышленной закалочной установки. Предложены и опробованы конструкции индуктора и охлаждающего устройства. В АО "Московский подшипник" (І ГПЗ) выполнено рабочее проектирование промышленной установки.
Разработана новая методика контроля прокаливаемое стали для полых роликов с различной толщиной стенки при использовании цилиндрических образцов со смещенным внутренним отверстием.
Выполненные стендовые и эксплуатационные испытания показали соответствие вагонных подшипников с полыми ролнхами требованиям их длительной безопасной работы на железнодорожном транспорте.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на 2 Собрании металловедов России (г.Пенза, 20-22 сентября 1994г.), на семинаре Отделения испытания материалов и конструкций ВНИИЖТ, на Научно-технической конференции МВМИ по итогам научно-исследовательских работ за 1990-1992 гг. и на международной научно-технической российско-германской конференции "Пластическая и термическая обработка современных металлических материалов" (Санкт-Петербург, 17-19 мая 1995г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи и получены 2 патента РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и приложений.
Изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 48 рисунков, список использованной литературы включает 108 наименований.
