Способ восстановления работоспособности колёс рельсового транспорта

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к способу восстановления работоспособности колес железнодорожного транспорта. Техническим результатом изобретения является увеличение ресурса цельнокатаных колес. Технический результат достигается термической обработкой диска колеса с двух сторон напротив друг друга в виде различных сплошных линий, захватывая переходы диска в обод и диска в ступицу, причем нагрев поверхностного слоя металла производят до температуры полной аустенитизации. 3 ил., 3 табл.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к способам восстановления работоспособности цельнокатаных колес железнодорожного транспорта.

Известен способ восстановления профиля поверхности катания колес рельсового транспорта, включающий механическую обработку заданного профиля, многократный импульсный отжиг поверхностного слоя путем нагрева выше А_с1, охлаждения ниже A_r1, нагрева ниже A_c1, подстуживания и ускоренного охлаждения со скоростью 50-60^oС/с, осуществляемого после завершения промежуточного превращения [1].

Известен способ восстановления профиля поверхности катания колес рельсового транспорта, включающий механическую обработку и многократную термообработку путем импульсного нагрева поверхностного слоя металла выше A_c1, охлаждения ниже A_r1, нагрева ниже A_c1, подстуживания: при первых двух циклах термообработки в течение 9-19 с, при третьем цикле - в течение 3-6 с и ускоренного охлаждения со скоростью 50-60^oС/с до начала перлитного превращения [2].

Недостаток данных способов [1, 2] заключается в том, что они не обеспечивают восстановления работоспособности колес, потерявших свою общую и усталостную прочность из-за износа и переточек обода.

Это вызвано тем, что указанные способы термообработки [1, 2] не обеспечивают требуемую общую и усталостную прочность колес, снижающуюся при уменьшении толщины обода.

Задача изобретения - увеличение ресурса цельнокатаных колес - может быть осуществлена за счет восстановления при ремонте прочности и усталостной прочности изношенных колес.

Т. е. , цельнокатаные колеса, например для грузовых вагонов, не могут иметь рабочую толщину обода менее 24 мм при выпуске из текущего отцепочного ремонта, т. к. не обеспечивают требуемую общую и усталостную прочность. Восстановление при ремонте показателей общей и усталостной прочности для колес с толщиной обода менее 24 мм позволит продолжить использование в эксплуатации таких колес, повысить их ресурс на 10-15% и уменьшить общую потребность транспорта в цельнокатаных колесах.

Данной обработке могут подвергаться как новые колеса, поступающие в эксплуатацию под подвижной состав с нагрузкой на ось 25-30 тc, так и колеса, прослужившие некоторый срок, в процессе их ремонта.

Технический результат достигается тем, что в способе восстановления работоспособности колес рельсового транспорта первоначально колесную пару предварительно обтачивают для восстановления геометрии профиля поверхности катания. Затем на внутренней и наружной поверхностях дисков цельнокатаных колес напротив друг друга, захватывая зоны переходов диска в обод и диска в ступицу создаются локальные упрочненные зоны в виде сплошных линий различной геометрической формы за счет термической обработки токами высокой частоты, плазменным нагревом или иной другой обработки, обеспечивающей тот же эффект, что способствует повышению общей и усталостной прочности колеса. Ширина участков термообработанного металла 25÷50 мм. В глубину диск упрочняют на 1,5÷2,0 мм с каждой стороны.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показаны схемы локального упрочнения колес; на фиг.2 представлена схема проведения опыта; на фиг.3 изображен график изменения твердости.

На поверхностях диска 2 (фиг.1) образованы упрочненные слои металла 1 от ступицы к ободу (фиг.1г), которые могут иметь различную геометрическую форму (фиг.1а, 16, 1в и др.).

Способ заключается в следующем. Были взяты три колеса производства Выксунского металлургического завода, работавшие под грузовыми вагонами, оборудованными композиционными тормозными колодками, и изъятые из эксплуатации по причине достижения минимально допустимой в эксплуатации толщины обода (табл.1).

Термоупрочненные зоны - в виде "ребра жесткости" наносились равномерно с внутренней и наружной стороны диска колеса напротив друг друга. Полосы наносились в направлении от ступицы к ободу, захватывая зоны перехода диска в обод и диска в ступицу, с использованием пламени кислородно-ацетиленовой газовой горелки.

Для проведения эксперимента на поверхности дисков колес были нанесены термоупрочненные зоны различной формы (фиг.1а, 1б, 1в): а) в виде спирали; б) в виде 6 радиальных изогнутых спиц; в) в виде 6 радиальных зигзагообразных спиц.

Термообработка проводилась со следующими режимами: скорость нагрева составляет 140-170^oС/с при плотности энергии 4-5 кВт/см². Температура закаливания t_зак=830-850^oС. Охлаждение воздушное и на массу колеса.

Затем были проведены усталостные испытания данных упрочненных колес. Испытания проводились на пресс-пульсаторе ЦДМ-200 ПУ при частоте нагружения 5 Гц, при t=12-18^oС.

При проведении испытаний использована методика блок-программного нагружения, разработанная Всероссийским Научно-исследовательским Институтом Железнодорожного Транспорта.

Результаты испытаний представлены в табл.2.

Усталостные испытания, проведенные во ВНИИЖТе, показали, что блочное нагружение стандартных колес с черновой поверхностью диска и толщиной обода 45 мм приводит их к разрушению после 1,2-1,3 млн. циклов, тогда как колеса, имеющие толщину обода, минимально допустимую в эксплуатации (22-24 мм), подвергнутые локальному термоупрочнению дисков, выдерживали без образования трещин более 1,6-3 млн. циклов нагружения, за исключением колеса 1, где усталостная трещина появилась через 1,49 млн. циклов.

Для пояснения сущности получаемого эффекта рассмотрим пример с пластинами, локально упрочненной и неупрочненной.

Был выполнен эксперимент по определению их жесткости до и после термообработки. Для этого образец 4 (фиг.2) с одной стороны закрепили, а с другой приложили нагрузку Р=200 кгс и измерили перемещение свободного конца, которое составило 0,392 мм. Далее была проведена локальная термообработка образцов с обеих сторон.

Перемещение упрочненных образцов составило 0,343 мм. Затем, определив жесткость для неупрочненных и упрочненных образцов, получили, что жесткость увеличилась на 12,5%.

Измерение твердости обработанных образцов велось алмазной пирамидой по Виккерсу (ГОСТ 2999-75). По результатам измерений были построены графики изменения твердости в зависимости от ширины образца (фиг.3). Из графика видно, что после термообработки твердость увеличилась. Максимальное ее значение составило в середине образца на глубине h=1,5 мм и равно 214 кгс/мм². Твердость неупрочненного образца составляет 187 кгс/мм². Глубина, на которой произошли изменения твердости, составляет 4,8 мм.

Предлагаемые мероприятия по повышению работоспособности, качества функционирования колеса улучшают его способность выдерживать циклические напряжения, вызываемые в нем статическими и динамическими нагрузками.

В табл. 3 приведено доказательство достижения положительного эффекта предлагаемого способа по сравнению со способом-прототипом.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР 1433992, кл. С 21 D 9/34, 1987.

2. Авторское свидетельство СССР 1608234, кл. С 21 D 9/34, 1988.

Формула изобретения

Способ восстановления работоспособности колес рельсового транспорта, включающий механическую обработку профиля поверхности катания колес и термообработку, отличающийся тем, что термически обрабатывают диск колеса с двух сторон напротив друг друга в виде различных сплошных линий, захватывая зоны перехода диска в обод и диска в ступицу, причем нагрев поверхностного слоя металла производят до температуры полной аустенитизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7