МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра «Вагоны»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
для практических занятий
по дисциплине «Производство и ремонт подвижного состава»
для студентов специальности 19030002 «Подвижной состав железных дорог»
специализации № 2 «Вагоны» очной и заочной форм обучения
Составители: В.А. Краснов
А.В. Жебанов
Самара 2014
Методические указания для практических занятий по дисциплине «Производство и
ремонт подвижного состава» для студентов очной и заочной форм обучения
специальности 190300 – Подвижной состав железных дорог, специализации №2 –
Вагоны. – Самара: СамГУПС, 2014. – 65 с.
Утверждены на заседании кафедры «Вагоны» 08.10.13г. Протокол №3.
Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.
Методические указания содержат общие сведения о конструктивных особенностях
кузова полувагона, тележки модели 18-100, колесных пар, букс с роликовыми
подшипниками и кассетного типа с двухрядными коническими роликоподшипниками,
технологических процессах обработки, сборки, ремонта или изготовления сборочной
единицы (детали), приведены сведения о технологическом оснащении, инструменте,
требования к нормированию технологических процессов, требования техники
безопасности и производственной санитарии, а также методы обоснования технико-
экономической эффективности от внедрения техпроцесса и оборудования.
Приведен анализ неисправностей узлов вагонов, показано их влияние на
безопасность движения поездов, описаны методы предупреждения появления
неисправностей.
Указания предназначены для практических занятий со студентами специальности
190300 – Подвижной состав железных дорог, специализации №2 – Вагоны. Кроме того,
материал указаний может быть использован студентами при разработке курсовой работы
по дисциплине «Производство и ремонт подвижного состава».
Составитель: Виталий Александрович Краснов
Александр Владимирович Жебанов
Рецензенты: к.т.н., проф. каф. «Локомотивы» Р.Г. Валиуллин;
Начальник технического отдела службы «Вагонного хозяйства»
Куйбышевской дирекции инфраструктуры – структурного
подразделения Центральной дирекции. – филиала ОАО «РЖД»
А. П. Больнов
Редактор: Е.Ю. Логинова
Подписано в печать ____________ Формат 60*84 1/16.
Бумага писчая. Печать оперативная. Усл.п.л. 2,0.
Тираж 200 экз. Заказ №
©Самарский государственный университет путей сообщения, 2014
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Введение……………………………………………………………………………4
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1. Сведения о назначении и
конструктивных особенностях узлов (деталей) вагона …………………………5
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2. Сведения о неисправностях узлов (деталей)
вагона, их влиянии на безопасность движения поездов
и методах предупреждения ……………………………………………………….14
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3. Обзор действующих технологических
процессов ремонта или изготовления узлов (деталей) вагона
и средств их технологического оснащения ………………………………………24
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №4. Проектирование технологического процесса
обработки, сборки или ремонта сборочной единицы (детали) ………………….33
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №5. Нормирование технологического процесса …35
Библиографический список ………………………………………………………...39
Приложение А. Содержание отчета ………………………………….…………….39
Приложение Б. Варианты тем индивидуальных задания для практических работ40
В ходе выполнения заданий на практических занятиях по дисциплине
«Производство и ремонт подвижного состава» студенты должны приобрести следующие
компетенции:
продолжительности производственного цикла, методами оптимизации структуры
управления производством, методами повышения эффективности организации
производства, обеспечения безопасности и экологичности производственных
процессов, применяемых на железнодорожном транспорте; ориентируется в
технических характеристиках, конструктивных особенностях и правилах ремонта
подвижного состава, способностью оценивать его технический уровень;
производства и ремонта подвижного состава, маршрутные карты, карты технического
уровня, инструкции, выявлять причины отказов и брака, некачественного
производства и ремонта подвижного состава и его узлов; способностью обосновывать
правильность выбора необходимого оборудования и средств технического оснащения,
изучать и распространять передовой опыт; способностью осуществлять приемку
объектов после производства ремонта.
Часть производственного процесса, которая содержит целенаправленные действия
по изменению или определению состояния предмета труда, называют технологическим
процессом. По последовательности выполнения и видам работ различают
технологические процессы изготовления заготовок (отливок, поковок, штамповок и др.),
процессы обработки (механической, термической, электрохимической и др.), процессы
сборки, сварки, отделки, контроля, испытаний. Технологические процессы выполняются
на рабочих местах при помощи средств технического оснащения - технологического
оборудования и оснастки [1].
Основной структурной составляющей технологического процесса является
операция.
Технологическая операция - законченная часть технологического процесса,
выполняемая на одном рабочем месте. Постоянство рабочего места является
необходимым, но недостаточным признаком технологической операции. На одном
рабочем месте может выполняться несколько операций. Обязательным признаком
перехода к другой операции является изменение вида работ.
Технологическое оборудование - это средства технического оснащения, в которых
для выполнения какой-либо части технологического процесса размещают материалы,
заготовки или детали, а также средства воздействия на них (формовочные и литейные
машины, прессы, сборочные стенды и др.).
Технологическая оснастка - это средства технического оснащения, добавляемые к
технологическому оборудованию для выполнения технологического процесса
(например, опоки, инструменты, различные приспособления и др.).
Схема ремонта вагона в общем случае включает следующие техпроцессы: приемки
и подготовки вагона к ремонту; дефектации вагона; разборки и дефектации деталей и
сборочных единиц; ремонта и восстановления деталей и сборочных единиц; сборки и
отделки вагона; испытания и приемки.
Предпосылкой оптимального выбора студентом технологического процесса ремонта
или изготовления заданного узла (детали) вагона, а также средств технологического
оснащения (оборудование, инструменты и приспособления) для осуществления этого
техпроцесса является знание и анализ конструктивных особенностей заданного узла
(детали), знание и анализ возможных дефектов, неисправностей узла возникающих в
процессе эксплуатации и причин их появления. Знание этих основ позволяет подобрать и
использовать наилучший технологический процесс ремонта (изготовления) при
оптимальных затратах на его производство и эксплуатацию для заданных показателей
качества, объема выпуска и условий выполнения работ.
С целью более подробного изучения дисциплины практические занятия включают
вопросы, требующие достаточно глубокую проработку: конструктивных особенностей
узла (детали) вагона, определяющих выполнение заданных функций; влияния узла
(детали) вагона на безопасность движения поездов; анализа дефектов и неисправностей
узла (детали) вагона и причин их возникновения; обзора действующих технологических
процессов ремонта или изготовления узла (детали) вагона; обзора средств
технологического оснащения вагоностроительного и вагоноремонтного производства.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1
СВЕДЕНИЯ О НАЗНАЧЕНИИ И КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЯХ
УЗЛОВ (ДЕТАЛЕЙ) ВАГОНА
Приступая к анализу неисправностей узлов и деталей вагонов, возникающих в
процессе эксплуатации, необходимо досконально знать конструкцию и назначение этих
узлов и деталей. Работа, выполняемая узлами и деталями вагона, сопровождается
силовыми факторами, физическими и химическими процессами взаимодействующих
кинематических пар и сред. Эти факторы и процессы также необходимо знать и изучать
для более глубокого понимания правильной работы узлов и деталей вагона, физической
природы появления процессов изнашивания и технических неисправностей.
Рассмотрим особенности конструкции и назначение некоторых составных частей
вагонов с целью дальнейшего анализа неисправностей , возникающих в процессе
эксплуатации.
Кузов - одна из составных частей вагона, определяющих его назначение. В
зависимости от конструктивных особенностей кузов служит для размещения различных
грузов при транспортировке. Кузова современных вагонов проектируют с учетом
обеспечения высокого качества перевозок грузов.
В эксплуатации находятся кузова грузовых вагонов различной конструкции,
отличающиеся формой, размерами, особенностями устройства. Выделяют следующие
типы кузовов полувагонов, соответствующие определенным признакам:
Кузова полувагонов, предназначенных для перевозки сыпучих, навальных и
штучных грузов (каменного угля, руды, леса, проката металлов и др.), не требующих
укрытия и защиты от атмосферных осадков, не имеют крыши, и по конструкции несущих
элементов соответствуют типу кузовов с несущими боковыми стенами и рамой. Это
обеспечивает удобство производства трудоемких операций по погрузке и выгрузке с
помощью эффективных средств механизации (мостовых кранов, вагоноопрокидывателей
и др.). Кроме того, кузова полувагонов снабжены люками в полу, обеспечивающими
выгрузку сыпучих грузов самотеком.
Наиболее распространенный тип универсального полувагона имеет кузов с
разгрузочными люками в полу, крышки которых откидываются, образуя наклонные
поверхности. Сыпучий груз самотеком выгружается по обе стороны, а при
необходимости - в одну сторону от железнодорожного пути. В закрытом положении
крышки образуют горизонтальный пол, что позволяет транспортировать грузы широкой
номенклатуры. Такие конструкции кузовов полувагонов могут иметь торцевые двери или
глухие торцевые стены. Причем кузова с глухими торцевыми стенами более надежны в
эксплуатации.
Чтобы лучше использовать объем в заданном габарите подвижного состава, кузова
могут проектировать с наружным расположением обшивки относительно стоек - это
обеспечивает увеличение объема кузова и статической нагрузки при тех же наружных
размерах.
Во всех типах кузовов основным несущим элементом является рама, которая кроме
воздействия груза и тары кузова воспринимает значительные внешние сосредоточенные
силы, передаваемые ударно-тяговыми приборами, а также реакции опор.
Для восприятия и передачи на конструкцию кузова больших сосредоточенных сил
в раме предусматривают мощные хребтовые и шкворневые балки. Кроме того, рама
имеет боковые продольные балки, являющиеся одновременно нижними обвязками
боковых стен кузова, промежуточные и концевые поперечные балки (рис. 1.1).
Кузов полувагона модели 12-757 цельнометаллический, с четырнадцатью
разгрузочными люками в полу и двустворчатыми торцовыми дверями (рис. 1.1) состоит
из рамы 13, двух боковых 1 и двух торцовых стен 2, а также пола, образованного
крышками люков. Торцовые створки двери навешиваются тремя петлями на кронштейны
угловых стоек боковых стен и при необходимости открываются внутрь. Левая створка
фиксируется в закрытом положении нижним запором 6 в виде закидки, а правая -
верхним клиновым запором 8. Наружная лестница 3 и поручень 5 установлены для
удобства обслуживания вагона в эксплуатации. Для придания необходимой прочности
крепления угловых стоек к концевым балкам рамы и нижним обвязкам стен их
соединения усилены накладками 9, 10, 11 и 12. Соединения промежуточных стоек с
поперечными балками рамы также усилены прокладками 14.
Рис. 1.1. Кузов полувагона модели 12-757
Торцевые стены кузова выполнены в виде двустворчатых дверей, створки которых
навешиваются шарнирно на трех петлях на кронштейны угловых стоек боковых стен.
Крышки люков совместно с элементами рамы образуют пол кузова полувагона и
служат для выгрузки сыпучего груза при открытом их положении (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Крышка люка с торсионным устройством восьмиосного полувагона
Крышки люков должны плотно закрываться с целью недопущения потерь
насыпных грузов при транспортировке. Поэтому, возможные местные зазоры между
крышкой люка и плоскостями прилегания поперечных и продольных боковых балок не
допускаются более 5 мм.
С целью облегчения поднятия крышки люка при ее закрытии, все крышки
оборудованы торсионным устройством.
Торсионное устройство (рис. 1.3) состоит из верхнего рычага 1, нижнего рычага 2,
подшипника 3, торсиона 4 и кронштейна 5.
Рис. 1.3 – Расположение торсионного устройства на раме полувагона
При открывании запоров крышка под действием массы груза падает вниз и
закручивает торсион 4, в результате чего в нем появляются упругие напряжения, а на
концах - силы реакции, стремящиеся поднять крышку в горизонтальное положение.
После выгрузки груза эти силы облегчают подъем крышки.
Плотное прижатие крышки люков к элементам рамы полувагона обеспечивается
запорным механизмом, который состоит из сектора 1, планки 2, угольника запорного
механизма крышки 3 и закидки 4. Закидка 4 имеет два зуба: при закрывании крышку
вначале ставят на нижний зуб, а затем через скобу 12 (рис. 1.2) её подтягивают ломом
так, чтобы запорные угольники 3 захватывались верхним основным зубом закидки.
Сектор 1 служит для фиксации закидки 4 в закрытом положении и предупреждения
самопроизвольного открывания закидки, а, следовательно, крышки люка.
Крышка люка (рис. 1.4) состоит из двух угольников запорного механизма 1, скобы
2, ребер жесткости 3-5, концевого угольника 6, гофрированного полотна крышки люка 7,
изготовленного из стали 09Г2Д или 10ХНДП толщиной 5 мм.
Рис. 1.4. Крышка люка
Для крепления крышки к хребтовой балке имеются три петли 8. Зона постановки
петель усилена планкой 9. Для увеличения прочности соединения концевых угольников
(боковых поперечных балок) 6 с продольными передними элементами жесткости 2
привариваются косынки 12.
Тележки - ходовые части вагона. Они должны обеспечивать безопасность движения
вагона по рельсовому пути с необходимой плавностью хода и наименьшим сопротивлением
движению.
Тележки состоят обычно из следующих основных частей: колесных пар, буксовых
узлов, рессорного подвешивания, рамы, надрессорной балки с опорами кузова и тормозной
передачи. В конструкциях трех- и четырехосных тележек возможно наличие и других частей
– соединительной балки, шкворневой балки, балансиров и др.
По назначению тележки делятся на грузовые и пассажирские. Тележки пассажирских
вагонов обычно отличаются от тележек грузовых вагонов наличием люлечного устройства и
двух ступеней подвешивания.
Рис. 1.5. Тележка модели 18-100
Тележка (рис. 1.5) состоит из двух колесных пар 1, четырех букс 5, двух литых боковых
рам 2, двух комплектов центрального рессорного подвешивания 3, литой надрессорной балки
4 и тормозной рычажной передачи 6. Тормоз тележки - колодочный с односторонним
нажатием колодок. Связь рамы с буксами - непосредственная челюстная, опора кузова на
тележку через подпятник 7 надрессорной балки, а при наклоне кузова - дополнительно через
скользуны - 8. Тележка допускает осевую нагрузку до 230 кН (23,5 тс) при скорости
движения 120км/ч и 235 кН (24 тс) при скорости 100 км/чКолесные пары, воспринимающие
статическую и динамическую нагрузку, обеспечивают непосредственный контакт
экипажа и пути и направляют подвижной состав в рельсовой колее, через них передается
на рельсы нагрузка от вагона. Колесные пары жестко воспринимают все толчки и удары
от неровностей пути. При следовании подвижного состава по кривым участкам пути
появляются дополнительные нагрузки на колесные пары от воздействия центробежных
сил, а при торможении - от тормозных сил. Бывают также случаи, когда колеса скользят
по рельсам без вращения (идут юзом).
На железных дорогах широкой колеи применяются вагонные колесные пары с
роликовыми подшипниками типа РУ1-950, РУ1Ш-950 [2] и с коническими роликовыми
подшипниками кассетного типа РУ1Ш-950.
Общий вид колесной пары типа РУ1Ш-950 представлен на рис. 1.6.
Вагонные колесные пары имеют оси с торцевым креплением гайкой и шайбой (рис.
Для установки на станках каждая ось должна иметь на торцах центровые отверстия
(рис. 1.8).
Рис. 1.6. Вагонная колесная пара типа РУ1Ш-950
Рис. 1.7. Оси вагонных колесных пар
с торцевым креплением гайкой (а) и шайбой (б)
Рис. 1.8. Центровое отверстие оси
Колесные пары имеют цельнокатаные колеса (рис. 1.9). Посадка цельнокатаных
колес на оси прессовая.
Обработанный обод цельнокатаного колеса должен иметь профиль поверхности
катания, установленный стандартом (рис. 1.10) [2].
Рис. 1.9. Цельнокатаное колесо
Рис. 1.10. Профиль поверхности катания колеса
Основные размеры вновь формируемых колесных пар, новых осей, новых
цельнокатаных колес, а также размеры при заводском, деповском и текущем отцепочном
ремонте приведены в [2].
У внутренней грани колеса имеется гребень высотой 28 мм. Такая высота
достаточна для предотвращения схода подвижного состава с рельсов и вместе с тем
исключает возможность повреждения деталей рельсовых скреплений и стрелочных
переводов. Толщина гребня, измеряемая на расстоянии 18 мм от вершины, у новых колес
составляет 33 мм.
Правильное положение колес и прочное соединение их с осью – важные условия
обеспечения безопасности движения подвижного состава по рельсовому пути. Проверка
колесных пар на соответствие этим условиям осуществляется в процессе эксплуатации
вагонов постоянно.
Все грузовые и пассажирские вагоны железных дорог России оборудованы
прочными стальными цельнокатаными колесами. Такое колесо состоит из трех
элементов: обода, диска и ступицы.
Обод, наиболее изнашиваемая часть, у нового колеса имеет толщину 70 мм. Это
дает возможность по мере износа неоднократно обтачивать колесо и восстанавливать
стандартный профиль поверхности катания.
Диск выполнен изогнутым и имеет у ступицы толщину 25 мм, а у обода - 19 мм. Такая
конструкция обеспечивает колесу некоторую упругость, в результате чего действующие на
обод ударные нагрузки воспринимаются ступицей менее жестко.
Корпусы букс ограничивают перемещение колесных пар вдоль и поперек вагона,
защищают шейки осей и подшипники от грязи и атмосферных воздействий, а также
являются резервуаром для смазки.
Буксы грузовых вагонов с внутренним диаметром 250 мм, принятые в настоящее
время для эксплуатации, имеют цельный корпус и корпус с впрессованной лабиринтной
частью [3,5].
Внутренняя часть корпуса буксы под посадку подшипников имеет
цилиндрическую шлифованную или точеную поверхность. Уплотнение буксы состоит из
лабиринтов, расположенных в лабиринтном кольце и корпусе буксы. Лабиринтная часть
корпуса буксы имеет очертание лабиринтного кольца, паз для установки фетрового
кольца или глубокие жировые канавки, благодаря чему образуется уплотнение,
препятствующее вытеканию смазки и попаданию грязи извне в буксу. Передняя часть
буксы имеет съемные крышки - крепительную и смотровую (рис. 1.11 и 1.12).
Корпусы букс отливают из мартеновской стали (или электростали) марок 15Л1,
20Л1, 25Л1 (ГОСТ 977-58). При отливке из стали марки 25Л1 содержание углерода не
должно превышать 0,25%. Все отливки корпусов термически обрабатывают для
получения мелкозернистой структуры и устранения внутренних напряжений, после чего
их приводят в состояние, отвечающее техническим условиям.
В буксах вагонов применяют глухую подшипниковую посадку, при которой
внутреннее кольцо подшипника непосредственно устанавливают на шейку оси.
В буксах грузовых и пассажирских вагонов устанавливают два цилиндрических
подшипника вплотную друг к другу, при этом подшипник, расположенный у галтели
шейки оси, называют задним, а у ее торца - передним (рис. 1.11 и 1.12).
Буксы с двумя цилиндрическими подшипниками могут иметь торцевое крепление
тарельчатой шайбой с четырьмя или тремя болтами М20 (рис. 1.11) или корончатой
гайкой М110х4 (рис. 1.12).
ВНИИЖТом совместно с ВПЗ-16 и ГПЗ-15 разработан буксовый узел кассетного
типа. Такой буксовый узел состоит из одного заправленного на подшипниковом заводе
смазкой двухрядного подшипника с коническими роликами со встроенными
уплотнениями, седла-нагружателя (или корпуса буксы) и крепительной шайбы [1, 5].
Рис. 1.11. Букса грузового вагона с двумя цилиндрическими подшипниками
с торцевым креплением тарельчатой шайбой и четырьмя болтами:
1 - передний подшипник 232 726/11М; 2 - задний подшипник 42 726Л; 3 - корпус буксы; 4 -
лабиринтное кольцо; 5 - отъемный лабиринт корпуса буксы; 6 - кольцо уплотнительное;
7 - крепительная крышка; 8 - прокладка; 9 - торцевая шайба; 10- смотровая крышка; 11
- болт М20 для крепления торцевой шайбы; 12- стопорная шайба; 13 - болт М12 с
пружинной шайбой для крепления смотровой крышки
Рис. 1.12. Букса пассажирского вагона с двумя цилиндрическими
подшипниками с торцевым креплением гайкой :
1 - корпус буксы; 2 - лабиринтное кольцо; 3 - задний подшипник; 4 - передний
подшипник; 5 - крепительная крышка; 6 - смотровая крышка; 7 - торцевая гайка; 8 -
стопорная планка; 9 - болт М12 стопорной планки с пружинной шайбой; 10 - проволока;
11 -болт М12 смотровой крышки; 12 - пружинная шайба; 13 - прокладка; 14 - кольцо
уплотнительное
Общий вид буксового узла кассетного типа колесной пары типа РУ1Ш без корпуса
представлен на рис. 1.13.
Рис. 1.13. Общий вид буксового узла кассетного типа без корпуса
Вид буксового узла кассетного типа в разрезе представлен на рис. 1.14.
Рис. 1.14. Буксовый узел кассетного типа в разрезе
Основные размеры и описание буксовых узлов кассетного типа для осей РУ1Ш
приведены в [1, 2].
От исправного состояния буксовых узлов в большой степени зависит безопасность
движения поездов. Являясь необрессоренной частью вагона, буксовый узел испытывает в
пути следования значительные статические и динамические нагрузки, которые особенно
велики при наличии на колесных парах ползунов, выщербин, «наваров», а также при
проходе вагона по стыкам и дефектам рельсов. При проходе кривых участков
железнодорожного пути буксы испытывают большие осевые нагрузки. Буксовый узел
требует высокой квалификации и точности выполнения работ по ремонту деталей и
монтажу.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2
СВЕДЕНИЯ О НЕИСПРАВНОСТЯХ УЗЛОВ (ДЕТАЛЕЙ) ВАГОНА,
ИХ ВЛИЯНИИ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ
И МЕТОДАХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ
В процессе эксплуатации вагона появляются различные неисправности, которые
приходится устранять при техническом обслуживании или ремонте. Причинами этих
неисправностей могут быть процессы естественного происхождения, ошибки при выборе
конструкторских или технологических решений, нарушения правил технической
эксплуатации вагона.
Неисправности, обусловленные процессами естественного происхождения,
проявляются чаще всего в виде значительного изнашивания деталей и сборочных
единиц, накапливающегося в результате длительной эксплуатации вагона (постепенный
отказ), или в форме внезапных отказов, вызванных исчерпанием конструкционным
материалом своего ресурса (старение и явление усталости материала) [1].
Изнашивание – это процесс разрушения или отделения материала с поверхности
твердого тела и (или) накопления его остаточных деформаций при трении,
проявляющийся в постепенном изменении размеров или формы тела. Изнашивание
характеризуется величиной износа, интенсивностью и скоростью изнашивания.
Износ – это результат изнашивания, определяемый в установленных единицах.
Величина износа может выражаться единицами длины, массы, объема и др.
(соответственно линейный, массовый и объемный износ).
Интенсивность изнашивания определяется отношением величины износа к объему
выполненной работы, например, мм/км пробега (рис. 2.1).
Скорость изнашивания – это отношение величины износа к времени, в течение
которого проходило изнашивание.
Рис. 2.1. Графики интенсивности (а) и скорости (б) изнашивания деталей вагонов в
зависимости от времени
Процесс изнашивания обычно происходит в три стадии (рис. 2.1). На первой стадии
(участок а) происходит приработка детали, сопровождаемая интенсивным износом.
Далее процесс изнашивания стабилизируется (участок б), скорость изнашивания
практически постоянная (рис. 2.1, б). Этот участок характеризует нормальную работу
узла. Постепенное изменение размеров трущихся деталей, приводящее к ухудшению
условий смазывания, появлению динамических нагрузок в соединении и др., вызывает
катастрофическое увеличение скорости изнашивания на участке с.
Накопление статистических данных по характеру изнашиваемости различных
деталей вагонов позволяет установить допустимые износы деталей (на рис. 2.1 - hпр) и
обоснованно планировать межремонтные циклы (сроки или пробеги).
Износы и разрушения деталей, происходящие под действием циклически
изменяющихся во времени динамических нагрузок и проявляемые в форме зарождения и
развития трещин, относятся к усталостным. Явление усталости материалов проявляется
лишь в случаях внешнего нагружения конструкции, приводящего к появлению в ее
элементах знакопеременных или пульсирующих напряжений (в первом случае
изменяется во времени знак, а иногда амплитуда напряжений, во втором - только
амплитуда).
Особенностью усталостного разрушения деталей является то, что под воздействием
указанных выше режимов нагружения в материале детали появляются микроскопические
трещины (0,1...0,5 мм), которые с течением времени развиваются, достигая критической
величины. Период работы детали от возникновения первой микроскопической трещины до
окончательного разрушения называют живучестью детали.
Трещинообразование присуще значительной части деталей и сборочных единиц
вагонов, полученных различными технологическими методами (литые боковые рамы
тележек, корпусы автосцепок, поглощающих аппаратов и букс, колеса, оси, сварные узлы
рамы и кузова и др.). Трещины усталости зарождаются и развиваются, как правило, на
участках, имеющих концентрацию напряжений. В качестве концентраторов напряжений
могут выступать неметаллические включения и литейные дефекты, неровности грубо
обработанной поверхности, необоснованные усиления сварных швов, подрезы основного
металла в зонах сварки, случайные ожоги электродом и др. Усталостные разрушения
ответственных деталей вагонов могут привести к аварийным ситуациям, поэтому задача
повышения сопротивления усталости является весьма актуальной.
Основными причинами недостаточной сохранности кузовов полувагонов в
эксплуатации являются интенсивное ведение погрузочно-разгрузочных работ с применением
механизмов, конструктивно не соответствующих условиям их взаимодействия с подвижным
составом, нарушения технологии грузовой работы, а также отклонения в эксплуатационной
работе [1].
При погрузке и разгрузке длинномерных грузов в кузова полувагонов применяют ряд
механизмов. При этом кузов полувагона может получить повреждения при перемещении
груза и при нарушении правил отстроповки и закрепления груза. Погружаемый пакет груза
может раскачиваться из-за изменения направления движения (поворот стрелы), скорости или
давления ветра. И эти раскачивания гасятся ударами груза о кузов, в результате чего
деформируется и пробивается обшивка, стойки и верхняя обвязка.
С целью предупреждения этих явлений внутри кузова имеются лесные скобы, в
которые устанавливают деревянные стойки и которые должны воспринимать эти удары на
себя.
Другим фактором, влияющим на повреждаемость полувагонов при перевозке
лесоматериалов, является схема расположения груза по вагону. С целью увеличения степени
использования грузоподъемности вагона лесоматериалы часто грузят с выходом концов груза
за сечение торцевых дверей. Двери в этом случае прижаты к боковым стенам и всю нагрузку
от распора кузова воспринимают стойки в зоне приварки их к раме вагона, что приводит к
образованию трещин в этой зоне и отрыву стоек от рамы. Чтобы не допустить эти явления,
необходимо следить за правильностью увязки пакетов грузов и стяжки концов лесных стоек.
Высок уровень повреждаемости кузовов полувагонов при экскаваторной и грейферной
погрузке насыпных грузов. Для разрыхления грузов применяют различные вибрационные
машины, которые сообщают колебания кузову вагона. Для этого вибромашину свободно
устанавливают, например, на верхней обвязке.
Основным параметром, определяющим возможность использования вибромашин,
является ускорение вынужденных колебаний вагона, величина которого принимается в
зависимости от физико-механических свойств груза и геометрических характеристик
несущих элементов вагона, которые и ограничивают верхний предел ускорений, обеспечивая
сохранность вагона.
Тем не менее, разрыхление грузов с помощью вибромашин приводит к разрушению
сварных швов на верхней обвязке и в зонах приварки стоек к поперечным балкам, появлению
трещин по основному металлу верхних обвязок и стоек, ослаблению резьбовых соединений в
различных сборочных единицах.
Другим методом придания текучести грузу является разогрев их в различных
конвекционных тепляках. Однако тепляки могут отрицательно влиять на сохранность
полувагонов. Нагрев элементов кузовов полувагонов с грузом до температуры свыше 100°С
вызывает деформации сварной конструкции кузова, старение металла, увеличивает скорость
коррозии, порчу резиновых уплотнений в тормозной системе, разжижение и вытекание
смазки ЛЗ-ЦНИИ из буксовых узлов.
Анализ данных отцепок вагонов в текущий неплановый ремонт показывает, что около
12 % вагонов поступают с отказами сборочных единиц тележек [1].
Нагрузки, действующие на тележки, носят случайный характер и зависят от полезной
нагрузки, скорости движения, состояния пути и ряда других факторов. Поэтому и отказы
также носят случайный характер.
Все дефекты боковых рам тележек можно разбить на две основные группы: дефекты
усталостного происхождения и износы трущихся поверхностей.
Характерное расположение всех этих дефектов представлено на рис. 2.2.
Продольные трещины 3 в зонах сопряжения надбуксовой полки с вертикальной
стенкой двутавра образуются в основном из-за наличия скрытых дефектов литейного
происхождения – рыхлот, усадочных раковин.
Трещины 2, 4, 7 носят усталостный характер. Трещины 2 зарождаются в углах
буксового проема. Причем, если на внешний угол приходится 46 % всех усталостных
разрушений, то на внутренний угол буксового проема приходится уже 34 % всех трещин по
раме. Любой угол является зоной концентрации напряжений, они трудны для качественной
формовки и заливки при изготовлении боковых рам и с учетом того, что зона буксового
проема неподрессоренной боковой рамы является наиболее нагруженной зоной рамы,
поэтому здесь и возникают наиболее часто усталостные разрушения. Кроме того, причиной
образования трещин в зоне наружного угла буксового проема могут быть продольные силы,
возникающие при торможении вагона горочными замедлителями и при соударении вагонов с
повышенными скоростями.
Рис. 2.2. Основные неисправности боковой рамы:
1 – износ поверхностей направляющих букс; 2 – трещины в углах буксового проема; 3 –
трещины в зонах сопряжения надбуксовой полки с вертикальной стенкой двутавра; 4, 7
– трещины буртов наклонных поясов боковой рамы; 5 – износ кронштейна для валика
подвески башмака; 6 – трещины в углах рессорного проема; 8 – износ фрикционной
планки
В наклонных поясах боковой рамы, которые представляют собой незамкнутые
оболочки, трещины 7, 4 обычно зарождаются от внутренних буртов сечения.
Трещина 6 в углу рессорного проема начинается от залива окна или от ребра
жесткости. Трещины такого типа появляются в результате действия на нижний пояс боковой
рамы усилий от пружин, которые приводят к раскрытию угла рессорного проема.
Трещины 2, 4, 7 являются поперечными трещинами, угрожают безопасности движения
и поэтому боковые рамы с такими дефектами не восстанавливаются, а подлежат выбраковке.
Выявляются трещины в эксплуатации визуально, а при плановых ремонтах методами
вихретоковой или феррозондовой дефектоскопии.
Другой большой группой дефектов боковых рам являются износы трущихся
поверхностей. Износ поверхностей направляющих букс 1 происходит от взаимодействия с
корпусом буксы. Эти износы влияют на зазоры между боковой рамой и корпусом буксы.
Отклонения величин зазоров в эксплуатации существенно отражаются на изменении
геометрии тележек в горизонтальной плоскости, что приводит к интенсификации
извилистого движения, росту рамных усилий и горизонтальных ускорений кузова,
увеличению перекосов и углов набегания колесных пар по кругу катания и гребню, а также
заклиниванию и разрушениям роликовых подшипников.
Чтобы не допустить этих недостатков при ремонте, производится измерение ширины
буксового проема (рис. 2.2), который при выпуске из ремонта, произведенного в депо, должен
быть не более 342 мм (при капитальном – соответствовать чертежным размерам). Этот
размер определяется специальным шаблоном.
Колесные пары являются одним из основных элементов ходовых частей, от
технического состояния которых существенно зависит надежность работы вагона в целом.
При движении колесной пары по рельсовой колее на нее действует комплекс статических и
динамических вертикальных и горизонтальных сил. Кроме того, ось колесной пары
испытывает дополнительные напряжения сжатия в зонах напрессовки ступиц колес на оси и
ряд других эксплуатационных факторов. Сочетание комплекса этих факторов способствует
возникновению в элементах колесных пар ряда неисправностей. Неисправности осей
колесных пар подразделяют в общем виде на износы, трещины, изломы (рис. 2.3).
Трещины в шейках осей образуются чаще всего вблизи галтелей. Основной
причиной их образования в шейках осей с роликовыми подшипниками является местная
концентрация напряжения в зоне торца внутреннего кольца, особенно вблизи задней
галтели. Характер этих трещин аналогичен характеру трещин в подступичной части, т.е.
является следствием концентрации напряжений по сечению торца внутреннего кольца
роликового подшипника. С целью снижения концентрации напряжений в этой зоне
необходимо выполнять разгружающие канавки вблизи задней галтели глубиной 0,04 мм
[2].
Задиры и риски на шейках и предподступичных частях – круговой неравномерный
по поперечному профилю износ. На шейках и предподступичных частях с
подшипниками качения поперечные задиры и риски образуются из-за проворачивания
внутренних колец подшипников и лабиринтных колец при грении букс или
недостаточном натяге колец при монтаже.
Техническое состояние поверхности катания и гребня оказывает огромное влияние
на плавность хода вагона и взаимодействие с путями, особенно при прохождении
стрелочных переводов. Различают следующие группы неисправностей: естественные
износы, термомеханические повреждения, нарушения сплошности металла.
К группе естественного износа относятся такие износы как различные виды
проката поверхности катания колеса, износы гребня, ползуны и другие.
Равномерный круговой износ – прокат поверхности катания колеса (рис. 2.3) в
плоскости круга катания происходит от взаимодействия колеса с рельсом и тормозной
колодкой.
Неравномерный по профилю круговой износ – ступенчатый прокат, при котором
на поверхности катания образуется ярко выраженная ступень – возникает при смещении
зоны контакта колеса с рельсом в основном из-за несимметричной посадки колес на ось,
большой разницы диаметров колес на одной оси по кругу катания, неправильной
установке колесной пары в тележке.
Рис. 2.3. Основные неисправности колесных пар:
1 – трещина в любой части оси; 2 – трещина в ободе, диске и ступице колеса; 3 –
остроконечный накат гребня; 4 – равномерный прокат по кругу катания; 5 –
неравномерный прокат по кругу катания; 6 – толщина гребня на расстоянии 18 мм от
его вершины; 7 – вертикальный подрез гребня; 8 – протертость средней части оси; 9 –
следы электроожёга; 10 – сдвиг или ослабление ступицы колеса; 11 – ползуны колесных
пар с буксами на роликовых подшипниках; 12 – местное уширение обода колеса
(раздавливание); 13 – навар на поверхности катания колеса; 14 – выщербина на
поверхности обода; 15 – кольцевые выработки на поверхности катания; 16 – изменение
расстояния между внутренними гранями колесной пары; 17 – поверхностный откол
наружной грани колеса; 18 – толщина обода колеса по кругу катания
Износы гребня цельнокатаного колеса образуются вследствие интенсивного
взаимодействия гребня колеса с головкой рельса. Этот процесс интенсифицируется при
ненормальной работе колесной пары, вызываемой неправильной установкой колесной
пары в тележке, значительной разницей диаметров кругов катания колес одной колесной
пары, несимметричной посадкой колес на ось, а также из-за сужения рельсовой колеи.
Различают три вида износов гребней: равномерный износ, вертикальный подрез и
остроконечный накат (рис. 2.3).
Вертикальный подрез гребня – это износ гребня, при котором угол наклона
профиля боковой поверхности гребня приближается к 90°. Вертикальный подрез в
эксплуатации не допускается более 18 мм по высоте.
Остроконечный накат – это механическое повреждение, при котором по круговому
периметру гребня в месте перехода его изношенной боковой поверхности к вершине
образуется выступ. Этот дефект возникает в результате пластической деформации
поверхностных слоев металла гребня в сторону его вершины из-за высокого контактного
давления и интенсивного трения в зоне взаимодействия с головкой рельса. Эксплуатация
колесных пар с остроконечным накатом запрещается, так как возможен сход вагонов с
рельсов при взрезании противошерстной стрелки.
Круговой наплыв на фаску обода колеса – это повреждение, образующееся у
колесных пар с прокатом 5 мм и более, когда дальнейшее увеличение проката
происходит за счет пластической деформации смещения металла с поверхности катания
в сторону фаски. Прохождение колесных пар с этим дефектом через горочные
замедлители приводит к образованию другого дефекта — откола кругового наплыва
колеса.
Седлообразный прокат – неравномерный по поперечному профилю обода круговой
износ, при котором на поверхности катания образуется вогнутая седловина.
Кольцевые выработки (рис. 2.3) – это износы, при которых на поверхностях
катания колес образуются местные кольцевые углубления различной ширины. Эти
явления наблюдаются, как правило, у колесных пар, взаимодействовавших с
композиционными тормозными колодками. Кольцевые выработки образуются по краям
зоны контакта поверхности катания с тормозной колодкой, и эта закономерность их
появления объясняется неодинаковыми термическими условиями работы поверхностных
слоев металла колеса и композиционной колодки по ширине зоны контакта и
воздействием абразивных частиц пыли на поверхность трения по краям колодки.
К эксплуатации не допускаются колесные пары с кольцевыми выработками
глубиной более 1 мм у основания гребня и более 2 мм вблизи наружной грани обода или
шириной более 15 мм.
Ползун – локальный износ колеса, который характеризуется образованием плоской
площадки на поверхности катания. Ползун возникает при движении колеса по рельсу
юзом вследствие действия в зоне контакта комплекса явлений: разогрева зоны контакта
до высоких температур, контактного схватывания металла и интенсивной пластической
деформации.
Основными причинами заклинивания колесных пар тормозными колодками,
приводящими к юзу колес, являются неисправности тормозных приборов, неправильная
регулировка рычажной передачи, неправильное управление тормозами, изменения
взаимного соотношения коэффициента трения тормозной колодки с колесом и сцепления
колеса с рельсом (увлажнение поверхностей, попадание смазки и др.).
Высокая температура зоны ползуна приводит при отпуске тормозов и
проворачивании колесной пары к огромной теплоотдаче с нагретой поверхности,
особенно при низких температурах окружающего воздуха, и образованию закалочных
структур металла в зоне ползуна, что вызывает возрастание хрупкости металла и в
дальнейшем может стать причиной выкрашивания металла из зоны ползуна и
образования выщербин.
Выщербина – местное разрушение обода колеса в виде выкрашивания металла
поверхности катания. Причиной их образования являются термомеханические
повреждения, явления усталости металла и термические трещины обода. Выщербины в
местах термомеханических повреждений и термических трещин образуются под
действием касательных и нормальных сил во время торможения. Выщербины в местах
термомеханических повреждений и в местах термических трещин характеризуются
небольшой глубиной, не превышающей 2...3 мм, причем они имеют, как правило,
групповое расположение.
Навар металла на поверхности катания – термомеханическое повреждение, при
котором на поверхности катания образуются участки сдвига металла V-образной формы.
Наибольшие деформации возникают в центре площадки контакта, где создается
максимальное давление, которое развивается в направлении скольжения колес.
Навар на поверхностях катания вызывает повышенные ударные нагрузки на
подвижной состав и верхнее строение пути, и поэтому не допускается навар высотой
более 0,5 мм у колесных пар пассажирских вагонов и более 1 мм для грузовых вагонов.
Значительную долю дефектов колес составляют механические повреждения, к
которым относятся ослабление посадки ступицы колеса на оси, сдвиг ступицы колеса.
Ослабление посадки ступицы колеса возможно при нарушении технологии
формирования колесной пары, несоблюдении равенства температуры оси и колеса при
измерении диаметров посадочных поверхностей, в результате чего неправильно
определяется натяг на посадку. Признаками ослабления посадки является разрыв краски
по всему периметру вблизи торца ступицы в месте ее сопряжения с осью и выделение
характерной коррозии и масла из-под ступицы колеса с внутренней стороны. Колесные
пары с признаками ослабления ступицы подлежат расформированию.
Сдвиг ступицы колеса - это смещение ступицы колеса вдоль оси. Этот дефект
также является следствием нарушения технологии формирования колесной пары или
ударов при авариях.
Сдвиг ступицы колеса ведет к изменению расстояния между внутренними гранями
ободов колес и представляет серьезную угрозу безопасности движения, и поэтому
колесные пары исключаются из эксплуатации.
Одной из основных закономерностей повреждаемости буксовых узлов является
четкая зависимость роста числа отказов в 1,5^2 раза в осенне-зимний период времени.
Эта закономерность отказов буксовых узлов связывается с влиянием температуры
окружающего воздуха, изменениями в состоянии верхнего строения пути и
соответствующим ростом действующих силовых факторов [1].
Другая закономерность состоит в том, что в первые 2…3 месяца эксплуатации
буксовых узлов после ревизии число отказов также значительно выше, чем в
последующий период. Это объясняется тем, что в первый период выявляются отказы,
связанные с недостаточно качественно выполненным подбором и монтажом буксовых
узлов, а также взаимной приработкой всех основных сборочных единиц буксового узла.
Основными неисправностями буксовых узлов, представленными на рис. 2.4,
являются задиры, намины на роликах, внутренних и наружных кольцах, трещины
внутренних и наружных колец, проворот лабиринтного кольца и внутренних колец и др.
[1, 3].
Ненормальная работа роликовых подшипников, приводящая к нагреву, может
произойти из-за неисправностей подшипников (излом внутреннего кольца, малый осевой
зазор, излом сепаратора, неправильная сборка подшипников, затвердевание смазки,
попадание твердых тел), неправильной сборки тележек. В этих случаях причина вначале
определяется внешним осмотром технического состояния буксового узла, а затем
вскрывают смотровую крышку для определения состояния подшипников и торцевого
крепления.
При обнаружении поврежденного торцевого крепления или переднего
подшипника, наличия в смазке металлических включений, свидетельствующих о
ненормальной работе подшипников, колесную пару выкатывают из-под вагона для
полной ревизии букс с целью установления причин нагрева.
Причиной ослабления и разрушения торцевого крепления подшипников является
жесткая передача осевых нагрузок торцами роликов на приставной борт и на торцевое
крепление. Такой дефект может появиться также в результате нарушений технологии
изготовления резьбовой части оси, монтажа буксовых узлов и ремонта колесных пар.
Рис. 2.4. Основные неисправности буксовых узлов грузовых вагонов:
1 и 2 – отколы и ползуны переднего и заднего подшипников соответственно; 3 –
деформация корпуса буксы; 4 и 5 – коррозия лабиринтных колец; 6 – дефекты
уплотнительного кольца; 7 – деформация крепительной крышки; 8 – разрушение
прокладки; 9 – ослабление и разрушение торцевой шайбы; 10 – вмятины на смотровой
крышке; 11 – трещины и срез резьбы болтов М20; 12 – разрушение стопорной шайбы;
13 – трещины резьбы болтов М12
Повышения износостойкости деталей можно добиться, применяя сравнительно
недорогие, но эффективные методы химико-термической обработки рабочих
поверхностей деталей (цементация, азотирование, фосфатирование), а также
прогрессивные методы поверхностного упрочнения деталей, такие как алмазное
выглаживание и др. [1].
Особые перспективы повышения долговечности деталей вагонов можно видеть в
использовании для обработки поверхностей высококонцентрированных источников
тепловой энергии, в частности, лазерного излучения. Методы модифицирования
поверхностей деталей лазерным излучением можно разделить на две основные группы.
К первой группе следует отнести обработку, которая не вызывает оплавления или
какого-либо другого изменения исходной шероховатости поверхности и связана только с
нагревом поверхностного слоя и последующим его самоохлаждением. Управляя
процессами нагрева и охлаждения, можно получить различные эффекты в
поверхностном слое, в частности, термическое упрочнение, отпуск, отжиг. Эффект
упрочнения углеродосодержащих сталей заключается в образовании в поверхностном
слое специфической дезориентированной в пространстве структуры, которая имеет
микротвердость, в 1,5...5 раз превышающую микротвердость основы. Глубина
модифицированного слоя может достигать 0,05...3 мм.
Ко второй группе можно отнести обработку, при которой происходит оплавление
поверхности: термическое упрочнение, лазерная аморфизация, поверхностное
микролегирование и наплавка.
Лазерное термическое упрочнение с оплавлением поверхности позволяет получить
в наружном слое характерное для закалки из жидкого состояния дендритное строение.
Аморфизация поверхности - процесс, при котором в поверхностном слое
обрабатываемого материала создается максимально возможный градиент температур.
При этом в узком поверхностном слое толщиной около 0,02...0,05 мм скорости
охлаждения могут достигать значений 106...107°С/с, которые являются достаточными
для «замораживания» разупорядоченной при расплавлении структуры, т.е. для перевода
металла в аморфное состояние.
Лазерное микролегирование – процесс расплавления с помощью лазерного
излучения поверхностного слоя и введения в образовавшийся расплав легирующих
элементов. Поверхностное микролегирование используют для повышения
износостойкости, жаропрочности, теплостойкости, коррозионной стойкости.
Лазерная наплавка – эффективный метод улучшения эксплуатационных
характеристик и восстановления изношенных рабочих поверхностей деталей машин и
инструментов. На подготовленную обрабатываемую поверхность предварительно или
одновременно с лазерным излучением подается в виде проволоки или порошка
наплавляемый материал. Под действием лазерного излучения происходит расплавление
этого материала и частичное оплавление материала основы, что обеспечивает хорошую
адгезию покрытия и основы.
Одним из наиболее распространенных технологических методов повышения
сопротивления усталости является получение на поверхности детали упрочненного слоя
(наклепа), создаваемого путем местного пластического деформирования материала. Для
деталей цилиндрической формы (оси) обычно применяют накатку ответственных
поверхностей стальными роликами. Детали сложной формы (пружины, листы рессор и
др.) обрабатывают стальной дробью в дробеметных камерах. Параметры режимов
обработки (геометрия ролика, сила прижатия его к детали, скорость вращения детали,
скорость перемещения ролика, размеры дроби, ее скорость к моменту удара) обычно
определяют опытным путем.
Для повышения сопротивления усталости сварных конструкций можно
рекомендовать применение следующих технологических методов: термическая
обработка сварного технологического узла, механическая и аргонодуговая обработка
сварных швов и околошовной зоны, наклеп многобойковыми упрочнителями.
Термическая обработка (отжиг, нормализация) как способ повышения
сопротивления усталости дает положительный результат при применении ее в
технологических процессах изготовления достаточно сложных сварных толстостенных
конструкций (сварные рамы тележек, надрессорные балки и др.). Отжиг сварной
конструкции позволяет практически полностью снять остаточные напряжения,
обусловленные усадкой сварных швов. Отметим, что термическая обработка не
позволяет устранить деформации сварной конструкции, вызванные остаточными
напряжениями.
Механическая обработка сварных швов и околошовной зоны режущим
инструментом (абразивные круги, фрезы) выполняется на минимальную глубину (до 3%
толщины обрабатываемого элемента), необходимую для обязательного снятия
поверхностного слоя металла на всей длине линии оплавления в зоне обработки с целью
получения чистой, блестящей поверхности и плавных переходов от металла шва к
основному металлу. Обработанная поверхность не должна иметь рисок, расположенных
поперек направления усилий, действующих в элементе при его работе, а также надрезов
и следов подрезов по границам шва, выходящих на поверхность пор, раковин, шлаковых
включений. Механическая обработка наиболее предпочтительна для стыковых
соединений. В этом случае обработке подвергают переходную зону шириной не менее 25
мм с образованием плавного перехода от металла усиления сварного шва к основному
металлу. Радиусы перехода и вершины усиления должны быть не менее 15 мм.
Аргонодуговая обработка применяется в основном на границе сварного шва и
основного металла с целью создания плавного перехода в этой зоне. Такой обработке
рекомендуется подвергать конструкции из спокойных и полуспокойных углеродистых и
низколегированных сталей. Обработка осуществляется на постоянном токе прямой
полярности любыми серийными горелками (ГРА-1, АР-36, ГРА-3 и др.),
предназначенными для сварки вольфрамовыми электродами в защитных газах. В
качестве электрода используется пантанированный вольфрам марки ЭВЛ-10, защитным
газом служит аргон не ниже второго сорта.
Качество аргонодуговой обработки контролируется визуально путем
сопоставления поверхности с контрольным эталоном. Обработанная поверхность не
должна иметь пор, подрезов, грубой чешуйчатости, кратеров, раковин. Оплавленная
линза должна располагаться строго на границе шва и основного металла.
В сварных конструкциях поверхностному наклепу целесообразно подвергать места
с концентраторами напряжений, в основном границы сварного шва. В качестве
инструмента для наклепа используют пневматические молотки типа 62КМ-6, КМП-13,
КМП-31 с энергией удара 4...9 Нм со специальными насадками для крепления
упрочнителя. Упрочнителями являются пучки термообработанной (закалка и отпуск по
специальным режимам) до твердости HRC 50 проволоки диаметром 2...3 мм из стали
марок 65Г, 60С2, П-70. Наклеп выполняют при давлении сжатого воздуха 0,4...0,5 МПа.
Скорость перемещения инструмента по обрабатываемой поверхности 1,5...2,5 мм/с.
Если на обрабатываемой поверхности имеются недоступные для инструмента
места в виде больших усилений, свисаний, подрезов, то их необходимо предварительно
подварить или оплавить аргонодуговой обработкой. Отметим, что подвергать наклепу с
целью повышения сопротивления усталости можно только конструкции,
эксплуатирующиеся в условиях, при которых не происходит релаксация остаточных
напряжений (температура не выше 200°С, действующие напряжения ниже предела
текучести и др.). При ремонте наклеп необходимо выполнять только после производства
сварочных работ в близко расположенных зонах и правки.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3
ОБЗОР ДЕЙСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ РЕМОНТА
ИЛИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УЗЛОВ (ДЕТАЛЕЙ) ВАГОНА И СРЕДСТВ
ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ
Технологический процесс – это продукт труда инженера-технолога, причем
практически всегда новый продукт. Как и любой другой продукт труда, он не может
быть создан в идеальном виде за один прием, а должен рождаться в процессе
инженерного творчества. Кроме этого, инженер-технолог не имеет права на грубую
ошибку, поскольку она может привести к безвозвратным потерям времени и средств на
подготовку производства или аварийной ситуации при эксплуатации вагона.
Проектирование технологического процесса является многовариантной задачей.
Для изготовления (ремонта) одной и той же детали или сборочной единицы могут быть
разработаны различные технологические процессы, отличающиеся структурой,
содержанием, технологической оснащенностью, методами восстановления деталей,
затратами на их выполнение.
Технический и экономический принципы проектирования технологических
процессов всегда находятся в диалектическом противоречии. Разрешение этого
противоречия достигается за счет компромисса и решения задач оптимизации
технологических процессов. Технический принцип должен соблюдаться всегда. Поэтому
компромисс возможен только между затратами труда (производительностью) и
издержками производства. При равной производительности сопоставляемых вариантов
технологических процессов выбирают процесс, обеспечивающий минимум затрат. При
равных затратах выбирают более производительный технологический процесс.
Необходимо иметь систему показателей, по которым можно было бы сопоставлять
варианты технологического процесса, а также определять качество окончательной
технологической разработки.
Показатели качества технологического процесса можно разделить на две группы –
технические и технико-экономические. Наиболее важными и емкими техническими
показателями качества технологического процесса являются его надежность,
трудоемкость и производительность.
Конструкции большинства типов вагонов характерны тем, что значительную часть
их деталей можно получить в готовом виде методом литья, горячей или листовой
штамповки, ковки, раскроя листового материала и профилей. Обработка резанием
применяется лишь для ограниченного количества деталей. Следовательно, общую схему
изготовления грузового вагона можно представить в виде последовательности
технологических процессов:
Пассажирские и изотермические вагоны по конструкции значительно сложнее
грузовых. Однако общая схема их изготовления до этапа сборки кузова может быть
такой же, как и для грузовых вагонов. Основные отличия начинаются именно на этом
этапе и связаны с необходимостью окраски металлического кузова внутри перед
производством работ по шумо-, гидро-, теплоизоляции кузова, монтажу полов и
внутреннего оборудования. Этим работам должны предшествовать процессы
изготовления деталей и сборочных единиц внутренней отделки из древесины,
полимерных материалов, мебели, жгутов электро- и радиооборудования.
Схема ремонта вагона в общем случае включает следующие технологические
процессы: приемки и подготовки вагона к ремонту; дефектации вагона в целом; разборки
и дефектации деталей и сборочных единиц; ремонта и восстановления деталей и
сборочных единиц; сборки и отделки вагона; испытания и приемки.
Ремонт кузовов полувагонов производится в соответствии с требованиями
руководств по деповскому и капитальному ремонту и Инструкции по сварке и наплавке
при ремонте вагонов [1, 5].
Капитальный ремонт кузовов полувагонов на ВРЗ производится на поточно-
механизированных линиях за три этапа: на первом этапе производится предварительная
разборка и обмывка вагона, на втором этапе – правка и удаление негодных элементов и
третья стадия – вагоносборочные работы.
Весь основной объем правильных работ производится с помощью передвижных
ремонтных машин.
Правку местных прогибов швеллера верхней обвязки свыше 10 мм производят со
снятием усиления верхней обвязки.
Трещины или изломы верхней обвязки разрешается ремонтировать сваркой с
последующим усилением этой зоны двумя наружными угловыми накладками, как это
показано на рис. 3.1.
При замене негодных частей верхней обвязки допускается не более одного стыка в
зоне между смежными стойками.
При ремонте стоек допускается оставлять местные вмятины стоек кузова
коробчатого сечения глубиной до 30 мм при отсутствии трещин. Обычно такие вмятины
закрывают вставкой с обваркой по периметру.
Появляющиеся на стойках корытообразного сечения одного из следующих
повреждений – излома, трещины более 50% сечения, коррозии более 30% толщины или
подреза полок более 20 мм при расположении поврежденного места на расстоянии менее
300 мм от верхней кромки нижней обвязки кузова – разрешается ремонтировать стойку
путем вырезки её дефектной зоны на высоту не менее 300 мм от нижней обвязки с
постановкой и приваркой новой части стойки. Сварной стыковой шов при этом
усиливается накладкой толщиной 6 мм, приваренной по периметру.
Рис. 3.1. Ремонт верхней обвязки
Ремонтировать таким методом две рядом стоящие дефектные стойки не
разрешается – одна из стоек должна быть заменена новой.
При деформациях стоек суммарное уширение или сужение кузова в средней части
полувагона допускается до 30 мм, а одной стены – до 15 мм. В сечении угловых стоек
расширение или сужение допускается до 10 мм.
Металлическую обшивку, имеющую местные вмятины более 15 мм, выправляют. В
случае наличия трещин в обшивке длиной до 100 мм, их устраняют сваркой без
постановки усиливающей накладки.
Трещины длиной более 100 мм ремонтируют сваркой с постановкой усиливающей
накладки толщиной 4 мм с внутренней стороны кузова с обваркой ее по периметру.
Накладка должна перекрывать трещину не менее, чем на 30 мм с каждой стороны.
В одном пролете между стойками разрешается ремонтировать не более двух
трещин с расстоянием между ними не менее 1000 мм. При этом допускается ремонт двух
трещин одной накладкой, площадь которой не должна превышать 0,3 м3.
При образовании пробоины в металлической обшивке кромки ее выправляют и
устанавливают усиливающую накладку с внутренней стороны кузова с обваркой ее по
периметру с наружной стороны сплошным швом, а с внутренней стороны прерывистым
сварным швом.
Лучевые трещины от пробоины не допускаются, и при ремонте обшивки рваные
края пробоины с трещинами необходимо вырезать.
В одном пролете между стойками разрешается устранять не более двух пробоин с
суммарной площадью до 0,3 м2.
Коррозионные повреждения металлической обшивки в основном образуются на
внутренней поверхности из-за взаимодействия с агрессивными элементами перевозимых
грузов при достаточной их увлажненности в условиях, когда антикоррозионные
покрытия разрушаются после нескольких циклов погрузки-разгрузки.
При коррозионных повреждениях обшивки более 30% толщины листа обшивку
ремонтируют постановкой накладки толщиной 4 мм. Разрешается также смена части
обшивки шириной до 400 мм на всю длину между смежными стойками или по всей
длине вагона с расположением стыков на стойках.
В большинстве вагонных депо, ремонтирующих полувагоны, ремонт крышек
люков организован стационарным методом, т.к. значительное количество крышек люков
по техническому состоянию ремонтируются без снятия с вагона. И только примерно 14%
крышек люков, имеющих большие деформации, коррозионные и другие повреждения,
трудно ремонтируемых на вагоне, снимаются и транспортируются на
специализированный участок.
Технологический процесс ремонта крышек в специализированном участке
заключается в следующем: неисправные крышки люков поступают на участок в разных
депо либо с помощью монорельса, либо на электрокаре, либо с помощью тележек.
Доставленные крышки люков устанавливаются кран-балкой на стеллаж в вертикальном
положении.
Мастер или бригадир осматривает крышки, определяет объем требуемого ремонта
и размечает мелом места, где требуется постановка накладок или выполнение
автогенных работ, где дает соответствующие задания газорезчику и кузнецу-правщику.
Крышки, при ремонте которых требуются газорезные работы для удаления
негодных частей и деталей, кран-балкой переносятся на стол для производства
автогенных работ.
Стол оборудован газовыми резаками для производства работ по срезке негодных
частей. К столу подведена стационарная газовая линия от генератора.
После выполнения всех необходимых работ крышки передаются на пресс для
правки деформаций усилием 12 тонн, где кузнец-правильщик производит правку
деформированных зон обшивки, петель, элементов жесткости. Кроме того, здесь же
производится подгонка взамен удаленных частей новых. Подгонка заплат и прижим
осуществляется непосредственно на прессе, и здесь же производится их прихватка с
помощью ручной сварки к полотну крышки.
После выполнения этих работ крышка передается на стенд для электросварочных и
клепальных работ. Зачистку и подготовку мест сварки производит сам электросварщик с
помощью пневматического рубильного молотка и пневматической или электрической
шлифовальной машинки с металлической щеткой.
Сварочные работы выполняются либо с помощью ручной дуговой сварки, либо при
помощи полуавтоматов.
При приварке кронштейнов люка или прихватке петель электросварщик пользуется
шаблонами и тем самым обеспечивает точность установки этих деталей. После
окончания электросварочных работ электросварщик зачищает все сварочные швы от
шлаков, зачищает подтеки и заусенцы пневматическим зубилом.
Если при ремонте крышек требуется произвести приклепку петель, то эта работа
выполняется кузнецом–правильщиком на стенде, где имеется приспособление для
поддержания заклепок при клепке пневматическим молотком.
Выкаченные из-под вагонов тележки по поперечному пути с помощью
трансбордера или мостового крана подают на путь приема тележек в ремонт.
Если это возможно по местным условиям, каркас тележки снимают с колесных пар
мостовым краном и передают на первую позицию поточно-конвейерной линии ремонта
тележек (ПКЛ), а колесные пары прокатываются дальше по поперечному пути в колесно-
роликовый участок [6].
На позиции 1 мостовым краном снятый каркас тележки устанавливают нижней
частью надрессорной балки на каретку ПКЛ и начинается процесс разборки тележки.
Здесь производится снятие шкворня, отворачиваются или срезаются болты, крепящие
колпаки скользунов, снимаются колпаки с прокладками, разбираются комплекты пружин
и фрикционных клиньев.
По окончании этих работ каркас тележки транспортирующим органом
перемещается в моечную машину (позиция 2), где производится очистка и обмывка
тележек.
На позиции 3 производится разборка рычажной передачи и снятие триангелей. Для
этого удаляются валики вертикальных рычагов, что позволяет удалить сами
вертикальные рычаги, подосную тягу, а затем триангель вместе с башмаками и
колодками.
На позиции 4 специальным устройством раздвигают боковые рамы с надрессорной
балки и укладывают на дефектоскопную установку.
В настоящее время наиболее эффективными методами неразрушающего контроля
являются вихретоковый метод контроля дефектоскопом ВД-12НФ и феррозондовый с
помощью магнитоизмерительного комбинированного прибора Ф-205.30А,
электромагнитного намагничивающего устройства МСН 10.
Феррозондовый способ лучше вписывается в поточно-конвейерный метод ремонта.
С помощью этих методов выявляются все усталостные дефекты в виде трещин в
боковых рамах и надрессорных балках.
Кроме этого на данной позиции производится осмотр боковых рам и надрессорных
балок с целью выявления отколов, ослабления заклепок фрикционных планок и
измерения размеров тележек в изнашиваемых зонах.
Сборочные единицы с трещинами бракуются в соответствии с требованиями, а
детали со сверхдопустимыми износами снимаются с ПКЛ и передаются в
соответствующие технологические участки, где производится наплавка и механическая
обработка этих поверхностей, а также смена фрикционных планок и втулок кронштейнов
для валиков подвески башмаков.
После выполнения перечисленных работ боковые рамы и надрессорные балки
передаются на позицию 5.
Позиция 5 – это позиция начала сборочных работ. На опору каретки конвейера
устанавливают надрессорную балку, на концы которой навешивают боковые рамы. На
нижний пояс рессорного проема устанавливают пружины и фрикционные клинья.
Позиция 6 – предназначена для сборки рычажной передачи. Здесь производится
установка триангелей, заводят подвески в гнезда башмаков, устанавливают валики в
отверстия подвесок и кронштейнов боковых рам, устанавливают тормозные колодки,
вертикальные рычаги, которые соединяются распорной тягой.
Позиция 7 – производится соединение установленных на шестой позиции
сборочных единиц рычажной передачи с помощью валиков серьги с державкой мертвой
точки и вертикальными рычагами, соединяют вертикальные рычаги между собой, с
триангелем и другими деталями со смазкой всех шарнирных соединений.
Позиция 8 – предназначена для установки колпаков скользунов, шкворней, сдачи
каркаса тележки приемщику и установки каркаса тележки на колесные пары.
Позиции 9 и 10 – производится соответственно окраска и сушка тележек.
Операции окраски в депо в основном производятся вручную, а сушка
непосредственно в цехе. На ВРЗ имеются специальные окрасочно-сушильные агрегаты.
Ремонт колесных пар может быть без смены элементов или со сменой элементов.
Технологическая схема этих ремонтов представлена на рис. 3.2.
Ремонт колесных пар без смены элементов производится во всех вагонных депо.
Основной задачей этого ремонта является восстановление геометрии поверхности
катания и гребня колеса. Основным методом восстановления геометрии является обточка
на колесотокарных станках. Применяются станки проходного типа, например фирм
Хегеншайдт и Рафамет, или тупикового типа тех же фирм, а также российских –
Краматорского или Рязанского станкозаводов.
При восстановлении профиля поверхности катания обточкой необходимо
обеспечить обработку с минимально необходимой глубиной резания. Но это вызывает
большие трудности, так как проточка будет проходить по твердому наклепанному слою
металла поверхности катания колеса. Чтобы исключить эту трудность, искусственно
увеличивают глубину резания, и обточка идет по ненаклепанному металлу, но это
уменьшает число последующих переточек, а значит и срок службы колес.
Для ликвидации этого недостатка разработаны конструкции установок для
предварительного отжига поверхности катания колеса. Наиболее эффективными
установками отжига являются установки с индукционным нагревом токами высокой
частоты, обладающие способностью быстро прогревать верхние слои металла до
высоких температур, тем самым снижая наклеп. Применение такой технологии
позволяет обтачивать колесные пары со снятием стружки минимальной толщины,
удлиняет срок службы колес примерно в два раза, дает экономию на режущем
инструменте.
Восстановление поверхности катания на отечественных станках производится за
два прохода резца (рис. 3.3).
Грубая обработка производится обычно от фаски Н к гребню К (рис. 3.3), при этом
оставляют припуск на последующую чистовую обработку 1...2 мм. Чистовой проход
выполняется от внутренней грани колеса Н по гребню к фаске К.
Обработка ведется в автоматическом режиме твердосплавным чашечным резцом,
управляемым по копиру гидравлической следящей системой.
После проведения обточки колесная пара направляется на позицию дефектоскопии.
На позиции дефектоскопии колесная пара подвергается магнитно-порошковой
дефектоскопии средней части оси, ультразвуковой дефектоскопии подступичных частей
и шеек, если не производился съем внутренних колец роликовых подшипников на
горячей посадке, и вихретоковая дефектоскопия дисков колес в соответствии с
инструкцией.
Рис. 3.2. Технологическая схема видов ремонта колесных пар
Рис. 3.3. Схемы обработки профиля поверхности обода колеса чашечными резцами на
колесотокарном станке модели 1836А
После измерения параметров колесной пары, производится диагностика буксового
узла на вибродиагностическом стенде в соответствии с Инструкцией, далее колесная
пара в случае соответствия всем требованиям подвергается клеймению и окраске.
Для обеспечения требуемой долговечности и надежности работы подшипников
была создана система технического обслуживания, диагностирования состояния
буксовых узлов и их плановых ремонтов.
Наблюдение и уход за буксовыми узлами с роликовыми подшипниками в
эксплуатации установлены на всех технических станциях - в пунктах подготовки
вагонов к перевозкам, формирования, технического обслуживания и оборота вагонов.
При этом производится внешний осмотр букс, обстукивание букс с целью определения
надежности крепления болтов крышки и состояния торцового крепления подшипников.
Другим важным признаком возможной неисправности буксового узла является
повышенный нагрев корпуса буксы, выявляемый системами обнаружения перегретых
букс (КТСМ-01, КТСМ-02Б).
При обнаружении поврежденного торцевого крепления или переднего
подшипника, наличия в смазке металлических включений, свидетельствующих о
ненормальной работе подшипников, колесную пару выкатывают из-под вагона для
проведения среднего ремонта с целью установления причин нагрева.
Текущий ремонт колесных пар производится в период между средними ремонтами
в следующих случаях: при каждой подкатке колесных пар под вагоны, при
положительном результате входного вибродиагностического контроля буксовых узлов,
при восстановлении профиля поверхности катания колес без демонтажа буксовых узлов,
. при проведении профилактических мероприятий по отдельным указаниям
железнодорожных администраций или владельцев инфраструктуры. При проведении
текущего ремонта сначала производят проворачивание вручную корпуса буксы либо
пропускают через диагностическую установку типа УДБ-2 или другие. При вращении
буксы с толчками или с большим сопротивлением, а также с ненормальным шумом
колесная пара передается на проведение среднего ремонта.
Средний ремонт колесных пар производится при следующих условиях: после
крушений и аварий поездов всем колесным парам поврежденных вагонов, после схода
вагона с рельсов (колесным парам сошедшей тележки), при повреждении вагона от
динамических ударов падающего груза при погрузке, при отсутствии или невозможности
прочтения знаков и клейм о проведении последнего среднего ремонта на торце шейки
оси, при отсутствии бирки на буксовом узле или невозможности прочтения клейм на ней
при ремонте колесной пары или подкатке ее под вагон, после выполнения допустимых
вырубок волосовин, неметаллических включений и других неисправностей на оси в
пределах установленных норм, через два восстановления профиля поверхности катания
колес обточкой (или шлифовкой) колесных пар с буксовыми узлами, оборудованными
двумя подшипниками роликовыми цилиндрическими. Количество обточек колесных пар
с буксовыми узлами, оборудованными подшипниками сдвоенными или подшипниками
кассетного типа, не регламентируется в течение гарантийного межремонтного срока для
подшипников. [1].
При среднем ремонте колесных пар производится демонтаж буксового узла без
снятия внутренних и лабиринтных колец при обязательной проверке оси специальным
щупом ультразвукового дефектоскопа. Внутренние и лабиринтные кольца на горячей
посадке снимаются при обнаружении неисправностей, расформировании колесных пар.
Предназначенные для ремонта подшипники промываются и осматриваются для
определения вида ремонта. Ремонт подшипников делится на два вида: без переборки
роликов и с переборкой роликов.
Подшипники ремонтируются без переборки роликов при условии, когда на
роликах не обнаружены дефекты, но требутся замена сепаратора, обработка фасок
бортов внутренних колец цилиндрических подшипников на горячей посадке, шлифовка
бортов или дорожек качения колец, замена наружного и внутреннего колец. В целях
более тщательного контроля состояния колец и роликов, упорного кольца и других
деталей необходимо проводить магнитопорошковый или вихретоковый контроль
деталей.
Ремонт подшипников с переборкой роликов производится при замене роликов
независимо от количества сменяемых роликов, выпадении отдельных роликов из гнезд
сепараторов вследствие их повреждений, зачистке образующих и торцов роликов и
других дефектах.
При произведении ремонта с переборкой все подшипники полностью разбирают,
после чего все детали осматривают, подвергают магнитному или вихретоковому
контролю кольца и ролики. Рабочие поверхности колец и роликов, требующие зачистки,
шлифуют на приспособлениях.
Бомбинированные ролики сортируются по среднему сечению, например, на
автоматизированной установке для подбора роликов – УПР-01. Измерение
геометрических размеров роликов производится с помощью индуктивных
преобразователей линейных перемещений с сопоставлением результатов измерений с
программными данными, заложенными в микропроцессоре для сортировки роликов на
группы.
После зачистки колец и комплектовки роликов производится сборка подшипников
и измерение радиальных и осевых зазоров.
Радиальный зазор является одним из основных параметров, определяющих
долговечность подшипника и облегчающих процесс его сборки.
В соответствии с Руководящим документом по ремонту и техническому
обслуживанию колесных пар с буксовыми узлами грузовых вагонов магистральных
железных дорог колеи 1520 (1524 мм) величина радиального зазора установлена для
новых подшипников, монтируемых на шейках диаметром 130 мм, от 0,115 до 0,17 мм. В
настоящее время разработана автоматизированная установка УКПП-01 для контроля
параметров подшипников – измерения радиальных и осевых зазоров.
Осевой зазор в цилиндрическом подшипнике измеряют с помощью щупа, который
вставляется между торцом одного из роликов и бортом наружного кольца подшипника.
С целью выравнивания контактных давлений по спаренным подшипникам,
увеличения безотказности и долговечности букс необходимо осуществлять подбор
парных подшипников по радиальным зазорам и высоте. При этом целесообразно, чтобы
задний подшипник по сравнению с передним имел меньшую на 10...20 мкм рабочую
высоту или больший на ту же величину радиальный зазор. В соответствии с этим
требованием установлена допускаемая разность радиальных зазоров парных
подшипников на горячей посадке равной 0,02 мм при измерении радиального зазора со
своими внутренними кольцами и 0,01 мм при измерении с применением эталонного
кольца.
Автоматизированный подбор парных подшипников может производиться
непосредственно на специализированной установке УПП-01.
Осевой разбег двух цилиндрических подшипников на горячей посадке,
устанавливаемых на одну шейку оси, обеспечивается конструкцией подшипников.
Суммарный осевой разбег пары этих подшипников конструктивно обеспечивается в
пределах 0,68...1,38 мм.
При изготовлении подшипников на автоматических линиях внутренние кольца для
облегчения подбора подшипников по шейке оси в пределах допускаемого натяга
изготавливаются по трем градационным размерам: в первую группу входят внутренние
кольца с отклонениями диаметра отверстия на величину от 0 до -8 мкм, во вторую с
отклонениями от -9 до -17 мкм и в третью – с отклонениями от -18 до -25 мкм.
Подшипники на внутренних кольцах имеют указанную маркировку групп, поэтому
при установке новых подшипников проверку диаметра отверстия можно не производить.
При установке подшипников, бывших в эксплуатации, хотя и имеющих маркировку,
проверку производить необходимо.
Для измерений колец внедряется автоматизированная установка для подбора
внутренних колец УПК-01. Установка состоит из: устройства для измерений наружного
диаметра шейки оси «Призма», устройства для измерений диаметра отверстия
внутреннего кольца подшипника УД-1В, пульта управления с монитором.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №4
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ,
СБОРКИ ИЛИ РЕМОНТА СБОРОЧНОЙ ЕДИНИЦЫ (ДЕТАЛИ)
Разработанный технологический процесс изготовления или ремонта узла вагона
должен выполняться с использованием современного высокомеханизированного
(автоматизированного, автоматического) технологического оборудования [1–3]. Поиск и
выбор оборудования может осуществляться по патентным и литературным источникам, а
также можно воспользоваться инструкциями по эксплуатации на оборудование,
применяемое в вагонных депо и на заводах. Для реализации технологии ремонта вагонов
рекомендуется выбирать технологическое оборудование, которое определено
регламентом технической оснащенности производственных подразделений вагонных
депо по ремонту и эксплуатации грузовых вагонов №665-2003 ПКБ ЦБ.
В данной практической работе должно быть описано назначение выбранного
оборудования, его устройство и принцип работы.
А именно приводится сборочный чертеж или чертеж общего вида и технические
характеристики оборудования и приспособлений для осуществления технологических
процессов.
В качестве примера на рис. 4.1 представлен чертеж общего вида
автоматизированного участка распрессовки и мойки подшипников и корпусов букс.
Участок предназначен для демонтажа букс с роликовыми подшипниками типа 232726 и
42726 на механизированной или полуавтоматической поточных линиях в соответствии с
технологическим процессом демонтажа и монтажа вагонных букс на роликовых
подшипниках, разработанным применительно к местным условиям.
Автоматизированный участок распрессовки и мойки подшипников и корпусов букс
(рис. 1) состоит из следующих узлов:
Рис. 4.1. Общий вид автоматизированного участка распрессовки и мойки подшипников и корпусов букс
Техническое нормирование – установление технически обоснованных норм
расхода производственных ресурсов (рабочего времени, энергии, сырья, материалов,
инструмента и т. д.). На основе технических норм по отдельным операциям определяют
необходимое количество оборудования и рабочих по профессиям, а также
производственную мощность цехов (участков) и планируют производство [2,5].
Расчет технически обоснованной нормы времени производится по штучному
времени.
Тшт = tο + tв + tт + t
орг
+ tп,
где tο – основное (технологическое) время; tв – вспомогательное время; tт – время
технического обслуживания рабочего места; tорг – время организационного
обслуживания рабочего места; tп – время перерывов на отдых. В качестве измерителей
нормы штучного времени приняты: человеко-час (чел.-ч) – при выполнении работ
рабочими; машино-час (маш.-ч) – при выполнении работ на автоматических линиях.
Сумма основного и вспомогательного времени составляет время оперативной
работы, или оперативное время tоп = tο+tв.
Технологический процесс ремонта, охватывающий операции сварки, точения,
фрезерования, строгания и другие, требует подсчета времени на отдельные операции и
переходы с учетом оптимальных режимов работы оборудования. В записке должны быть
ссылки на литературу, использованную при расчете норм времени.
Тарификация технологических процессов – это установление вида профессии
рабочих и требований к их квалификации (разряд работ). Профессию и квалификацию
рабочих принимают на основе Единого тарифно-квалификационного справочника работ
и профессий рабочих (ЕТКСР и ПР).
В качестве примера расчета технически обоснованных норм времени на ремонт узла
или детали вагона рассмотрим расчет норм времени и трудоемкости восстановления
надбуксовой полки боковой рамы тележки грузового вагона методом сварки и наплавки.
Сначала определим площадь поперечного сечения наплавленного металла и число
проходов.
Дефект – продольная трещина в зоне сопряжения надбуксовой полки с
вертикальной стенкой двутавра, после разделки длина l = 70 мм, толщина – 8 мм,
глубина – 3,5 мм.
Электрод имеет следующие характеристики:
Тип – Э-46;
Марка – ОЗС-12;
Коэффициент наплавки Кн = 11 г/А∙ч;
Расход на 1 кг наплавленного металла Кр = 1,6 кг;
Род тока – переменный, постоянный прямой полярности;
Пространственное положение – все положения;
Род покрытия – рутиловое.
Для определения числа проходов при заварке необходимо рассчитать общую
площадь поперечного сечения наплавленного металла Fш по формуле:
Fш = h 2 tg ^ + b • S + J q (2tg ^ h + b + 6),
где h – глубина проплавления;
b – величина зазора в стыковом шве, b = 0,5÷1 мм;
q – высота усиления шва, q = 1÷2 мм;
α– угол разделки кромок, α = 55÷60°;
S – толщина свариваемой детали, мм.
Следовательно
00
F = 3,52 . tg — +1.8 + - . 1. (2 • tg — • 3,5 +1 + 6) = 22,43 мм2.
Число проходов определяется по формуле:
F - F
п
где
Fп
F1 – площадь поперечного сечения первого (корневого) прохода,
– площадь поперечного сечения последующих проходов,
F1 = (6 – 8)*dэ = 8*4 = 32 мм2;
Fп = (8 – 12)*dэ = 8*4 = 32 мм2;
32 .
Соотношения между основными параметрами наплавленного слоя можно
определить по формулам:
b - ширина шва, b = (2^4)*d3 = 4*4 = 16 мм;
h - толщина шва, h = (0,8^1,2)*бэ = 1*4 = 4 мм;
с – величина перекрытия шва, с = b/3 = 16/3 = 5,33 мм;
dэ – диаметр электрода, мм.
Площадь наплавленного валика в этом случае определяется по формуле:
F = h • S • k = 4.10 • 0,6 = 22,43 мм2,
нп 1
где h – заданная толщина наплавленного слоя, мм;
S - шаг наплавки, мм; S = (2,5^4)•dэл; S = 2,5-4 = 10 мм;
Объем наплавленного металла определяется по формуле:
нш ,
где l = 70 – длина шва, мм;
m – количество швов с учетом шага наплавки; m = 10;
n – количество слоев наплавки.
Количество слоев наплавки зависит от величины износа деталей и толщины
наплавляемого слоя с учетом припуска на механическую обработку после наплавки,
принимаемого равным 1,5÷2 мм.
n = ha- = 6 = 1,5 = 2
h4 ,
h – необходимая толщина слоя наплавки с учетом припуска на мехобработку, h = 6;
V = 22,43.70.10.2 = 31400 мм3.
н
Тогда масса наплавленного металла определяется по формуле:
Q =V ⋅γ=31400⋅0,0078=245 г
нн ,
γ – удельная масса наплавленного металла, γ = 0,0078 г/мм3 ;
Расход электродов для сварки и наплавки определяется по формуле:
Qр =Qн⋅kр =245⋅1,6=392 г.
Величина силы тока определяется из выражения:
I =k⋅d =50⋅4=200 А,
св эл
где k – опытный коэффициент, принимаемый равным в пределах 26÷60;
Напряжение дуги Uд при ручной дуговой сварке изменяется в небольших пределах
и выбирается по паспорту на выбранную марку электрода. Вообще этот параметр
колеблется в пределах Uд=18÷25 В.
Выбираем U = 20 В.
Скорость сварки определяется по формуле:
Vсв
I ⋅К 200⋅11 мм
св н = = 3,5
γ⋅F ⋅3600 0,0078⋅22,43⋅3600 сек ,
ш
где КH – коэффициент наплавки.
Погонная энергия определяется по выражению:
qn
0,24⋅Iсв ⋅UД ⋅η 0,24⋅200⋅20⋅0,7 кал
Vсв 3,5 мм ,
где UД – напряжение на дуге;
η – коэффициент использования тепла дуги (при ручной сварке η = 0,7).
Площадь упругопластической зоны, в пределах которой сосредоточены
продольные пластические деформации укорочения сварочного элемента, возникшие в
результате выполнения одного прохода продольного шва, определяется по формуле:
F= 1
уп = 1 ε
-
Fш µ⋅ qn
1
= 0,48 мм2
1 388 ,
+
22,43 192
для низколегированных сталей
εТ
µ
-388
.
Ширина распространения
упругопластической зоны
в
стороны от шва
определяется из выражения:
bуп
Fуп 0,48
∑S= 16
= 0,03 мм
где ∑ S – сумма толщин, по которым распространяется тепло (∑ S = 2S).
Сумма относительных пластических продольных деформаций укорочения,
вызванных продольным швом, определяется по формуле:
∑λ =µ⋅q ⋅m=-4,3⋅10-6⋅192⋅1=-0,88 мм2 ,
где m – коэффициент, учитывающий конструктивное оформление шва, m = 1 (при
одностороннем сплошном шве);
µ – расчетный коэффициент, зависящий от свойств свариваемых материалов; для
низколегированных сталей µ = –4,3∗10-6 см3/кал.
Относительная продольная деформация любого продольного волокна после
наложения продольного шва определяется по формуле:
∆ = 1 ⋅ λ = 1 ⋅ (-0,88) = -0,0394 мм
F 22,43 , , .
ш
Остаточные продольные сварочные напряжения определяются по формуле:
a = д. e = -0,0394-2,1 -103 = 82,7
кгс
2.
см
Норму штучного времени на электродуговую сварку определяем по формуле:
ТШТ = [(t 0 + t В1 )- L + t В 2 ] - K 2 ,
где to – основное время на один погонный метр, мин;
tВ1 – вспомогательное время, связанное с образованием шва, мин;
L – длина шва определенного размера, м;
tВ2 – вспомогательное время, связанное со свариваемым изделием и управлением
оборудованием, мин;
К2 – коэффициент, учитывающий время на обслуживание рабочего места, перерывы,
отдых и личные нужды. Величины коэффициента К2 принимаются: при ручной сварке К2
= 1,11÷1,13.
Основное время на один погонный метр шва подсчитывается по следующей
формуле при однопроходной сварке:
t
= 60 - Fm • у
0 Кн • Icb ’
где γ = 7,8 г/см3; Кн = 11 г/А∙ч;
60 - 22,43 - 7,8
tn —------------— 4,77 мин — 287 сек
0 11-200 , .
Вспомогательное время, связанное с образованием одного метра шва, определяем
по формуле:
t в у — t^ +1^ + ty +t ^ + t^ +1$ +1 j ,
где t1 – время на зачистку кромок под шов, t1 = 0,5 мин/м;
4000 -1 - FH 4000 - 0,17 - 22,43
где tэo – время смены одного электрода, tэo = 0,17 мин;
lэ – длина электрода полная, мм; lэ = 450 мм;
Кр – коэффициент расхода металла электрода в шов, Кр = 1,6;
мин/м;
tB. — 0,5 + 0,47 + 0,35 + 0 + 0,3 + 2,4 + 0,3 — 4,32 мин .
тшт — [(4,77 + 4,32)- 0,07 + 0,4]-1,11 —1,15 мин .
Определение нормы выработки за смену производится по формуле:
N —
F -T
g1 па
T
шт
480-10
1,15
— 409,
где Fg1 – фонд времени за смену, Fg1 = 480 мин;
Тпа – подготовительно-заключительное время, требующееся на
приспособлений, рабочего места, сдачу работы и т. д.;
подготовку
Тпа = 10 мин при работе, не требующей подготовки приспособлений и ознакомления с
чертежом или технологиями.
Выбор сварочного оборудования и наплавочного оборудования производят в
соответствии с принятым методом и параметрами восстановления детали, с учетом
технических характеристик производимого сварочного оборудования. К сварочному
оборудованию относят источники питания дуги, а также автоматы и полуавтоматы при
механизированной наплавке.
Источниками питания дуги переменным током являются сварочные
трансформаторы, а постоянного тока – сварочные генераторы (преобразователи) и
выпрямители. Сварочные трансформаторы получили большее распространение по
сравнению с источниками постоянного тока, так как они более дешевы в изготовлении,
надежны в работе и экономичны.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
составители : А. Е. Комбаков, В. А. Краснов, А. В. Клюканов. – Самара : СамГУПС,
2008. – 22 с.
Приложение А
Варианты тем практических работ приведены в Приложении Б (выбираются в
соответсвии с последними цифрами логина, если получившиеся число больше 20, то от
него отнимается 20).
Отчет по практическим работам должен содержать: введение, основную часть,
состоящую из разделов:
Далее – список использованных источников и приложения.
Приложение Б
Варианты тем индивидуальных задания для практических работ
|
№ |
Наименование узла |
Наименование |
Наименование |
|
1. |
Кузов полувагона |
Технология ремонта кузова |
Пресс для правки кузова и |
|
2. |
Кузов крытого |
Технология ремонта дверей и |
Стенд для правки |
|
3. |
Котел |
Технология ремонта котла |
Сварочное оборудование |
|
4. |
Сливные приборы и |
Технология ремонта сливных |
Средства механизации, |
|
5. |
Кузов |
Технология обмывки и очистки |
Установка дробеструйной |
|
6. |
Рама крытого вагона |
Технология ремонта рамы |
Стенд для правки элементов |
|
7. |
Поглощающий |
Технология снятия и установки |
Установка для снятия и |
|
8 |
Поглощающий |
Технология ремонта методом |
Установка для сварки и |
|
9. |
Корпус автосцепки |
Технология феррозондового |
Намагничивающее |
|
10. |
Замок автосцепки |
Технология ремонта методом |
Стенд для наплавки |
|
11. |
Детали механизма |
Технология ремонта деталей |
Шаблоны и приспособления |
|
12. |
Тележка модели 18- |
Технология ремонта боковых |
Средства измерения, |
|
13. |
Тележка КВЗ-ЦНИИ |
Технология ремонта рамы |
Инструменты и |
|
14. |
Тормозная |
Технология ремонта тормозной |
Стенд для испытания |
|
вагона | |||
|
15. |
Соединительные |
Технология ремонта |
Стенд для испытания |
|
16. |
Авторежим №265А |
Технология ремонта и |
Стенд для испытания |
|
17. |
Воздухораспределит |
Технология ремонта и воздухораспределителя |
Стенд для испытания |
|
18. |
Воздухораспределит |
Технология ремонта и воздухораспределителя |
Стенд для испытания |
|
19. |
Колесная пара |
Технология входного контроля |
Малогабаритный |
|
20. |
Буксовый узел |
Технология демонтажа |
Автоматическая установка |
Комментарии (0)