Повышение надежности колесных пар электровозов ВЛ80

 - 2) поверхневим наклепом;

- 3) коли на поверхню накладаються якісь термомеханічні впливи, пов'язані з нагріванням плазмою.

Від тертя гальмівних колодок або рейок, виникають при блокуванні коліс під час гальмування - робочий поверхневий шар матеріалу колеса може практично втратити здатність чинити опір руйнуванню. Зовні це виражається в повної втрати пластичності, окрихчування, появі на поверхні сітки тріщин, що нагадують риб'ячу луску, а на рівні тонкої структури - в накопиченні дефектів і її розупорядкування. При цьому підвищується здатність поверхневих мікротріщин до поширення вглиб бандажа. Попадання таких мікротріщин в несприятливий поле розтягуючих напружень першого роду може привести до розриву бандажа. Подібні руйнування в повній мірі можна віднести до категорії несподіваних з глибоко "захованої" справжньою причиною. Авторами [1, 4, 5] виконано аналіз структури та фізико-механічних властивостей приповерхневих шарів колісної сталі в зоні контакту з рейкою, що формуються під дією комплексу різнорідних факторів. Виявлено початкові причини руйнування колеса при одночасній наявності вищезазначених трьох чинників, що стало науковою основою для підвищення їх надійності.

Технологія плазмового поверхневого гарту колісних пар, розроблена НВП  ТОПАС дозволяє підвищити контактно-втомну міцність металу і, як наслідок, збільшує ресурс і надійність колісних пар  тягового рухомого складу. Інтенсивність  зносу гребенів колісних пар з  плазмовим зміцненням значно нижче, ніж у серійних (в 2,5 ... 3 рази). Дана технологія має дві відмінні риси: 1) локальне (в зоні найбільшого зносу) поверхневе зміцнення гребеня колеса на глибину 2,5 ... 3 мм і ширину 35 мм з  твердості 280 НВ (у вихідному матеріалі) до 430 НВ в середньому по зоні зміцнення  і 0,480 НВ для тонкого фрикційного  приповерхневого шару. Це забезпечує оптимальне співвідношення твердості  контактують поверхонь колеса і  рейки, 2) зміна структури зміцненої  зони колеса - з феррито-перлітною  суміші з розміром вихідних зерен 30 ... 40 мкм до суміші мелкоігольчатого мартенситу з розетковим троостита 50:50%. Це покращує механічних властивостей (у тому числі знижує коефіцієнт тертя в контакті гребеня з  бічною поверхнею рейки на 30-50%) і  підвищує тріщиностійкість матеріалу  колеса в зоні плазмового зміцнення.

Для реалізації даної технології розроблено нову спеціалізована "Установка  високошвидкісний плазмової гарту  двох модульна" УВПЗ-2М (рис.5.1), яка дозволила ввести в експлуатацію більше 30 ділянок плазмового поверхневого зміцнення колісних пар (рис.5.2), як без викатки коліс під локомотива (рис.5.3), так і з викочуванням на спеціалізованій автоматичної лінії (рис.5.4).

Дослідження і досвід експлуатації установок плазмового зміцнення  свідчать про те, що цей процес може бути автоматизований. Вирішення всіх трьох описаних вище проблем зводиться  до забезпечення повторюваності на кожному  колесі оптимального термічного циклу. Для цього створена система автономної оптимізації, ідея якої видно на рис.5.5

Рисунок 5.1 – Конфігурація установки плазменного поверхневого зміцнення УВП3-2М

 

Рисунок 5.2 – Плазменно-зміцнені колісні пари

Рисунок 5.3 – Схема керування  та стабілізації термічного циклу

 

Виходячи з вимог гарантованого  забезпечення точності і повторюваності процесу зміцнення розроблений  комп'ютерний блок автономної оптимізації  для установок УВПЗ-2М. Блок автономної оптимізації забезпечує:

-оперативне програмування  режимів і параметрів, відображення  поточного стану контрольованих  параметрів технологічного процесу,  протоколювання і збереження  в незалежній пам'яті параметрів  технологічного процесу плазмового  поверхневого гарту колісних  пар, висновок на персональний  комп'ютер накопиченої інформації;

-обробку аналогових сигналів  з пірометра "Смотрич», джерела  електроживлення плазмотронів" Плазма-2 ", датчиків тиску і вхідних  дискретних сигналів з виконавчих  механізмів і формування вихідних  команд управління по заданій  програмі з метою автоматичної  підтримки оптимального термічного  циклу.

Експлуатація локомотивів та вагонів з плазменно зміцненими гребенями колісних пар дозволила зробити наступні висновки.

- Плазмове зміцнення - це високопродуктивний ефективний  метод двох - трьох кратного подовження  ресурсу колісних пар і може  бути реалізований в умовах  типового депо. Дана технологія  забезпечує підвищення надійності  при експлуатації колісних пар.

-Гарантоване відтворення  найкращих показників експлуатаційної  надійності та зносостійкості  пари рейок - колесо забезпечується  при повній автоматизації процесу  і точному дотриманні параметрів  загартування на кожному колесі.

- Внаслідок придушення  пластичної деформації гарт навіть  одного елемента трибосистеми (гребенів  коліс) на високу твердість  не тільки не робить негативного  впливу на інший елемент (на  шлях), але навпаки, поліпшує його  стан.

На базі установки УВПЗ-2М  розроблена нова технологія високошвидкісного  плазмового відпустки наклепаной (зміцненої) поверхні кочення колісних пар. Твердість  поверхневого шару металу коліс підвищується за рахунок наклепу при русі з 285 НВ до 330 - 350 НВ, а на повзунах, що виникають при гальмуванні із заблокованими колесами, твердість може досягати 50-55 HRC.

У такій ситуації відпуск  поверхневого шару металу перед перепрофілюванням  поверхні кочення коліс значно полегшує роботу ріжучого інструменту і верстата. Це дає можливість підвищити швидкість  обточування в 2-3 рази, поліпшити  поверхневі властивості металу колеса і отримати значну економію.

Послідовність процесу зміцнення  колісної пари наступна. Вона закочується  на механізм обертання і з його допомогою обертається із заданою  швидкістю навкруги власної осі. Пристрої для плазмової обробки (праве і ліве), підведені і  фіксовані певним чином на поверхні коліс, запускаються і забезпечують безперервну генерацію струменя високотемпературного газу. Після закінчення колісною парою повного обороту і заданого перекриття плазматрони відключаються, механізм обертання зупиняється, і зміцнена КП за допомогою пневмоцилиндра виштовхується з роликів механізму обертання.

Для аналізу впливу зміцнення  на ресурс КП в кожному депо створена база даних. В базу даних заносяться такі параметри, як товщина гребеня, крутизна, прокат, товщина бандажа, а також номери локомотивів і  їхні пробіги, обточування і викачали КП і їхні причини. Таким чином, база даних відображає життєвий цикл КП.

Програмно база даних представляє  собою взаємозв'язані таблиці  і редактора бази даних, за допомогою  якого можна вводити, редагувати і здійснювати пошук даних. В  ньому також закладені стандартні процедури і SQL-запроси для проведення аналізу даних

Найважливішою функцією бази даних є формування різноманітних  звітних форм, по яких можна оцінити " положення справ з ефективністю експлуатації КП в депо і дотриманням  правил ремонту. База даних дозволяє отримати інформацію по конкретній КП, локомотиву, серії локомотивів і  депо в цілому за будь-який період експлуатації.

Вплив зміцнення на ресурс КП в депо видно з таблиці 5.1.

Вплив товщини бандажа (діаметра) колісної пари на інтенсивність зносу  гребеня і пробіг між обточуваннями  із причин, пов'язаних із зносом гребеня  для електровозів серії ВЛ80 (таблиця 5.2).

Як видно з даних, наведених  в таблиці 5.2, із зменшенням товщини  бандажа істотно збільшується знос гребеня і, відповідно, зменшується  пробіг колісної пари. Це пов'язано  із зниженням твердості металу, обумовленим  технологією термообробки бандажа  при виготовленні.

При аналізі бази даних  звертає на себе увагу односторонній  знос гребеня - гребінь одного з коліс  КП зноситься значно швидше, ніж  гребінь другого колеса. Односторонній  знос працівники депо звичайно пояснюють  як результат руху по криволінійній  колії. Проте це не зовсім так. Як приклад наведемо статистику по парку електровозів ВЛ80 одного з депо, яка не виявила переважного зносу між колесами (таблиця 5.3). Для аналізу було ухвалено, що односторонній знос має місце, коли різниця зносу гребенів правого і лівого коліс перед обточуванням рівна або більше 2 мм. Слід зазначити, що частка КП, мають односторонній знос, в даному випадку склала 30 % від всієї кількості обточених КП.

Тривалий досвід роботи з  базою даних показав також  некоректну роботу з вимірами колісних пар в багатьох депо. Деякі параметри  бандажів або не відповідають дійсності, особливо при значеннях, близьких до бракувань, або не вимірюються, а  обчисляються на основі невірних даних  і передумов. Одним з таких  прикладів є обчислення діаметрів  бандажів колісної пари виходячи з  єдиного, встановленого в депо, значення діаметра колісного центру і вимірів  товщини бандажів. Помилково мається  на увазі, що при однаковій товщині  бандажів діаметри коліс однакові.

За відсутністю даних  про діаметри центрів конкретної колісної пари і надійного інструменту  для визначення діаметра коліс після  обточування, особливо на старих верстатах  типу А-41, вже закладається наступне обточування. Це утворює передумови для одностороннього зносу гребенів КП і необґрунтованих обточувань унаслідок різниці діаметрів  колісних пар під візком (секцією, локомотивом).

 

Таблиця 5.1 - Середній пробіг між обточуваннями колісних пар, тис. км

По виду жвавого складу
1	2	3
	зміцнені	не зміцнені
Тепловози	74	40
Електровози	124	79
Електропоїзди	111	62

Продовження таблиці 5.1

1	2	3
По типах локомотивів
ЧМЕЗ	46	19
2ТЭ10М	78	55
ВЛ80	70	45

 

Таблиця 5.2 - Вплив товщини  бандажа на пробіг колісної пари і  знос

                        гребеня з початковою товщиною  27 мм

Діапазон товщини бандажа  при підкаті, мм	Незміцнені колісні пари
	Середня інтенсивність зносу  гребеня, мм/10000 км	Середній пробіг між обточуваннями, км	Середня кінцева товщина  гребеня, мм
1	2	3	4
95 — 85	0,18	58626	26,16
85 — 75	0,19	55223	26,12
75 — 65	0,22	44151	26,16
65 — 55	0,27	40573	26,04
55 — 45	0,31	40017	25,89

 

Таблиця 5.3 - Характеристики одностороннього зносу

Різниця зносу	Кількість КП	Кількість КП
правого і лівого	із зносом	із зносом
гребенів КП, мм	лівих коліс, шт.	правих коліс, шт.
1	2	3
2	358	373
2,5	172	181
3	167	173
3,5	61	75

Продовження таблиці 5.3

4	67	83
4,5	18	24
5	12	19
5,5	3	7
6	5	10