Введение к работе
Актуальность работы. Рыночные методы управления требуют экономии всех видов ресурсов. Наиболее металлоемкими и дорогостоящими элементами железнодорожного подвижного состава являются колеса, обеспечивающие эффективную работу железнодорожного транспорта и безопасность движения. На железных дорогах страны значительно возросло количество отцепов в ремонт пассажирских вагонов из-за износов и дефектов на поверхности катания колес. Восстановление геометрии профиля катания колес методом обточки в/ большинстве случаев ведет к сокращению расчетного срока службы колесной пары на 30...40%.
На фоне снижения числа тормозных дефектов наблюдается рост контактно-усталостных повреждений и износов, обусловленных, с одной стороны, недостаточной механической прочностью колесной стали в сравнении с рельсовой сталью, с другой, - некачественной сборкой тележек как грузовых, так и пассажирских вагонов.
Наиболее интенсивно поверхностные повреждения проявляются у колес, оснащенных композиционными тормозными колодками. Указанием МПС от 24.08.1994 г. №К-716-У «во исполнение Постановления Коллегии МПС от 06.04.1994 г. №10, основываясь на выводах и предложениях ВНИИЖТ, в целях снижения повреждаемости в эксплуатации колес, парк пассажирских вагонов, обращающихся со скоростями движения свыше 120 км/ч», переоснащен с композиционных на чугунные тормозные колодки.
Статистический анализ дефектов колес, поступивших на обточку поверхности катания в пассажирские и грузовые депо СКЖД в 1994...1998 г.г. показал, что уровень повреждаемости колес после внедрения рекомендаций постановления остался практически без изменений.. Повреждаемость выщербинами находится на одном уровне у колес грузовых вагонов, изготовленных из стали I марки и эксплуатирующихся в настоящее время с композиционными колодками, и у колес пассажирских вагонов II марки стали (ГОСТ 24182-80), работающих с чугунными колодками, несмотря на существенные различия в условиях их эксплуатации. Как показала практика, повышенный износ и выщербинообразование не столько зависят от типа колодки (чугун, композит), сколько от специфики работы колесных пар в условиях эксплуатации, свойств колесной стали и состава композита колодки, неблагоприятно влияющего на состояние поверхности катания колеса.
До настоящего времени нет, ясности в объяснении причин возникновения дефектов на поверхности катания колес. Анализ теоретических исследований и экспериментальных данных указывает на неопределенность и противоречивость существующих точек зрения на механизм образования поверхностных дефектов колес. В связи с этим назрела' необходимость в проведении комплексных исследований с целью установления причин
возникновения дефектов на поверхности катания и разработки мероприятий по их устранению.
Цель работы. Цель настоящей работы заключается в исследовании механизма образования дефектов на поверхности катания колес в процессе эксплуатации и в разработке мероприятий по повышению стойкости колес к этим дефектам.
Основные задачи исследования. Для повышения стойкости колес к поверхностным дефектам и износу в диссертационной работе решались следующие задачи.
-
Сбор и статистическая обработка данных по повреждаемости колес грузовых и пассажирских вагонов.
-
Установление влияния эксплуатационных факторов на износ поверхности катания колес.
-
Исследование механизма трещинообразования на поверхности катания колес на основе механических и металлографических испытаний образцов, изготовленных из поврежденных колес.
-
Разработка аналитического метода исследования механизма усталостного трещинообразования.
5. Проведение лабораторных испытаний стальных образцов с
различными прочностными параметрами в установленном режиме нагружения.
6. Исследование процессов, происходящих в зоне сопряжения колеса
с тормозной колодкой, разработка композиционного материала для тормозной
колодки с заданными свойствами.
7. Проведение эксплуатационных испытаний тормозных колодок
серийного производства и опытных.
8. Подсчет экономической эффективности от внедрения опытных
колодок.
Научная новизна. Решена важная народнохозяйственная задача повышения стойкости колес к износу и поверхностным дефектам за счет улучшения прочностных характеристик колесной стали и использования композиционного материала для тормозных колодок с заданными свойствами.
На защиту выносятся:
-
Результаты анализа повреждаемости колес железнодорожного подвижного состава.
-
Установленные закономерности влияния эксплуатационных факторов на изнашиваемость колес железнодорожного подвижного состава.
-
Методика лабораторных испытаний.
4. Обоснование основного механизма изнашивания колес.
-
Рекомендации по выбору характеристик колесной стали.
-
Установленные закономерности между свойствами материала тормозной колодки и повреждаемостью колес дефектами. Рекомендации по
использованию композиционного материала для изготовления тормозных колодок с заданными свойствами.
Практическая ценность работы:
доказана необходимость введения дополнительного контроля за качеством сборки тележек пассажирских и грузовых вагонов при изготовлении и после ремонта;
рекомендована для изготовления колес сталь, прошедшая дополнительную термическую обработку в виде гомогенизации, с повышенными содержанием углерода и прочностными характеристиками;
- предложен состав полимерного материала, для производства композиционных железнодорожных колодок, обладающий отрицательной трибозарядкой, повышенными коэффициентом трения и износостойкостью.
Реализация результатов работы. По предложенной технологии изготовлена опытная партия тормозных композиционных колодок, которые были установлены на электропоезде Ростов-Азов. Эксплуатационные испытания, проводимые с февраля по август 1999 года, показали, что средний прокат колес, работающих с опытными колодками, меньше, чем при работе с серийными чугунными и композиционными колодками соответственно на 22 % и 30 %. Установлены высокая стойкость опытных колодок к износу и отсутствие видимых дефектов на поверхности катания колес.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и одобрены на научно-технических конференциях:
-
II международная конференция «Износостойкость машин», Брянск, 1996 г.
-
«Физико-химические основы трения и износа фрикционных пар трения колесо-рельс». «Трибэнерго-98», I международная конференция с использованием электронных средств связи, Москва, 1998 г.
-
«Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении», Ростов-на-Дону, 1998 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано десять научных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы. Работа содержит 176 страниц, 59 рисунков, 12 таблиц, библиографический список литературных источников из 129 наименований.
