Восстановление колесных пар

Страницы работы

Содержание работы

Статистические данные показывают, что почти 25 % ремонтируе­мых колесных пар имеют термотехнические повреждения (ползун, навар), больше 50 % неисправностей связано с остроконечным накатом и тонким гребнем. Как известно, цельнокатаные вагонные колеса на отечественных металлургических предприятиях изготавли­ваются штамповкой и прокаткой. Затем после изотермической выдержки, охлаждения и механической обработки осуществляется их термообработка, заключающаяся в упрочнении обода. В связи с тем, что технология термической обработки колес не регламентиру­ет прокаливаемость, это приводит к неравномерной, убывающей -твердости по сечению обода.


Исследования ВНИИЖТа пока­зали, что износостойкость новых колес например, поезда “Россия” маршрута Москва-Владивосток в конце 80-х годов составляла около 35 тыс. км пробега на 1 мм толщины обода. Износостойкость обточенных колес с толщиной обо­да 21 мм меньше и составляла около 30 тыс. км пробега на тот же показатель.

В настоящее время твердость металла обода колес у поверхнос­ти достигает 320...330 НВ, снижа­ясь по направлению к оси колеса по сечению до 255-280 НВ на глубине 50 мм и далее до еще более низких значений. То есть срезаемый слой металла обода при обточках не только уменьшает диаметр коле­са, но и снижает его износостой­кость. Уменьшение твердости на 30...40 НВ снижает износостой­кость металла на 40% и более.

Работоспособность колеса в процессе эксплуатации поддержи­вается путем восстановления его параметров. При этом восстанав­ливают только геометрические па­раметры профиля поверхности катания. Из-за ползунов, наваров и т.п. обточка колес ведется “под корку”, при этом за одну обточку в стружку уходит до 3-4 мм полез­ного металла. За срок службы ко­леса пассажирского вагона 36% рабочей толщины обода идет в стружку.

Отдельно следует отметить уменьшение ресурса работы коле­са в связи с возросшим в последние годы сверхнормативным износом гребней и образованием остроко­нечного наката. При восстановлении таких колес также расходуется значительное количество металла обода.

Существует два основных пути повышения ресурса колес: за счет уменьшения слоя, срезаемого при обточке обода и повышения его износостойкости. При восстанов­лении геометрии профиля обода колеса могут применяться три спо­соба: минимальный съем металла при обточке с предварительной термообработкой ТВЧ профиля поверхности обода для снижения твердости в зоне ползунов и нава­ров; врезное профильное шлифо­вание с минимальным съемом металла без предварительной тер­мообработки; восстановление гребня наплавкой с последующей механической обработкой.

Использование обточки с пред­варительной термообработкой позволяет свести к минимуму сре­заемый при восстановлении слой металла. Применение первого и второго путей восстановления по­зволяет увеличить ресурс работы колес в 1,5 раза.

Наплавка с последующей ме­ханической обработкой также позволяет сохранить работоспо­собный металл обода колеса,  но при наплавке гребней с диаметра­ми по кругу катания близкими к номинальному, твердость наплав­ленного слоя и износостойкость будут ниже.

Повышение ресурса работы колес может быть достигнуто пу­тем повышения износостойкости металла за счет восстановления и улучшения его свойств. Особое значение это имеет для колес, у которых в значительной степени удален (после переточек) терми­чески обработанный слой, и рабочая толщина обода еще не достиг­ла своего предельного значения.

Улучшение физико-механичес­ких свойств поверхностного слоя металла возможно путем исполь­зования ТВЧ, электродуговых ме­тодов наплавки, плазменной моди­фикации. При этом могут исполь­зоваться механическая, электро­химическая или электроискровая обработка, легирование, лазерная поверхностная, а также химичес­кая и газопламенная. Все упомя­нутые методы в известных преде­лах повышают твердость и износо­стойкость рабочего слоя обода, но лишь термообработка ТВЧ обеспе­чивает глубину упрочненного слоя 3...5 мм и более (на величину про­ката). Остальные методы - только 0,5...1,0 мм.

Технология восстановления гео­метрии профиля поверхности обо­да и одновременно физико-меха­нических свойств металла до уров­ня новых колес (или улучшение этих свойств) может быть различной: предварительная термообработка ТВЧ (индукционный отжиг) для улуч­шения обрабатываемости с после­дующей обточкой и однократным индукционным термоупрочнением с целью восстановления физико-механических свойств металла до уровня новых колес; обточка с однократным индукционным термоупрочнением для колесных пар, восстанавливаемых только по прокату, или наплавка с обточкой и вышеуказанным термоупрочнени­ем при наличии подреза гребня без ползунов и других термоме­ханических повреждений); индук­ционный отжиг с последующей обточкой и индукционным термоциклированием с целью улуч­шения структуры и физико-меха­нических свойств металла обода (выше уровня новых колес; обточ­ка с индукционным термоциклированием для колесных пар, восста­навливаемых только по прокату (без ползунов).

При восстановлении колесных пар с предварительной обработ­кой ТВЧ срезаемый слой металла сводится к минимуму и его физи­ко-механические свойства восста­навливаются до уровня новых ко­лес. При этом возможно увеличе­ние ресурса колесных пар в 1,8 раза. Когда профиль восстанавли­вается, у колесных пар, не имею­щих ползунов и других термомеха­нических повреждений, используе­мый ресурс возрастает примерно на 20 %.

При восстановлении профиля колесных пар с ползунами за счет предварительного индукционного отжига потери металла обода при обточке сводятся к минимуму, улучшаются структура и физико-механические свойства металла обода.

Продление срока службы колёс с тонким ободом возможно за счёт повышения их прочности при ремонте. Для этого использовался эффект “ребра жёсткости”, со­здаваемый путём локального по­верхностного упрочнения диска. В качестве одного из возможных спо­собов упрочнения применялась поверхностная локальная термооб­работка диска. При этом на повер­хности диска формировались термоупрочненные зоны различной формы (в виде спирали, зигзаго­образные или изогнутые “ребра жесткости”). На рисунке показаны слои термообработанного метал­ла I и основного II.

Локальные термоупрочненные зоны наносились равномерно с внут­ренней и наружной стороны диска колеса напротив друг друга, захва­тывая зоны перехода диска в обод и диска в ступицу. В результате нагрева создавались участки тер­мообработанного металла шири­ной 25-50 мм. В глубину действие термообработки распространялось на 1,5-2,0 мм с каждой стороны. Усталостные испытания по методи­ке ВНИИЖТа колес с тонким обо­дом и локальным упрочнением дис­ка показали возможность исполь­зования их с толщиной обода до 19-21 мм.

Проведенные         исследования позволяют    сделать    следующие выводы:

•   обточка колесных пар с предварительной терми­ческой обработкой ТВЧ (ин­дукционный отжиг) и мини­мальным съемом металла в 1,5 раза увеличивает ре­сурс для 25% колес с пол­зунами и наварами;

•   предварительная (перед об­точкой) термическая обра­ботка колесных пар ТВЧ с последующим однократ­ным индукционным термо­упрочнением для восста­новления физико-механи­ческих свойств металла до уровня новых колес увели­чивает их ресурс в 1,8 раза. При использовании на зак­лючительной операции об­точки колес индукционно­го термоциклирования ре­сурс колес увеличивается более чем в 2 раза по срав­нению с существующим ва­риантом восстановления при наличии ползунов, на­варов и т.п.;

•   при обточке колес восста­навливаемых только по прокату и последующим применением индукцион­ного термоциклирования повышается износостой­кость металла обода, вклю­чая гребень, снижается не­рациональный съем метал­ла и увеличивается ресурс колеса;

•   локальное упрочнение по­верхности диска тонкомер­ных колес при ремонте дает возможность использовать колеса с толщиной обода до 19-21 мм, повышая срок их службы.

Применение рассмотренных ва­риантов восстановления не толь­ко геометрических, но и физико-механических характеристик про­филя поверхности обода, повы­шения усталостной прочности тонкомерных колес при ремонте позволит увеличить ресурс эксп­луатирующихся колесных пар ми­нимум на 50% и на столько же сократить потребность в новых ко­лесных парах.

Похожие материалы

Информация о работе