Введение к работе
Актуальность темы исследования. На сегодняшний день в России имеется успешный опыт использования цельнокатаных колес повышенной твердости, результат эксплуатации которых подтвердил их преимущество по показателям долговечности. Данный опыт распространен и на сборные железнодорожные колеса, для чего в ГОСТ 398-2010 «Бандажи черновые для железнодорожного подвижного состава» введена новая марка бандажной стали для грузовых и маневровых локомотивов, имеющая твердость 320-360 НВ. Эксплуатационные испытания новых бандажей показали снижение количества восстановлений в 1,5-2 раза, по сравнению с бандажами с твердостью 269 НВ. Одновременно со снижением издержек вагонного и локомотивного хозяйств за счет повышения показателей долговечности, применение бандажей повышенной твердости ведет к ухудшению показателей ремонтопригодности колесных пар. Так, например, существовавшие в предыдущей редакции ГОСТ бандажи с твердостью 275 НВ не получили распространения именно в связи с затруднениями, возникавшими при восстановлении профиля в условиях ремонтных предприятий железных дорог.
Особенностью технологического процесса ремонта колесных пар тягового подвижного состава является восстановление профиля поверхности катания без их демонтажа из-под подвижного состава. При этом колесо-фрезерные станки являются одним из основных видов оборудования, используемого на железнодорожных предприятиях для ремонта колесных пар тягового подвижного состава. Восстановление профиля поверхности катания колес на таких станках осуществляется многолезвийным инструментом - сборной фрезой, и имеет ряд существенных особенностей, таких как: фасонный профиль инструмента, совмещение двух движений подачи (кругового движения колеса и конструктивной подачи инструмента). Внедрение цельнокатаных колес повышенной твердости способствовало появлению работ, посвященных адаптации технологии ремонта колесных пар к изменившимся механическим свойствам колес. Однако в связи с тем, что восстановление профиля цельнокатаных колес осуществляется на колесо-токарных станках с выкаткой, большинство решений, предлагаемых в этих работах, не могут быть использованы для технологии ремонта колесных пар тягового подвижного состава. Таким образом, совершенствование восстановления бандажей колесных пар повышенной твердости является актуальной темой для научного исследования, а результаты такого исследования практически востребованными на железнодорожных предприятиях.
Объект исследования. Колесная пара тягового подвижного состава.
Предмет исследования. Процесс восстановления профиля бандажей колесных пар, ремонтируемых без выкатки из-под подвижного состава.
Цель исследования. Определение рациональных параметров восстановления профиля бандажей колесных пар с учетом твердости и термомеханических повреждений на поверхности катания.
Задачи исследования:
-
Разработать математическую модель восстановления профиля поверхности катания колесных пар, ремонтируемых без выкатки из-под подвижного состава, учитывающую твердость бандажей.
-
Предложить уточненную методику определения рациональных параметров восстановления профиля бандажей, учитывающую особенности ремонта колесных пар без выкатки из-под подвижного состава.
-
Оценить возможность эффективного восстановления профиля бандажей колесных пар, имеющих термомеханические повреждения, при ремонте их на колесофрезерных станках.
-
Определить рациональные параметры восстановления профиля бандажей колесных пар с учетом их твердости и наличия на поверхности катания термомеханических повреждений и разработать рекомендации по практическому внедрению полученных результатов.
Научная новизна исследования:
-
Разработана математическая модель восстановления профиля поверхности катания колесных пар, ремонтируемых без выкатки из-под подвижного состава, позволяющая оценивать влияние изменения твердости бандажей и других параметров на кинематические, динамические и температурные характеристики процесса восстановления.
-
Установлено влияние изменения твердости бандажей на кинематические, динамические, температурные характеристики процесса восстановления, а также на точность и шероховатость поверхности катания при ремонте колесных пар без выкатки из-под подвижного состава.
-
Предложена уточненная методика расчета рациональных параметров восстановления профиля бандажей колесных пар методом фасонного фрезерования, учитывающая требования нормативных документов по точности и шероховатости восстановленной поверхности катания.
Практическая значимость исследования:
1. Определены рациональные параметры восстановления профиля бандажей повышенной твердости при ремонте колесных пар без выкатки из-под подвижного состава.
-
Установлены рациональные параметры восстановления участков бандажей с термомеханическими повреждениями на поверхности катания.
-
Представлены методические рекомендации по практическому применению рациональных параметров восстановления и модернизации используемого на ремонтных предприятиях оборудования.
Предложения по совершенствованию технологии восстановления профиля поверхности катания бандажей методом фасонного фрезерования использованы Департаментом технической политики ОАО «РЖД» при определении перспективных планов технического переоснащения ремонтных предприятий. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры «Технология металлов» и «Института повышения квалификации и переподготовки» ФГБОУ ВПО ПГУПС.
Методы исследования. Теоретические исследования основаны на применении современных подходов к изучению процесса восстановления профиля поверхности катания колесных пар подвижного состава на металлорежущих станках (термомеханический подход), метода конечных элементов и программных комплексов на его основе, а также положений ряда разделов фундаментальных наук (механики, теплофизики и др.). Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях и включали, в том числе, планирование эксперимента, обработку данных с помощью аппарата математической статистики и построение регрессионных моделей.
Положения, выносимые на защиту:
-
Математическая модель восстановления профиля поверхности катания колесных пар, учитывающая твердость бандажей.
-
Уточненная методика расчета рациональных параметров восстановления профиля поверхности катания колес.
-
Рациональные параметры восстановления профиля поверхности катания колесных пар.
Апробация результатов исследования. Основные результаты работы докладывались на «Научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых ПГУПС» (г. Санкт-Петербург, 2009-2012 г.), Международной научно-практической конференции «Транспорт 2013» (г. Ростов-на-Дону, 2013 г.), II Международной конференции «Проблемы Транспорта» (г. Катовице, Польша 2013 г.), VIII Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века (идеи, требования,
проекты)» (г. Санкт-Петербург, 2013 г.), а также на научно-технических семинарах кафедры «Технология металлов» ПГУПС.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 печатных работах, из них 3 - в изданиях, включённых в Перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов диссертационных исследований.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 5 глав, введения, заключения, списка используемой литературы и приложений. Объем работы составляет 145 стр., в том числе 47 рисунков, 15 таблиц, 2 приложения, список литературы насчитывает 106 наименований.
