99897

Совершенствование технологии ремонта надрессорной балки и боковых рам тележки грузового вагона

Автореферат

Логистика и транспорт

Увеличение межремонтного пробега грузовых вагонов обусловливает актуальность проблемы повышения износостойкости и ресурса восстановленных несущих деталей тележки надрессорной балки и боковых рам поскольку свыше 16 отцепок вагонов в текущий ремонт связано с отказом этих деталей по причине сверхнормативного износа рабочих поверхностей трения. Около 43 деталей тележки поступающих в деповской ремонт после регламентированного межремонтного пробега имеют износ поверхностей...

Русский

2017-01-26

1.64 MB

4 чел.

На правах рукописи

Муравьев Дмитрий Валерьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ  ТЕХНОЛОГИИ  РЕМОНТА

НАДРЕССОРНОЙ  БАЛКИ  И  БОКОВЫХ  РАМ

ТЕЛЕЖКИ  ГРУЗОВОГО  ВАГОНА

Специальность 05.22.07 – «Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Омск 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ))».

Научный руководитель:

   доктор технических наук,

   доцент                                                  Рауба Александр Александрович.

Официальные оппоненты:

    доктор технических наук,

    профессор                                        Николаев Виктор Александрович.

    кандидат технических наук,

    начальник инструментального

    цеха ФГУП «ОМО им. Баранова»        Нуртдинов Юрий Рашитович.

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС)».

Защита диссертации состоится «  29    » апреля 2009 г. в  9-00     часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при ГОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ))» по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ))».

Автореферат разослан «      » марта 2009 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета            Д 218.007.01. Тел./факс: (3182) 31-13-44; e-mail: nauka@omgups.ru.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор                             О. А. Сидоров

_______________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2009

ОБЩАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА  РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Увеличение межремонтного пробега грузовых вагонов обусловливает актуальность проблемы повышения износостойкости и ресурса восстановленных несущих деталей тележки – надрессорной балки и боковых рам, поскольку свыше 16 % отцепок вагонов в текущий ремонт связано с отказом этих деталей по причине сверхнормативного износа рабочих поверхностей трения. Около 43 % деталей тележки, поступающих в деповской ремонт после регламентированного межремонтного пробега, имеют износ поверхностей, на 25 – 35 % превышающий предельно допустимые значения. По опубликованным данным в среднем по сети дорог около 11 % вагонов после деповского ремонта не обеспечивают нормативного пробега.

Более 83,6 % деталей грузовых вагонов восстанавливаются наплавкой с последующей механической обработкой. Качество ремонта надрессорной балки и боковых рам по существующей технологии не обеспечивает нормативного пробега тележки между ремонтами в 120 тыс. км, так как ресурс этих деталей по сравнению с новыми снижается на 27 – 33 %. В связи с этим приоритетными являются задачи исследования влияния параметров качества восстановления поверхностей на процесс изнашивания деталей в эксплуатации после ремонта.

Проблема обеспечения нормативного межремонтного пробега грузового вагона за счет повышения износостойкости деталей тележки является комплексной и предполагает применение современных методов прогнозирования износа и технологического обеспечения ресурса восстановленных деталей.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Программой ресурсосбережения на железнодорожном транспорте на 1999 – 2005 гг. с перспективой до 2015 г., хоздоговорными работами на 2004 – 2007 гг. с предприятиями Западно-Сибирской железной дороги – филиала ОАО «РЖД».

Цель диссертационной работы – повышение качества ремонта надрессорной балки и боковых рам тележки грузового вагона техническими и технологическими методами, способствующими увеличению износостойкости и ресурса этих деталей в эксплуатации путем обеспечения рационального диапазона размеров и геометрических параметров макро- и микронеровностей рабочих поверхностей трения.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

методами физико-математического моделирования исследовано влияние отклонений размерных и геометрических параметров поверхностей трения надрессорной балки и боковой рамы на процессы изнашивания и усталостного разрушения этих деталей в эксплуатации;

экспериментально обоснован выбор размерных и геометрических показателей качества рабочих поверхностей надрессорной балки и боковых рам тележки грузового вагона после восстановления наплавкой и механической обработкой, а также рациональных пределов значений этих параметров, способствующих обеспечению межремонтного ресурса тележки в эксплуатации;

выполнены экспериментальные исследования по разработке конструкции специальных режущих инструментов и оптимизации параметров режима механической обработки наплавленных поверхностей деталей тележки, обеспечивающих рациональные показатели качества их ремонта;

разработаны и внедрены рекомендации по совершенствованию технологии ремонта надрессорной балки и боковой рамы, которые позволили повысить производительность и снизить себестоимость восстановления изношенных поверхностей трения.

Объектом исследования являлись надрессорная балка, боковая рама тележки грузового вагона модели 18-100, определяющие ресурс экипажной части и безопасность движения подвижного состава и технология их ремонта.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы математической статистики, энергетический метод Лагранжа, физико-математическое моделирование процесса изнашивания, методы планирования инженерного эксперимента и корреляционно-регрессионный анализ.

Научная новизна

заключается в предложенных физико-математических моделях, описывающих процесс изнашивания и усталостного разрушения поверхностей деталей тележки, работающих в условиях трения и динамического нагружения;

в разработанных математических моделях, описывающих скорость изнашивания деталей по межремонтному пробегу в зависимости от изменения размерных и геометрических параметров контактирующих поверхностей;

в составленной методике прогнозирования ресурса литых деталей тележки по допустимому износу, установленному по технологии ремонта, в зависимости от размерных и геометрических показателей качества восстановленных рабочих поверхностей трения.

Практическая значимость исследования состоит в следующем:

  1.  Предложен метод комплексной оценки влияния размерных показателей деталей тележки и геометрических параметров неровностей рабочих поверхностей на уровень контактных взаимодействий в сопрягаемых узлах и характеристики их контактного взаимодействия, определяющие глубину проникновения макро- и микронеровностей и площадь износа поверхностей деталей.
  2.  Разработана методика прогнозирования скорости изнашивания и ресурса надрессорной балки и боковых рам тележки. Обоснован выбор рациональных значений показателей качества рабочих поверхностей трения после механической обработки наплавленных поверхностей при ремонте.
  3.  Разработаны комплекты специального сборного инструмента для комбинированного фрезерования деталей тележки при ремонте, определены оптимальная геометрия режущей части инструментов и параметры режима обработки, обеспечивающие рациональные показатели качества рабочих поверхностей и, соответственно, снижение износа надрессорной балки и боковых рам до нормативных значений и межремонтный ресурс тележки не менее 120 тыс. км.

Реализация результатов работы.

  1.  Методологические рекомендации по выбору рациональных показателей качества деталей с целью обеспечения ресурса тележки приняты к внедрению на предприятиях центральной дирекции по ремонту грузовых вагонов.
  2.  Комплект сборного инструмента рациональной конструкции для фрезерования подпятникового места надрессорной балки и буксового проема боковой рамы, а также оптимальные режимы обработки на специальном оборудовании внедрены в вагонных депо Московка (ВЧД-3), Омск-Сортировочный  (ВЧД-2) и Тайга (ВЧДЭ-27) Западно-Сибирской железной дороги.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на межрегиональной научной конференции «Молодежь и наука – третье тысячелетие» (Красноярск, 2005); второй международной науч.-техн. конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2006); первой и второй науч.-практ. конференциях «Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте» (Омск, 2006 – 2008); втором съезде инженеров Сибири «Сильные инженерные школы. Технологический прорыв Сибири» (Омск, 2008).

Публикации. Положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах, из которых две – в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения с выводами, библиографического списка из 163 наименований и трех приложений. Содержание работы изложено на 197 машинописных страницах, в состав которых входят 22 таблицы и 51 рисунок.

ОСНОВНОЕ  СОДЕРЖАНИЕ  РАБОТЫ

Введение содержит изложение состояния вопроса исследования, основных направлений исследований и планируемых результатов работы.

В первой главе обоснована актуальность научно-технической проблемы, сформулированы цель и поставлены задачи исследования, приведены сведения об условиях эксплуатации литых деталей тележки модели 18-100, возникающих видах износа и дефектов рабочих поверхностей трения и причинах, порождающих данные дефекты при контактировании деталей ходовой части.

Анализ статистических данных эксплуатации деталей тележек за период  2004 – 2008 г. показал, что по допустимому износу надрессорной балки фактический пробег тележки составляет 88,06 тыс. км, а по допустимому износу боковой рамы – 96,62 тыс. км, что не соответствует нормативному межремонтному пробегу в 120 тыс. км. Установлено, что при поступлении в деповской ремонт восстановлению по износу рабочих поверхностей трения подлежат более 87,6 % надрессорных балок и 68,4 % боковых рам.

Трудами ученых Берлингера Э. М., Боудена Ф., Брауна Э., Демкина Н. Б., Дроздова Ю. Н., Крагельского И. В., Рыжова Э. В., Чичинадзе А. В. установлено, что снижение износа деталей может быть обеспечено путем оптимизации геометрических и размерных параметров рабочих поверхностей при ремонте. Исследования ученых Бабенко Э. Г., Верхотурова А. Д., Костенко Н. А.,       Попова С. И., Пранова А. А., Севериновой Т. П. по продлению ресурса деталей тележки направлены на снижение темпов развития усталостных дефектов за счет упрочнения трещиноопасных зон, тогда как влияние геометрических параметров поверхностей трения на ресурс деталей не исследовалось. Поскольку основным способом восстановления деталей в настоящее время является наплавка с последующей механической обработкой до ремонтных размеров, обоснование значений показателей качества поверхностей после ремонта и их технологическое обеспечение является целью данной диссертационной работы.

Во второй главе приведены результаты физико-математического моделирования влияния размерных и геометрических параметров деталей тележки на динамику четырехосного грузового вагона и процесс изнашивания рабочих поверхностей при контактном взаимодействии деталей в узлах трения.

Исследования таких видных ученых в области динамики подвижного состава, как Анисимов П. С., Богомаз Г. И., Бороненко Ю. П., Вериго М. Ф., Вершинский С. В., Галиев И. И., Доронин В. И., Жуковский Н. Е., Коссов В. С., Котуранов В. Н., Лазарян В. А., Лапшин В. Ф., Лукин В. В., Петров Г. И., Смольянинов А. В., Ушкалов В. П., Хусидов В. Д. и др. обосновали проблему обеспечения эксплуатационных свойств тележки при низкой себестоимости и высоком качестве ее обслуживания и ремонта.

С помощью энергетического метода Лагранжа сформирована математическая модель динамики 4-осного грузового вагона, позволяющая оценить уровень динамической нагруженности элементов и контактных взаимодействий в сопрягаемых узлах, предопределяющих степень износа надрессорной балки и боковых рам. Модель учитывает действие моментов трения в узле 1 («пятник – подпятник») и наличие зазоров в узле 2 («букса – буксовый проем») (рис. 1, а).

Согласно схеме возникновения элементарных сил трения dFтр в узле «пятник – подпятник» при повороте кузова вагона относительно надрессорной балки на элементарный угол dφ (рис. 1, б) составлено уравнение (1) расчета момента трения в подпятнике Мтр. Уравнение (1) учитывает дискретное распределение вертикальной нагрузки по контурной площади контакта, размеры, макро- и микрогеометрию опорной поверхности подпятника, которые определяются технологией механической обработки надрессорной балки при ремонте:

(1)

где Рв – вертикальная нагрузка на подпятник; Rн, Rв – радиусы наружного и внутреннего буртов подпятника; Wa – высота волнистости; rw – радиус скругления вершины волны; µ – коэффициент трения-скольжения.

        

                                    а                                                           б                                            

Рис. 1. Тележка грузового вагона модели 18-100 (а) и расчетная схема к определению момента трения в подпятнике (б)

Анализ графиков на рис. 2, а позволил установить, что увеличение наружного радиуса подпятника до допустимого значения 152,5 мм при выпуске из деповского ремонта способствует повышению момента трения на 2,04 %, а в процессе изнашивания подпятника до 160 мм – на 11,25 %. Изменение волнистости Wa подпятника (рис. 2, б) в диапазоне от 20 до 120 мкм увеличивает момент трения по площадкам фактического контакта в 2,23 раза. При этом нарушается динамическое равновесие надрессорных балок и кузова и ускоряется износ подпятника вследствие увеличения нормальной нагрузки на подпятник.

                                  а                                                               б

Рис. 2. Влияние волнистости поверхности на момент сил трения в подпятнике надрессорной балки, Wa – мкм, Rн – мм: а) Wa: 1 – 20; 2 – 40; 3 – 60; 4 – 80; 5 – 120; 6 – без учета волнистости; б) Rн: 1 – 151; 2 – 154; 3 – 157; 4 – 160; 5 – 163

Моделирование контактного взаимодействия проводилось в два этапа согласно схеме контакта неровностей со сферической формой вершин, которая удовлетворяет всем условиям контакта, поскольку обладает осевой симметрией. На первом этапе определены основные параметры контакта шероховатых поверхностей деталей тележки: контурная площадь контакта Ас контурное давление по вершинам неровностей рс, сближение неровностей в контакте α. Анализ зависимостей позволил определить, что сближение поверхностей α при изменении волнистости Wa от 40 до 180 мкм увеличивается на 34 – 47 % поскольку контурное давление по вершинам неровностей достигает 870,837 МПа и превышает предел текучести материала деталей (стали 20ГЛ) в 2,45 раза.

Картина рассмотрения контактного взаимодействия деталей тележки на втором этапе была сведена к описанию модели усталостного разрушения поверхностей, которая характеризуется фактическим объемом деформированного металла Vr. Она основывается на построении кривой опорной поверхности 1, описывающей траекторию деформирования профиля неровностей 2 и позволяющей создать схему определения объема деформируемого металла (рис. 3, а). При этом площадь деформации отдельных неровностей на каждом элементарном участке деформирования шероховатой поверхности представляется как dAr, а остаточная глубина деформации – dh, откуда объем dVr = dArdh. Решение тройного интеграла  при моделировании деформации единичной неровности со сферической вершиной радиусом r при условии Ar = πr2, позволило вывести уравнение расчета объема деформированного материала Vr по контурной площади контакта Ас, учитывающее влияние волнистости Wa и шероховатости Rz рабочей поверхности трения детали: 

(2)

В соответствие с уравнением (2) построены графики функций объема металла при деформации Vr1 = f1(Wa) и Vr2 = f2(Wa) – рабочих поверхностей надрессорной балки и боковой рамы тележки за один цикл нагружения (рис. 3, б).

Рис. 3. Результаты физико-математического моделирования: а – схема разрушения неровностей поверхностей; б – зависимости Vr1 = f1(Wa) и Vr2 = f2(Wa): 1 – опорная поверхность подпятника; 2 – наклонная плоскость; 3 – наружный бурт; 4 – опорная и 5 – направляющая поверхности буксового проема

В третьей главе выполнен анализ результатов исследования по оценке связи показателей качества рабочих поверхностей трения надрессорной балки и боковой рамы с эксплуатационным показателем ресурса – размерным износом Iраз деталей, отнесенным к межремонтному пробегу тележки в 120 тыс. км.

Для построения уравнений регрессии размерного износа Iраз спланирован и проведен интерполяционный активно-пассивный эксперимент с неуправляемыми факторами, уровни варьирования которых перед испытаниями не задавались и значения их были произвольными. Анализ качества обработки деталей при ремонте показал, что основную часть погрешностей составляют отклонения размеров (57,8 %), отклонения от формы и расположения поверхностей (32,5 %), а именно: непараллельность плоских поверхностей надрессорной балки и буксового проема боковой рамы, некруглость наружного и внутреннего буртов подпятника (34,2 %), волнистость и повышенная шероховатость (28 – 29,7 %) поверхностей. Технологически обоснованно данные геометрические параметры деталей были выбраны в качестве доминирующих факторов математических моделей размерного износа рабочих поверхностей трения с целью определения рациональных допусков их значений для технологии ремонта, способствующих снижению износа деталей. Согласно классификации А. И. Якушева факторы разделены на отклонения – третьего порядка: x1 – волнистость поверхностей трения Wa; второго и первого: x2 – отклонения от формы и расположения поверхностей Hпар, Нкр); нулевого: x3 – отклонения размеров Δ.

Участвовавшие в эксперименте детали проходили эксплуатационные испытания при межремонтном пробеге тележки в 120 тыс. км, после чего замерялся размерный износ рабочих поверхностей, величина размерных и геометрических факторов которых фиксировалась после ремонта. С целью построения математических моделей эксплуатационного показателя ресурса деталей проведен корреляционно-регрессионный анализ полученных результатов.

Математическая модель, описывающая процесс изнашивания деталей, представляет собой уравнения размерного износа Iраз поверхностей вида:

(3)

где φ – функция отклика Iраз; x1, x2,…, xk – аргументы (факторы Wa, Hi, Δ).

Поскольку прогнозирование по замыслу носит отборочный характер, интерполяционный эксперимент по выявлению связи размерного износа Iраз с показателями качества Wa, Hi, Δ представляется в виде линейных функций отклика М1 и М2 для надрессорной балки (1) и боковой рамы (2):

(4)

где Аi, Вi, Сi – коэффициенты пропорциональности уравнений регрессии для i рабочих поверхностей надрессорной балки; Аj, Вj, Сj – для j рабочих поверхностей боковой рамы тележки (i = 7, j = 2).

При моделировании рассматривался износ плоских поверхностей 1 и 2 подпятника, поверхностей 3, 4 наружного и 5, 6 внутреннего буртов подпятника в продольном и поперечном сечениях (рис. 4), наклонных плоскостей 7 (рис. 5, а), а также опорных 1 и направляющих 2 поверхностей буксового проема (рис. 5, б). При этом учитывались размерные отклонения этих поверхностей Δ, непараллельность Нпар относительно баз А – Д и некруглость Нкр (рис. 4, 5).

Рис. 4. Отклонения геометрических и размерных показателей качества

рабочих поверхностей подпятникового места надрессорной балки

  

                                       а                                                                   б

Рис. 5. Отклонения геометрических и размерных показателей качества

наклонных плоскостей (а) и поверхностей буксового проема боковой рамы (б)

Для определения коэффициентов пропорциональности Q, А, В и С решалось уравнение эмпирической множественной регрессии вида:

(5)

(6)

где − средние арифметические значения факторов и размерного износа; sX, sY, sZ и sV – среднеквадратические отклонения факторов и размерного износа; ΔVX, ΔVY, ΔVZ и ΔV – коэффициенты корреляции величин X, Y, Z, V.

После проведения всех расчетов составлены уравнения регрессии размерного износа Iраз рабочих поверхностей надрессорной балки:

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

Расчет коэффициентов детерминации факторов X, Y, Z показали, что наибольшее влияние на износ надрессорной балки и боковых рам оказывают отклонения размеров поверхностей после ремонта Δ (Z) – 43 – 46 %, меньшее – отклонения формы Нi (Y) и волнистость Wa (X) – 29 – 42 % и 15 – 25 %.

Составлены зависимости фактического ресурса L деталей тележки от волнистости Wa (рис. 6) и отклонений геометрических параметров Нi и Δ.

                                  а                                                                б

Рис. 6. Зависимости фактического ресурса деталей тележки от волнистости Wa: рабочие поверхности буксового проема (а) и надрессорной балки (б)

Составленная методика прогнозирования ресурса на основе расчетов износа по уравнениям регрессии позволила определить рациональные значения показателей качества обработки, обеспечивающие межремонтный ресурс деталей в 120 тыс. км, и ужесточить ремонтные допуски на отклонения геометрических параметров Wa, Hi, Δ рабочих поверхностей надрессорной балки и боковой рамы при деповском ремонте. Установлено, что ширину буксового проема необходимо уменьшить с 343 до 338,4 мм, а диаметр подпятника – с 305 до 303,3 мм, непараллельность плоских поверхностей обеспечить в пределах не более 0,2 – 0,5 мм, некруглость буртов подпятника по окружности – не более 0,1 мм, а волнистость поверхностей трения – 35 – 60 мкм для плоских поверхностей и 40 мкм – по образующим цилиндрических поверхностей буртов подпятника.

Погрешность прогнозирования Iраз по формулам (7) – (13) находится в пределах ± 5 – 7 %, что указывает на удовлетворительную воспроизводимость эксперимента. Снижение износа деталей тележки после ремонта с обеспечением предлагаемого диапазона допусков геометрических параметров по сравнению с установленными ранее составило 14 – 18 % для цилиндрических поверхностей подпятника, 16 – 19 – для плоских опорных поверхностей надрессорной балки и 17 – 22 % – для поверхностей буксового проема боковой рамы (рис. 7).

                               а                                                                б

Рис. 7. Зависимости износа поверхностей трения деталей от фактического пробега тележки: поверхности надрессорной балки (а) и боковой рамы (б)

Анализ результатов исследования показал, что применяемая технология ремонта деталей тележки обеспечивает нерациональные значения показателей качества рабочих поверхностей после обработки для достижения заданного ресурса деталей в эксплуатации и требует совершенствования и улучшения.

В четвертой главе изложена стратегия совершенствования технологии механической обработки восстановленных наплавкой деталей тележки для достижения значений геометрических и размерных показателей качества поверхностей деталей после ремонта, обеспечивающих нормативный пробег тележки в 120 тыс. км. Указанная стратегия заключается

в осуществлении выбора оптимальной кинематической схемы механической обработки и специального оборудования для реализации такой схемы;

в проектировании, изготовлении и испытании специального режущего инструмента для восстановления деталей механической обработкой;

в определении оптимальных параметров режущей части инструмента и режимов резания при обработке восстановленных наплавкой поверхностей.

С целью улучшения качества ремонта деталей тележки разработаны технологии комбинированного фрезерования подпятникового узла надрессорной балки на специальном станке 46.6898 (рис. 8, а), фрезерования наклонных плоскостей на станке СФ-1 (рис. 8, б) и опорной поверхности буксового проема боковой рамы на станке «ФРЕСТ» (рис. 8, в).

      

                             а                                            б                                   в

Рис. 8. Схемы обработки рабочих поверхностей деталей тележки

Для реализации схем обработки спроектированы комплекты специального сборного инструмента (рис. 9, 10). Кинематическая схема фрезерования на станке 46.6898 предусматривает одновременное использование при обработке подпятника двух фрез, перемещающихся по окружности подпятникового узла, с целью обработки его за один оборот планетарного механизма шпиндельной головки. Конструкция планетарного механизма перемещения двух вращающихся шпинделей защищена патентом на полезную модель.

Оригинальная конструкция разработанных сборных инструментов гарантирует надежное крепление специальных и стандартных сменных твердосплавных режущих пластин с помощью клиновых зажимов и установочных элементов, располагающихся по наружным диаметрам ступеней корпуса в такой последовательности, что позволяет завершить обработку рабочих поверхностей за один проход, обеспечив требуемые форму и размеры надрессорной балки и боковой рамы.

На основе анализа схем образования неровностей (рис. 11) спланирован и проведен эксперимент с использованием симплекс-решетчатых планов 3-го порядка. Составлены уравнения регрессии (14) и (15) зависимости шероховатости Rz и волнистости Wa обработанных поверхностей от факторов – главного φ (x1) и вспомогательного φ1 (x2) углов в плане и радиуса r (x3) при вершине режущей части. Построены графики функций откликов (рис. 12), которые позволили определить оптимальные значения параметров φ, φ1 и r, обеспечивающие рациональные значения Wa и Rz поверхностей для повышения износостойкости деталей в эксплуатации. В результате выбраны трех-, четырех- и пятигранные твердосплавные пластины марок TNMM, SNUM и PNUM с требуемыми значениями радиуса при вершине r, обеспечивающие необходимые углы резания в плане φ и φ1 при установке пластин в корпусах инструментов. Кроме этого для обработки опорной поверхности и наружного и внутреннего цилиндрических буртов подпятника применяется резцовая вставка, полученная переточкой призматической пластины марки LNUX и имеющая радиус r при вершине 4 мм, что позволяет обеспечить волнистость поверхностей Wa в пределах 20 – 30 мкм.

(14)

(15)

Рис. 11. Образования неровностей при изменении геометрии режущей части

Для перехода из симплексной системы координат к натуральным значениям факторов применяются следующие выражения:

                              а                                                              б

Рис. 12. Функции откликов Wa = f(x1, x2, x3) (а) и Rz = f(x1, x2, x3) (б)

Анализ результатов планирования экспериментов с использованием некомпозиционных планов 2-го порядка позволил определить оптимальные значения параметров режима резания при обработке на специальных станках подпятникового места и наклонных плоскостей надрессорной балки, опорной поверхности боковой рамы тележки, обеспечивающие заданное качество обработки: частота вращения инструмента – 300 – 350 об/мин, подача инструмента за оборот шпиндельной головки – 4 – 5 мм, глубина резания – 6 – 7 мм.

В пятой главе выполнен анализ технико-экономической эффективности совершенствования технологии ремонта деталей тележки в условиях вагоноремонтных депо с использованием разработанных режущих инструментов.

ОСНОВНЫЕ  РЕЗУЛЬТАТЫ  И  ВЫВОДЫ

  1.  На основании статистического анализа износа рабочих поверхностей надрессорной балки и боковой рамы после межремонтного пробега тележки сформирована методика оценки их скорости изнашивания и износостойкости.
  2.  Проведена оценка влияния геометрических параметров трущихся деталей тележки после ремонта на объем деформируемого металла контактирующих поверхностей, которая показала, что рост волнистости с 20 до 120 мкм вызывает увеличение остаточной пластической деформации материала на опорных поверхностях деталей в 2,45, а на боковых и цилиндрических – в 1,82 раза.
  3.  Установлены закономерности изнашивания деталей тележки грузового вагона, которые показывают, что после 120 тыс. км пробега доля влияния на износ поверхностей размерных отклонений составляет 43 – 46 %, отклонений формы и расположения поверхностей – 29 – 42 % и волнистости – 15 – 25 %.
  4.  Определены диапазоны значений показателей качества (отклонений размеров, формы и расположения, волнистости) поверхностей надрессорной балки и боковой рамы после ремонта для снижения износа деталей и обеспечения пробега тележки между деповскими ремонтами не менее 120 тыс. км.
  5.  Обоснованы и рекомендованы предельные допуски ремонтных размеров поверхностей для деповского ремонта: на ширину буксового проема – 3,4 мм (335+3,4), на диаметры наружного и внутреннего буртов – 1,3 мм (302+1,3) и 2 мм (72+2), на глубину подпятника – 2,5 мм (25+2,5, 30+2,5); на отклонения от параллельности – 0,2 – 0,5 мм; на отклонения некруглости буртов подпятника не более 0,1 мм. Обоснована необходимость регламентирования волнистости поверхностей на базовой длине 0,8 – 6 мм в пределах 35 – 60 мкм для плоских поверхностей и 40 мкм для цилиндрических поверхностей деталей тележки.
  6.  Разработаны ресурсосберегающие технологии фрезерования наплавленных поверхностей надрессорной балки и боковой рамы с использованием сборного инструмента, позволяющие повысить производительность вдвое и снизить погрешности обработки поверхностей на 26,6 – 33,5 %.
  7.  Определены оптимальные параметры режущей части специальных инструментов и режима обработки наплавленных поверхностей деталей тележки на специальном оборудовании, позволяющие обеспечить заданные показатели макро- и микрогеометрии поверхностей трения деталей при ремонте.
  8.  Анализ экономической эффективности внедрении технологии обработки деталей тележки сборным инструментом показал, что чистый дисконтированный доход составляет 143863 р., а срок окупаемости вложений – 1,277 года.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

  1.  Муравьев Д. В. Причины интенсивного износа деталей подвижного состава железных дорог России и пути повышения износостойкости наиболее изнашиваемых узлов / Д. В. Муравьев // Тезисы докл. межрегион. науч. конф. «Молодежь и наука – третье тысячелетие» / Красноярск, 2005. С. 359 – 364.
  2.  Разработка ресурсосберегающей системы инструментального обеспечения механической обработки при ремонте деталей подвижного состава /       А. А. Рауба, Д. В. Муравьев и др. // Исследование процессов взаимодействия объектов железнодорожного транспорта с окружающей средой: Сб. науч. ст. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2006. В. 11. С. 58 – 70.
  3.  Муравьев Д. В. Специальный инструмент для механической обработки подпятникового места надрессорной балки тележки грузового вагона после восстановления наплавкой / Д. В. Муравьев // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сб. ст. второй междунар. науч.-техн. конф. / – Пенза, 2006. С. 73 – 75.
  4.  Повышение эффективности технологических процессов ремонта подвижного состава / А. А. Рауба, Д. В. Муравьев и др. // Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте: Сб. науч. ст. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2007. С. 182 – 186.
  5.  Муравьев Д. В. Исследование влияния  микро-  и  макрогеометрии рабочих поверхностей деталей тележки на сближение неровностей при их контактном  взаимодействии / Д. В. Муравьев // Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. ст. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2007. Вып. 8. С. 110 – 116.
  6.  Повышение эффективности технологических процессов ремонта подвижного состава / А. А. Рауба, Д. В. Муравьев и др. // Сильные инженерные школы – технологический прорыв Сибири: Материалы второго съезда инженеров Сибири / Омский гос. техн. ун-т. Омск, 2008. Ч. 1. С. 142 – 144.
  7.  Муравьев Д. В. Анализ эксплуатационной роли неровностей поверхностей деталей подвижного состава с использованием физически обоснованных параметров / Д. В. Муравьев // Совершенствование технологических процессов ремонта и эксплуатации подвижного состава: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2008. С. 6 – 13.
  8.  Пат. 48852 Российская Федерация, МПК7 В 23 Р 6/04. Сборный инструмент для механической обработки подпятникового места надрессорной балки тележки грузового вагона / Д. В. Муравьев. (Россия). – № 2005116884/22; заявл. 01.06.2005; опубл. 10.11.2005 // Открытия. Изобретения. 2005. №31. 2 с.
  9.  Пат. 50142 Российская Федерация, МПК7 В 23 Р 6/00. Сборный инструмент для механической обработки внутреннего бурта шкворневой горловины подпятникового места надрессорной балки тележки грузового вагона /              Д. В. Муравьев. (Россия). – № 2005119570/22; заявлено 23.06.2005; опубликовано 27.12.2005 // Открытия. Изобретения. 2005. №36. 2 с.
  10.  Пат. 52138 Российская Федерация, МПК F 16 H 1/28. Планетарный механизм вращения шпинделей фрезерного станка для обработки подпятникового места надрессорной балки / Д. В. Муравьев. (Россия).                               – № 2005133670/22; заявлено 31.10.2005; опубликовано 10.03.2006 // Открытия. Изобретения. 2006. №7. 2 с.
  11.  *Муравьев Д. В. Оценка влияния показателей качества механической обработки на продление ресурса деталей тележки грузового вагона /        Д. В. Муравьев, А. А. Рауба // Транспорт Урала. 2008. № 3. С. 41 – 45.
  12.  *Муравьев Д. В. Исследование влияния геометрических параметров поверхностей трения на износостойкость тяжелонагруженных деталей тележки грузового вагона / Д. В. Муравьев, А. А. Рауба // Вестник РГУПС. 2008. № 4. С. 50 – 59.

* публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России

Типография ОмГУПСа, 2009. Тираж 100 экз. Заказ

644046, г. Омск, пр. Маркса, 35


dFтр

ρ

Мтр

Rн

Rв

dFтр

1

2

Рв

5

4

3

2

1

6

2

3

4

5

1

Нм

Мтр

Wa

мкм

Нм

Мтр

Рв

Н

QUOTE   

QUOTE   

поверхность

контакта

dh

б

а

3

5

4

2

1

100

1

0,1

0,01

0,001

0,0001

20

40

60

100

мкм3

мкм

Wa

Vr

Wa

2

Wa

7

6

5

4

3

2

1

1

Lфакт

Lфакт

0

16

32

48

64

80

96

112

128

мкм

160

184

тыс.км

152

136

120

104

88

72

54

38

22

128

тыс.км.

116

110

104

98

92

86

80

74

68

0

16

32

48

64

80

96

112

128

мкм

160

новый диапазон допусков

старый диапазон допусков

2

1

3

5

6

2

1

7

4

Lфакт

Lфакт

Iраз

Iраз

0

мм

6

4

2

0

0

24

48

72

тыс. км

120

7,5

мм

4,5

3

1,5

0

0

24

48

72

тыс. км

120

Рис. 9. Фреза для обработки подпятника

Рис. 10. Фреза для обработки буксового проема