Введение к работе
Актуальность проблемы. Темпы износа колесных пар подвижного состава за последнее время существенно возросли. К причинам, обусловившим интенсивность этого износа, можно отнести: сужение колеи; переход на рельсы тяжелого типа; объемную закалку рельсов, увеличившую их твердость в 1,5 раза по сравнению с твердостью колеса; снижение требований по величине перекоса пути в 2,5 раза и максимально допустимым просадкам рельсовых нитей в 3 раза. Этим конструктивным изменениям, происходившим в путевом хозяйстве на протяжении нескольких лет, не дано обоснования и приняты они без тщательных предварительных исследований их влияния на процесс износа колесных пар подвижного состава.
Обточка колес вагонов в 90-х годах производилась, в основном из-за предельного износа гребней. В процессе такой обточки при равномерном износе на каждый 1 мм бокового износа гребня требуется снять металл по толщине обода на глубину около 1,75 мм. При увеличении угла наклона гребня к основанию, например с 60 до 70, на каждый миллиметр износа гребня требуется снять металл по толщине обода на глубину 2,75 мм.
Интенсивный износ гребней колесных пар приводит к увеличению затрат на их техническое обслуживание и к снижению безопасности движения.
Как уже отмечалось, интенсивность износа зависит от множества факторов: профиля катания, плана и профиля участка пути обращения подвижного состава, состояния пути, объема внедрения эффективных технологических методов снижения износа и т.п.
Решению задач, связанных с восстановлением деталей транспортной техники, посвящены исследования С.Н. Киселева, И.А. Иванова, В.Б. Шляпина, В.В. Меликова, В.Н. Лозинского, Н.Н. Воронина и др. Развитию системного подхода к анализу технологического процесса изготовления и ремонта деталей способствовали научные труды А.А. Маталина, Н.Г. Васильева др. Значительный вклад в решение проблем, связанных с анализом тепловых процессов в технологических системах, внесли Н.Н. Рыкалин, В.И. Махненко и др. Исследованию формирования геометрических и химических параметров наплавленного металла посвящены работы А.И. Акулова, Н.Н. Прохорова, В.А. Судника, Б.М. Березовского, А.А. Буки и.др.
Стабильное качество и высокая надежность в эксплуатации восстановленных наплавкой цельнокатаных колес - основное требование к любой реальной технологии. Обоснование основных технологических параметров наплавки и механической обработки, связанных с восстановлением геометрии и свойств рабочих поверхностей, важно рассматривать прежде всего с позиций формообразования сварного шва и термического воздействия на материал колеса.
Таким образом, исследование и разработка оптимальной технологии восстановления профиля катания цельнокатаных колес (ЦКК) при деповском ремонте, является актуальной научно-технической проблемой.
Цель работы. Повышение эффективности технологического процесс восстановления гребней колесных пар и увеличение их ресурса за счет 0, новременной наплавки с двух сторон и выравнивания геометрии наплаї ленного слоя.
Для достижения поставленной цели были осуществлены исследован* закономерностей формирования наплавляемого слоя при различных пр< странственных положениях наплавляемой поверхности и получены аналі тические зависимости основных параметров процесса наплавки от геомег рии наплавляемого слоя на основе метода планирования эксперимента.
Кроме того, учитывая, что применение технологических процессе сварки и наплавки вызывает изменения структурного состояния в отделі ных зонах детали, в работе решается задача определения структуры н; плавленного слоя и околошовной зоны (ОШЗ) с помощью расчета термі ческих циклов.
Методы исследования. Математическое моделирование технолог! ческих процессов на основе методов планирования эксперимента и решен* задач оптимизации геометрических параметров валиков с обоснование минимально необходимого их количества.
Анализ двухмерных сечений поверхностей откликов, что позволяв определять режимы наплавки (скорость наплавки, скорость подачи эли трода) при различных углах наклона наплавляемой поверхности.
Компьютерное моделирование тепловых процессов при наплав» гребней колесных пар колес с учетом изменения технологических параме: ров на основе решения нелинейной задачи нестационарной теплопроводне ста методом элементарных тепловых балансов и использования програмі^ ного комплекса "Сварка".
Научная новизна диссертационной работы, выносимой на защит] состоит в следующем:
1.Разработана математическая модель, описывающая формировг ние геометрии наплавляемого валика на наклонную поверхность.
2.Разрабогана методика расчета технологических параметров ш плавки по известным геометрическим параметрам наращиваемого слоя н основе использования методов планирования эксперимента и решена зад; ча оптимизации геометрических параметров валиков с обоснованием Mt нимально необходимого их количества.
З.Дан анализ термического воздействия наплавки гребней колес в< гонов на структуру наплавленного слоя и ОШЗ на основе решения нел* нейной нестационарной задачи теплопроводности и метода элементарны тепловых балансов.
Практическое значение работы состоит в том, что на основе разре ботанных методик созданы алгоритмы, которые позволяют сократить обі емы теоретических и экспериментальных исследований при проектиров; нии новых и совершенствовании существующих технологий восстановлю ния изношенных гребней колесных пар. Использование рекомендаций, пс лученных на основе результатов исследований, дают ощутимый экономич< ский эффект на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги.
Апробация работы. Основные результаты работы были представле-ш на 2-й международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта" (Москва, 1996 г.), на >-й международной научно-технической конференции "Проблемы механи-(и железнодорожного транспорта" (Днепропетровск, 1996 г.), на научно-фактической конференции, посвященной 160-летию отечественных желез-«лх дорог "Энергосбережение на предприятиях Западно-Сибирской желез-юй дороги*' (Омск, 1997г.), на межвузовской научно-технической конференции, посвященной 160-летию отечественных железных дорог и 100-іетию железнодорожного образования в Сибігри "Железнодорожный гранспорт Сибири: проблемы и перспективы" (Омск, 1998 г.), на научно-грактической конференции "Транссиб-99" (Новосибирск, 1999).
Публикации. -Основное содержание диссертационной работы опуб-шковано в 10 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, іегарех глав, заключения с выводами, списка использованной литературы 401 наименование) и приложений. Изложена на 114 страницах, содержит 58 рисунков и 12 таблиц.
