Підвищення надійності корпусів букс колісних пар електровозів - Автореферат

Зокрема, через невиконання вимог законодавчих актів щодо задоволення потреб залізничного транспорту у транспортних засобах, надмірне падіння обсягів капітального ремонту і дефіцит запасних частин ступінь зношення електровозів у середньому сягає 70,3 %. До того ж в існуючій ситуації стану економіки країни першоступеневе значення набуває рішення поставленої задачі шляхом повторного використання деталей після їх відновлення та зміцнення. У звязку з вищевикладеним оцінка існуючого рівня надійності роботи корпусів букс колісних пар електровозів та розробка нових, більш простих, ресурсозберігаючих технологій їх відновлення, які до того ж забезпечують високий рівень надійності і здешевлення ремонту, є актуальною задачею теоретичних і практичних досліджень. Розробити модель і методику оцінки більш високої надійності технологічного процесу відновлення зношених деталей електролітичним методом і чисельно оцінити надійність технології позаванного відновлення зношених корпусів букс електровозів нанесенням шарів гальванічного залізнення. Розробити і виготовити дослідно-промислову установку; на її базі налагодити і впровадити технологічний процес відновлення корпусів букс електровозів методом позаванного проточного електролітичного залізнення.Приведено огляд літератури щодо існуючих методів відновлення зношених деталей рухомого складу, і зокрема корпусів букс колісних пар, надійності технічних і технологічних систем відновлення. У третьому розділі викладено розроблені модель, методику та результати чисельної оцінки надійності технологічного процесу нанесення відновлювальних шарів заліза за критеріями “міцність зчеплення”, “мікротвердість” і “товщина шару”. Під надійністю технологічного процесу відновлення (НТПВ) слід розуміти властивість цього процесу виконувати функції по збереженню в потрібний проміжок часу і в зазначених межах установлені ритм відновлення і параметри якості відновлювальних деталей, забезпечуючи необхідні їх безвідмовність та довговічність. В свою чергу, імовірність Рі(t) виконання завдання за “i”-тим параметром - це імовірність виконання вимог нормативно-технічної документації по цьому параметру для кожної деталі, відновлювальної в проміжок часу (0 - t), тобто це імовірність того, що значення контрольованого параметра уі в момент часу t знаходиться в межах допуску: , (1) де уі(t), yi.н, уі.в - відповідно фактичне, нижнє і верхнє значення i-того контрольованого параметра; Аналізуючи вищевикладені результати випробувань можна зробити такі висновки: експлуатаційні випробування підтвердили характер і кількісні закономірності прискорених випробувань на знос досліджених нанесених шарів; максимальне значення середньої швидкості нанесення покриттів спостерігається при газотермічному напилюванні, мінімальне - при наплавленні; товщина шару, що наноситься, має обмеження при гальванічному методі - до 5 мм, при газотермічному напилюванні - до 15 мм; максимальне зчеплення ?зч покриття з металом деталі спостерігається при наплавленні, Кзч = 1,0, мінімальне - при газотермічному напилюванні, Кзч = 0,15; максимальна зносостійкість належить відновлювальним електролітичним шарам, мм на 330 тис. км пробігу електровозів ВЛ 8, мінімальна - наплавленим, мм на 330 тис. км пробігу; найбільший розкид величин зносу у корпусів з базового матеріалу, мм на 330 тис. км пробігу, мінімальна - у наплавлених, мм.Виконано вимірювально-статистичний аналіз зношення внутрішньої поверхні нових, із базової сталі Ст 25 Л, корпусів букс, із якого витікає, що величина зносу за пробіг до ПР 3 для електровозів серій ВЛ досягає 1,6 - 1,7 мм, овальність - 0,7 - 0,72 мм, а конусність - 0,6 мм; у електровозів серій ЧС величина зносу на 30 - 35 %, а овальність на порядок - менші. Розроблено нову математичну імовірнісну модель і методику оцінки більш високих показників надійності довільного технологічного процесу відновлення, які більш точно враховують стохастичний характер зміни параметрів якості процесу і тому базуються на імовірнісних законах розподілення екстремальних значень цих параметрів. Виконано числові розрахунки показників надійності технології відновлення електролітичним залізненням за трьома критеріями - параметрами якості нанесених відновлювальних шарів: міцністю зчеплення, мікротвердістю і товщиною відновлювального шару. Розрахунками (з прогнозуванням) і подальшими промисловими експериментальними дослідженнями встановлено, що повна, тобто за трьома критеріями, імовірність безвідмовної роботи технологічного процесу відновлення залізненням складає 0,81, тобто 19 % корпусів букс бракується за невиконанням допустимих значень вищевизначених параметрів якості процесу. В результаті, зокрема для електровозів ВЛ 8 встановлено, що величина склала: 0,0769 для корпусів із базового матеріалу; 0,1778 - відновлених наплавкою і 0,0219 - відновлених електролітичним залізненням.Модель высокой надежности технологического процесса железнения как метода восстановления / Днепропетр. гос. техн. ун-т ж.-д транспорта. Восстановление деталей подвижного состава желе

. Основний зміст роботи

У дисертаційній роботі на основі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень вирішена важлива науково - технічна задача підвищення рівня надійності, продовження термінів експлуатації та здешевлення ремонту діючих електровозів залізниць України. Виконані в дисертації дослідження дозволяють зробити такі висновки.

1. Встановлено, що такі відповідальні за безпеку руху потягів вузли, як буксові вузли колісних пар електровозів, є найменш надійними вузлами механічного устаткування. Основні їх пошкодження, що складають 27 - 29 %, відбуваються внаслідок зношення корпусів букс. В той же час на сьогодні практично відсутні технологічні процеси відновлення корпусів; найчастіше зношені корпуси замінюють новими, які коштують занадто дорого: 1000 - 1100 грн. кожний корпус для електровозів типу ВЛ і 4100 - 5000 грн. - типу ЧС, до того ж закупівля останніх здійснюється в Чехії.

2. Виконано вимірювально-статистичний аналіз зношення внутрішньої поверхні нових, із базової сталі Ст 25 Л, корпусів букс, із якого витікає, що величина зносу за пробіг до ПР 3 для електровозів серій ВЛ досягає 1,6 - 1,7 мм, овальність - 0,7 - 0,72 мм, а конусність - 0,6 мм; у електровозів серій ЧС величина зносу на 30 - 35 %, а овальність на порядок - менші. При цьому для всіх типів корпусів основним видом експлуатаційного зносу є корозійно-абразивне зношення, а основною причиною - фретинг-корозія.

3. Розроблено нову математичну імовірнісну модель і методику оцінки більш високих показників надійності довільного технологічного процесу відновлення, які більш точно враховують стохастичний характер зміни параметрів якості процесу і тому базуються на імовірнісних законах розподілення екстремальних значень цих параметрів. Виконано числові розрахунки показників надійності технології відновлення електролітичним залізненням за трьома критеріями - параметрами якості нанесених відновлювальних шарів: міцністю зчеплення, мікротвердістю і товщиною відновлювального шару.

4. Розрахунками (з прогнозуванням) і подальшими промисловими експериментальними дослідженнями встановлено, що повна, тобто за трьома критеріями, імовірність безвідмовної роботи технологічного процесу відновлення залізненням складає 0,81, тобто 19 % корпусів букс бракується за невиконанням допустимих значень вищевизначених параметрів якості процесу. При цьому найбільший відсоток браку спостерігається за критеріями “міцність зчеплення” і “мікротвердість”: імовірність відмови процесу залізнення за кожним з них складає відповідно 0,11 і 0,065.

5. Згідно регресійним залежностям, одержаним за результатами порівняльних експериментальних випробувань на зносостійкість відновлювальних шарів, нанесених різними способами: максимальна зносостійкість належить відновлювальним шарам заліза, нанесеним електролітично (величина середнього зносу мм 330 тис. км пробігу), а мінімальна - наплавленим ( мм);

найбільший розкид величини зносу ?? характерний для базового матеріалу Ст 25 Л ( мм на 330 тис. км пробігу), найменший - для наплавлених шарів ( мм).

6. Розроблено модель і методику формування поступових відмов за критерієм зносу, які враховують фізику явищ зношення. В результаті розрахунків по цій моделі встановлено, що значення ресурсу для корпусів букс електровозів ВЛ 8 склали: 339,2 тис. км для нових, тобто із Ст 25 Л; 327,9 тис. км - для відновлених наплавленням; 393,49 тис. км - відновлених електролітичним залізненням.

7. Методом імовірнісного прогнозування визначено імовірності відмов за критерієм зносу корпусів букс усіх типів досліджених електровозів за пробіг до ПР 3. В результаті, зокрема для електровозів ВЛ 8 встановлено, що величина склала: 0,0769 для корпусів із базового матеріалу; 0,1778 - відновлених наплавкою і 0,0219 - відновлених електролітичним залізненням.

8. Границя втоми корпусів букс, відновлених металопокриттям, нанесеним будь - яким способом знижується, імовірно, внаслідок високих місцевих концентрацій напружень і більш низької пластичності. Встановлено, що значення для корпусів із базової Ст 25 Л дорівнює 237 МПА. Після 106 циклів границя втоми для залізнених деталей склала 204 МПА, в порівнянні з відомими в літературі даними: 150 МПА - наплавлених дротом Св 08 і 172 МПА - напилених залізо-нікелевим сплавом. Однак відмов по тріщинам залізних корпусів в практиці експлуатації електровозів не спостерігалось.

9. Розроблено і змонтовано в гальванічному відділенні локомотивного депо Нижньодніпровськ - Вузол Придніпровської залізниці промислову установку позаванного гальванічного відновлення корпусів букс колісних пар електровозів ВЛ 8 шляхом проточного електролітичного залізнення. Відпрацьовано ефективні режими нового технологічного процесу відновлення.

10. Щорічний економічний ефект від впровадження розроблених технології і установки відновлення корпусів букс склав: 542,0 тис. грн при деповських ремонтах електровозів ВЛ 8; 2457,7 тис. грн при заводських ремонтах електровозів серій ЧС; 1160,15 тис. грн при заводських ремонтах електровозів ВЛ 10, ВЛ 11, ВЛ 80 і ВЛ 82.

Основні положення і результати дисертації опубліковані в таких роботах

1. Артемчук В.В., Костин Н.А. Оценка вероятности безотказной работы и ресурса корпусов букс колесных пар электровозов // Транспорт. Зб. наук. пр. ДІІТ. - Дніпропетровськ: Наука і освіта. - 2001. - Вип.7. - С. 7-11.

2. Костин Н.А., Артемчук В.В., Шейкина О.Г. Параметрическая надежность корпусов букс электровозов, восстановленных различными способами // Транспорт. Зб. наук. пр. ДІІТ. - Дніпропетровськ: Наука і освіта. - 2002. - Вип. 10. - С. 75-80.

3. Артемчук В.В. Модель и прогнозирование показателей высокой надежности технологии восстановления железнением корпусов букс колесных пар электровозов // Транспорт. Зб. наук. пр. ДІІТ. - Дніпропетровськ: Наука і освіта. - 2002. - Вип. 9. - С. 3 - 8

4. Артемчук В.В., Шейкина О.Г., Костин Н.А. Выбор износостойкого электролитического покрытия для восстановления деталей механической части подвижного состава // Транспорт. Зб. наук. пр. ДІІТ. - Дніпропетровськ: Наука і освіта. - 1999. - Вип.1. - С. 10-14

5. Костін М.О., Баб"як М.О., Артемчук В.В. Модель раціонального діагностування зношувальних деталей рухомого складу залізниць // Гірнича електромеханіка та автоматика. Науково - технічний збірник Національного гірничого університету України. - Дніпропетровськ. - 2001, № 67. - С. 144-151.

6. Розумна О.В., Артемчук В.В., Костін М.О. Наводнення електролітичних залізних покриттів при відновленні деталей рухомого складу залізниць // Фізико-хімічна механіка матеріалів. Спеціальний випуск. - 2000, № 1. - С. 311-315.

7. Костин Н.А., Бондарь О.И., Михайленко Ю.В., Артемчук В.В. Моделирование процесса электролитического осаждения железа при восстановлении деталей подвижного состава // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск. Частина ІІ. - 1999. - С. 35-38.