автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Оптимизация свойств материалов ходовых колес мостовых кранов с целью повышения их долговечности

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЬИ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Р Г Б ОД

На правах рукописи

1 3 МАЙ

ЦЫБУЛЬСКИИ ВАЛИМ АНАТОЛЬЕВИЧ

оптимизация свойств материалов ходовых колес мостовых кранов с целью повышения

га долговечности

Специальность 05.02.01 - Материаловедение

в машиностроении

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков - 1996

Диссертация является рукописью

Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения и ремонта машин Харьковского государственного автомобильно-д яро ясного технического университета (ХГАДТЮ

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки

и техники УССР, доктор технических'наук. профессор Дюмин И. Е.

Научный консультант: кандидат технических наук,

доцент Калугин Ю.К.

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки

й техники Украины, доктор технических наук, профессор Анилович В. Я.; кандидат технических наук, профессор Солнцев Л. А.

Ведущее предприятие: Украинско-Венгерское СП по машиностроение "Титан-Эвйг" (бывший Харьковский машиностроительный завод лодьемно-транспортного оборудования). *

Защита состоится " ъЯ " угУт^к . 1996 г. в часов на заседании специализированного Совета К 02.17.01 при Харьковском государственном автомобильно-дорожном техническом университете по адресу:,310078*. г.Харьков, ул.Петровского.25. Телефон: 45-91-05.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ХГАДТУ.

Автореферат разослан " " Я1996 г.

Ученый секретарь '

специализированного Совета К 02.17.01. кандидат технических нзук, доцент {дЦй&^^Т А. В.Космин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ходовые колеса мостовых кранов относятся к числу наименее долговечных элементов. Если металлоконструкции кранов могут эксплуатироваться в течение 20-50 лет. то срок службы ходовых колес в результате изнашивания в отдельных случаях может быть менее полугода, а средний срок службы составляет несколько лет. Расходы, связанные с заменой колес, в большинстве случаев являются определяющими при ремонте мостовых кранов. Многочисленность парка этих машин и малый средний срок службы их ходовых колес приводят к весьма значительному расходу высококачественного металла, идущего на замену колес. В связи с этим проблема повыиения долговечности ходовых колес является актуальной.

На общем Фоне действующих Факторов (конструктивные особенности кранов, точность их изготовления, условия эксплуатации, состояние рельсового пути и др.) долговечность колес в решающей степени определяется Физико-механическими свойствами пары колесо - рельс. Лля увеличения долговечности ходовых колес предполагается использование других материалов взамен традиционных (оптимизация химического состава). 1рактцка подтверждает необходимость расширения номенклатуры эекомендуемьи марок сталей. Второй путь предполагает повыше ме долговечности ходовых колес за счет- оптимизации физико-механических свойств традиционных марок сталей. Этого мож-ю достичь, например, режимами применяемой термической обработки или в результате использования новых Упрочняющих тех-10л0гий.

И в первом, и во втором случаях необходимо иметь харак-

теристику механических свойств материалов колес, лостаточно надежно коррелированную с износостойкостью. Практически все известные работы, направленные на повышение износостойкости колес, в качестве такой характеристики принимают единичную характеристику механических свойств материалов - твердость.

Использование только одной характеристики в целом ряде случаев не позволяет■надежно оценивать износ и долговечность колес. Более перспективной является оценка износостойкости по комплексу свойств материалов.

На решение этих вопросов_проблемы долговечности ходовых колес и направлены выполненные в работе исследования.

Цель работы. Повышение долговечности ходовых колес мостовых кранов на.основе оптимизации свойств материалов колес.

В соответствии с поставленной целью в работе решены следующие задачи:

- выполнены аналитические исследования процесса изнашивания ходовых колрс и дана качественная оценка влияния действу ших Факторов на их-изнашивание:

- проведены экспериментальные исследования влияния механических характеристик материалов колес на ж износостойкость и предложен комплексный параметр деформационно-прочностных свойств, характеризующий износостойкость материалов;

- исследовано влияние предлагаемого параштра на износостойкость материалов колес:

- предложена и обоснована целесообразность применения стали 35ХМЛ для изготовления ходовух колес;

- на-базе полученного критерия разработаны рекомендации по прогнозированию износостойкости и оптимизации механичес-

ких свойств материалов колес.

Научная познана:

- предложена уточненная многофакторная математическая модель изнашивания крановых колес;

- установлена обобщенная корреляционная зависимость между интенсивностью изнашивания С1) исследованных материалов колес и комплексным параметром деформационно-прочностных свойств СНК^д * 5д03 этих материалов, выраженная уравнением второго порядка;

- установлено, что для зависимости I = / (НК^ • 5£в) характерно наличие одного экстремума, соответствующего минному интенсивности изнашивания материалов колес, что позволяет применить параметр СНК^* для оптимизация механических свойств материалов ходовых колес;

- уточнен механизм изнашивания крановых ходовых колёс. В частности, на поверхностях катания колесных образцов из стали 55СЛ по ГОСТ 977-88 при твердости ниже 310 НВ установлено волнообразование. При этом суммарная интенсивность изнашивания пары колесо - рельс резко возрастает.

Практическая ценность. На основе выявленной корреляционной связи интенсивности изнашивания с комплексным параметром деформационно-прочностных свойств разработаны рекомендации по прогнозированию износостойкости материалов крановых ходовых колес, которые позволяют на стадии проектирования выбрать материал Спо критерию износостойкости) без проведения трудоемких износных испытаний.

Разработанный критериальный параметр использован в качестве параметра оптимизации механических свойств материалов

колес. Оптимизацию можно осуществить как за счет корректировки режимов используемой упрочнявшей технологии, так и в результате применения новых упрочняющих технологий, обеспечивающих получение значений комплексного параметра в пределах от 13500 до 24000.

Предложены мероприятия по совершенствованию технологии изготовления крановых ходовых колес, позволившие повысить их качество.

Показана целесообразность применения стали 35ХМЛ для изготовления ходовых колес, что позволяет рекомендовать ее для включения в государственный стандарт на крановые колеса.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены на Украинско-Венгерском СП по машиностроению "Титан-Эвиг" (бывшем Харьковском машиностроительном заводе подъемно-транспортного оборудования].

Годовой экономический эффект для Украинско-Венгерского СП "Титан-Эвиг" при переходе к изготовлению колес из стали 35ХМЛ взамен 55СЛ составляет 1734388 рублей Срасчет выполнен в ценах 1992 г. Э.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на Всесоюзной научно-технической -конференции "Износостойкость машин" Сг.Брянск. 1991 г.). на 54. 55. 56 и 57 научно-технических конференциях Харьковского государственного автомобильно-дорожного технического университета в 1990-1993 г.г.. на научно-технической конференции "Проблема качества в условиях рынка" Сг. Херсон, 1993 г.).

Публикации. По результатам теоретических и эксперимен-

тальных исследований опубликовано 4 работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введение. пяти разделов, общих выводов, перечня ссылок и 7 приложений; содержит 149 страниц машинописного текста. 32 рисунка. 1 таблицу. Перечень ссылок содержит 151 наименование.

На завдггу выносятся:

- математическая многофакторная модель изнашивания крановых ходовых колес;

- установленная корреляционная зависимость между интен-сивностьо изнашивания (I) и комплексным параметром деформационно-прочностных свойств СНК^д • материалов колес, выраженная уравнением второго порядка;

- рекомендации по прогнозирование износостойкости материалов для производства крановых ходовых колес, базирующиеся на выявленной корреляционной.зависимости;

- рекомендации по оптимизации механических свойств материалов колес;

- рекомендации по использование стали 35ХМЛ для изготовления ходовых колес мостовых кранов грузоподъемность!) до 50 т.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе освещена проблема низкой долговечности ходовых колес мостовых кранов. *

Выполненный литературный обзор особенностей.условий эксплуатации мостовых кранов и. в частности,, их ходовых колес показал, что на долговечность последних'влияет большое число Факторов. Физическая картина явлений, наблюдаемых при взаимодействии ходовых колес работавших мостовых кранов с

рельсом, достаточно слота. Отмечается, что при эксплуатации мостовых кранов в зоне контакта колеса с рельсом практически всегда присутствуют какие-либо частицы эндогенной или Си) экзогенной этиологии, играющие роль абразива.

В результате изучения и анализа ранее выполненных исследований выделены основные наиболее характерные причины выхода ходовых колес из строя. Установлено, что срок службы ходовых колес, главным образом, определяется износом рабочего слоя поверхностей катания и реборд.

Изнашивание реборд происходит в том случае, когда имеет место их контактирование с боковой поверхностью головки подкрановых рельсов. Результаты предыдущих исследований и опыг эксплуатации мостовых кранов показали, что избежать контакта--реборд с подкрановым рельсом или существенно снизить продолжительность таких контактов возможно в результате проведения ряда конструктивных мероприятий, а также повышения точности изготовления, установки ходовых колес и монтажа подкрановых рельсов. В этом случае выбраковочный износ перемещается на дорожку катания и долговечность колес определяется износостойкостью поверхностных слоев дорожки катания.

Износостойкость последних, в свою очередь, зависит от многих Факторов. При любом самом неблагоприятном их сочета- -нии износостойкость дорожки катания будет определяться материалом (химическим составом. Физико-механическими свойствами), технологией изготовления и упрочнения колес.

В настоящее время на предприятиях (краностроительных и эксплуатирующих мостовые краны) для производства ходовых ко-

лес использ)ется обширная номенклатура сталей. Некоторые из них берутся необоснованно, без учета их износостойкости и изнашивания материала подкрановых рельсов. Нередко именно это обстоятельство является основной причиной низкого срока службы колес. В соответствии с ГОСТ 28648-90 на крановые колеса. единственной регламентируемой характеристикой механических свойств материалов выступает твердость, выраженная числом твердости по Бринеллп. Очевидно, что-для различных марок сталей, имевших неодинаковый химический состав, а, следовательно, и механические свойства, одна твердость не может вьктупать критерием износостойкости.

Обзор литературных и производственных данных показал, что в настоящее время не существует критерия механических свойств материалов, по которому можно было бы оценить износостойкость материалов колес, на стадии их выбора. При наличии такого критерия его можно было бы использовать в качестве параметра оптимизации механических свойств используемых материалов за счет, например, оптимизации режимов термической обработки колес.

Во втором разделе изложены аналитические исследования процесса изнашивания крановых ходовых колес. В результате предложена многофакторная математическая модель, описывавшая процесс изнашивания дорожки катания колеса. В ее основу положена теоретическая зависимость для определения интенсивности изнашивания элементов пар трения качения, полученная Г. Я. Ямпольским. ' ""

Преобразованное к условиям взаимодействия пары ходовое колесо - рельс исходное выражение в конечном варианте приняло

ВИД:

с8/3.к0,в.о2,8-х.0*. д

I = с •--У с Р_а__ п . г 11

5п. нв'-8- НВ •

где 1ж - интенсивность изнашивания'колеса, С - некоторая постоянная величина, с - концентрация абразивных частиц ¿среднее число частиц на пятне контакта колеса с рельсом); К - объемный радиус частицы;

о . - условное напряжение сопротивления сжатию абразивной частицы;

®в - контактное напряжение;

Д - комплексный параметр, зависящий от величины допуска на размер Сдиаметральный) колеса. Формы, геометрии рабочей поверхности и точности установки колес;

в - относительное удлинение материала при разрыве;

НВ. и НВ -'твердость по Бринеллю, соответственно, мате* р

риалов колеса и рельса; Рж - радиус колеса; пк - частота вращения колеса.

Анализ размерностей левой и правой частей выражения (1) показал их тождественность. Это свидетельствует, что предложенная математическая модель адекватно отражает физическую сущность процесса изнашивания крановых колес.

Нами не преследовалась цель получить расчетную зависимость для оценки величины интенсивности изнашивания колес. Известные аналитические зависимости для расчета крановых колес на изнашивание не нашли практического применения. Как

правило, вси они базируются на ряде допущений и упрощений и поэтому получаемые на их основе результаты часто далеки от истинных. Однако аналитические модели лучше отражают присущие явлению основные закономерности и. главное, больше при-приспособлены. чем статистические для поиска оптимальных решений.

Предлагаемая нами математическая модель учитывает значительное количество Факторов, влияющих на изнашивание ходовых колес. Она позволяет провести качественный анализ влияния отдельных групп Факторов на износостойкость ходовых колес и наметить пути повышения их долговечности.

Для удобства анализа выражения (13 нами выделены четыре группы факторов-.

1) А = с^'Я0,8»»2'®"1 - влияние абразивного фактора;

Iй

2) Р ■ —3— • п - влияние геометрических, кинемати-

/рГ

ческих характеристик и режима работы;

3) К = А - влияние качества механической обработки и сборки;

4) М » НВ*'8* Н13 - влияние физико-механических

к к р

свойств материалов.

Выполненный анализ каждой из групп Факторов показал, что при прочих постоянных условиях реально повыцекие долго-долговечности ходовых к,олес может быть, достигнуто за счет улучшения качества их механической обработки и поЕшения

точности установки. Структура выражения

М = 6"- НВ1,8« НВ (?)

К К р

свидетельствует, что износостойкость ходовых колес определи~ . ется Физико-механическими свойствами материалов пары колесо -

рельс. При НВ = const можно предположить наличие связи меи-р

ду интенсивностью изнашивания и произведением характеристик механических свойств 5° и НВ^5 материалов колес, которое далее будем называть комплексным параметром деформационно-прочностных свойств.

В третьем разделе изложен» обоснование выбора материалов и методики экспериментальных исследований.

Кроме твердости по Бринеллю (НВ) и Роквеллу CHRC) в

9

качестве характеристик механических свойств материалов в работе использовались твердость по Людвику СНК180) и относительное удлинение

Значение числа твердости НК120 определяется по Формуле

>|10(3)

где d - диаметр восстановленного отпечатка, оставляемо-

С

го коническим алмазным индентором при определении твердости по Роквеллу по ГОСТ 9013-59. мм; .

Р » 1471 Н (максимальное значение действующей на конический индентор НК обшей нагрузки).

Числовое значение характеристики пластичности 8SB материалов определяли косвенным методам в соответствии с методикой РД 50-460-84. Оно определяется выражением

- и / К' 100 •/. . (4)

8В в о о

где 1 ' - длина расчетной части разрывного образца, соответствующая моменту окончания деформирования при наибольшей нагрузке (Р_ 3 растяжения, м;

1 - начальная расчетная длина образца, м;

Для исслецования износостойкости материалов колес в зависимости от значений отдельных механических характеристик. а также комплексного параметра деформационно-прочностных свойств в качестве основного объекта исследования были взяты стали марок 35ХМЛ. 55СЛ и 65Г.

Последняя взята, чтобы сопоставить износостойкость сталей 35ХМЛ и 55СЛ с ее износостойкостью, так как сталь 65Г является традиционным материалом для производства ходовых колес мостовых кранов. Сталь 35ХМЛ рассматривается как альтернативная по отношению к стали 55СЛ.

Предварительное изучение и анализ химического состава, механических, технологических свойств, прокаливаемости и микроструктуры позволили заключить, что сталь 35ХМЛ пригодна для изготовления ходовых.колес. Меньшее содержание углерода в ней. в сравнении со сталями 55СЛ и 65Г. обеспечит конструкции колеса более высокую надежность, выражающуюся в стойкости ее к трещинообразованию и внезапным разрушениям в процессе производства и эксплуатации. Легирующие элементы в стали 35ХМЛ придают ей ряд других положительных свойств, обеспечивая, в частности, высокую прокаливаемость и получение равномерной твердости. Измерения твердобти показали, что толщина упрочненного слоя на ободе колеса из стали 35ХМЛ

составила более 40 мм при градиенте снижения твердости менее 20 НВ на 10 мм толщины обода. Молибден, присутствуший в стали, уменьшает чувствительность стали к перегреву (снижает вероятность получения видманштеттовой структуры), устраняет склонность стали к отпускной хрупкости.

Сталь 35ХМЛ обладает хорошими технологическими свойствами.

Для окончательного вывода о пригодности стали 35ХМЛ для изготовления ходовых колес необходимы были сведения о сравнительной износостойкости сталей 35XMJ1 и 55СЛ. Важно также было иметь информацию об изнашивании обеими сталями материала подкрановых рельсов.

Испытания материалов кинематической пары ходовое колесо - рельс на изнашивание проводились на модернизированной машине тпения Амслера типа МИ-1М. При моделировании пары использовалась роликовая аналогия натурного узла, в основе которой лежит .представление об. общности физико-механических процессов, происходящих в зоне контакта ходовых колес с рельсом и экспериментальных роликов. Нагрузка на ролики создавалась нагрузочным устройством машины трения. Испытания проводились при постоянной нагрузке 736 Н. создающей в контакте роликов диаметром 41 мм давление 518 МПа. Последнее принято равны*-давление, которое создается в контакте колеса с рельсом мостового крана грузоподъемностью 50 т. когда тележка с грузом находится в крайнем положении на стороне кабины управления. Величина проскальзывания принималась постоянной. и составляла • 3 /4. Верхний ролик кроме вращательного совершал возвратно-поступательные движения с амплиту-

дой 1 мм. Такие перемещения имитировали поперечное скольжение колеса по рельсу. Нижний ролик выполнялся на 2 мм шире верхнего, что обеспечивало постоянство контактных напряжений Сот внешней нагрузки] во"время испытаний.

Рельсовые ролики выполнялись кз рельсовой стали К63 по ГОСТ 4121-76. Твердость соответствовала твердости термообра-ботанных рельсов и составляла 363. ..'386 НВ.

Колесные ролики из трех марок сталей испыгывались на четырех уровнях твердости в диапазоне 290... 400 НВ. Различная твердость достигалась варьированием режимов термической обработки Сзакалка и отпуск).

Количественную оценку износа образцов определяли путем взвешивания на аналитических весах АДВ-200М с точностью до ± 0.1 мг. По завершении испытаний рассчитывалась средняя интенсивность изнашивания роликов за время испытаний. .

Принимая во внимание ответственность операции термичес-' кой обработки, приведена методика исследования качества термической обработки ходовых колес, выполняемой ■ на Украинс-ко-Венгерском.СП "Титан-Эвиг" Сг.Харьков).

В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных исследований материалов ходовых колес на изнашивание. а также распределения твердости в поверхностном слое на дорожке катания термообработанных ходовых колес.

Исследования влияния единичных механических характеристик (твердости по Бринеллю снв). по Людвику СНК120) и пластичности б^) на интенсивность изнашивания (I) материалов колес показали, что ни одна из них не может служить основным критерием износостойкости материалов. Для каждой из

исследуемых марок сталей были получены свои единичные кривые. характер которых имеет свои особенности.

Анализ зависимостей I = / СНВ) показал, что сталь 35ХМЛ по износостойкости занимает промежуточное положение между сталями 65Г и 55СЛ. Причем последняя оказывается наиболее износостойкой в диапазоне твердости от 330 до 400 НВ. При твердости стали 55СЛ близкой к 330 НВ значения интенсивности ее изнашивания и стали 35ХМЛ сравниваются, а при приближении твердости к значению 300 НБ интенсивность изнашивания стали 55СЛ резко возрастает и она уступает по износостойкости сталям 35ХМЛ и 65Г. Значительное увеличение интенсивности изнашивания стали 55СЛ обусловлено изменением механизма ее изнашивания. На поверхностях роликов наблюдается волнообразование. которое провоцирует его появление и на рельсовых образцах.

Результаты износных испытаний показывают, что сталь 35ХМЛ вполне приемлема для изготовления ходовых колес. Она обладает стабильными механическими свойствами и износостойкостью, мало зависящей от режимов обработки.

Убедительными аргументами в пользу целесообразности применения стали 35ХМЛ для изготовления ходовых колес являются данные об изнашивании материала подкрановых рельсов. Во всем исследованном диапазоне изменения твердости сталь 35ХМЛ менее интенсивно изнашивает рельс, чем стали 65Г и 55СЛ.

При анализе результатов исследования влияния твердости НК120 на интенсивность изнашивания можно сделать аналогичные выводы, что были сделаны при анализе зависимостей I = /СНВ). Это обусловлено тесной связью чисел твердости НВ и НК12П.

На основании метода наименьших квадратов для трех исследуемых марок сталей были получены уравнения регрессии, связывайте между собой числа твердости НВ и НК120-Для стали Б5Г уравнение рёгрессии имеет вид

НК)20 = 402 + 9.23 • НВ. С5)

Соответственно, для сталей 55СЛ и 35ХМЛ уравнения регрессии

НК120 « 186 + 9.79 • НВ;, С6)

НК120 - 491 + 8.31 • НВ. С7)

Интерес к исследованию связи НК120 = / (НВ) продиктован тем, что вместо твердости НВ. входящей в выражение Ш. нами взята твердость по Людеику С HKJ20) • Одной из причин такой замены является то. что при проведении сопоставления результатов исследований различных авторов ч?сто возникает необходимость перевода характеристики аь в твердость и наоборот. Между оь и _ НК120 имеется надежная зависимость

сгв,= 0.3- НКШ. С8)

пригодная для любых марок сталей, чего нельзя отметить для зависимости"

ия = / СК. НВ). С9)

в которой угловой коэффициент К- имеет переменное значение, зависящее от марки стали и ее состояния.'

В результате исследования зависимости I = / СНКТ^'З^) для трех исследуемых марок сталей нами было получено уравне-

ние регресс/и, связывающее значения интенсивности изнашивания материалов колес и комплексного параметра деформационно-прочностных свойств этих материалов

1Сх) = 1.33 • 10"7' х2 - 4.80 • 10~3- х ♦ 60.90. СЮ)

Здесь аргумент х = СНК^ •

График зависимости I = / • представлен на рис.1.

ео У

Тй^м 40 30

Ю

£

04 о (263

- © •о

© 1

20

70

420

170

гт

а?о

НКш-^НО"8

в - сталь 35ХМЛ; О - сталь 65Г; в - сталь 55СЛ Рисунок 1 - Зависимость интенсивности изнашивания С1) от значений комплексного параметра деформационно-прочностных свойств материалов

Корреляционное отношение, характеризующее тесноту связи, составило 71,.- 0.88.

Как видно из рис. 1 максимальная износостойкость крановых ходовых колес обеспечивается при значениях комплексного параметра деформационно-прочностных свойств материалов в пределах от 13500 до 24000.

В результате исследования распределения твердости в поверхностном слое на дорожке катания, термообработанных в условиях СП "Титан-Эвиг" ходовых' колес, выявлены недостатки применяемой технологии. Установлено, что при печном нагреве колес под закалку они подвергаются вредному воздействию пламени газовых горелок. В результате имеет место науглероживание или обезуглероживание поверхностных слоев колес. Как следствие этого, наблюдается рассеивание их механических свойств, что в конечном счете негативно сказывается на стойкости колес.

В пятом разделе по результатам исследований сформулированы научно обоснованные рекомендации по прогнозированию износостойкости и оптимизации механических свойств материалов колес, приведены мероприятия по совершенствованию технологии изготовления ходовых колес в условиях СП."Титан-Эвиг".

Экономический эффект при переходе к изготовлению колес, из стали 35ХМЛ взамен 55СЛ для Украинско-Венгерского СП "Титан-Эвиг" составил 1734338 рублей. Расчеты выполнены в ценах 1992 года

0БШИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Выполненный анализ условий работы и причин выхода из строя ходовых колес мостовых кранов показывает, что одной

из предпосылок низкой долговечности колес является бессистемность в подходе к вьйору марок сталей для их изготовления, что в немалой степени обусловлено отсутствием критерия оценки износостойкости.

Для повышения надежности колес в процессе производства и эксплуатации обоснована целесообразность использования сталей с меньшим содержанием углерода, которые, вместе с . тем. обладают высокой износостойкостью.

2. Для широкой номенклатуры применяемых для изготовления ходовых колес марок сталей, которые имеют различный химический состав, а, следовательно, и механические свойства, учет единственной, регламентируемой ГОСТ 28648-90 характеристики механических свойств - твердости по Бринеллю. является недостаточным.

3. 0 регламентированном диапазоне твердости разныэ стали обладают неодинаковыми значениями других механических характеристик, которые также влияют на долговечность выполненных ир них колес. Так как практически любой механизм изнашивания (разрушения) сопровождается микропластическики деформациями локальных объемов материалов контактирующих тел. то роль деформационных характеристик материалов в обеспечении долговечности существенна и ее необходимо учитывать.

4. В результате исследований изнашивания крановых ходовых колес получена многофакторная математическая модель, позволяющая провести качественную оценку влияния различных действующих Факторов.

5. На основе анализа математической модели выдвинута гипотеза о существовании связи между интенсивностью изнашива-

кия ходовьк колес и комплексным параметром (НК™20 • 5£в) деформационно-прочностных свойств их материалов. В частности. для исследованных марок сталей экспериментально установлена обобщенная корреляционная связь 1 = /СНК^ * . выражаемая уравнением регрессии второго порядка. Полученная зависимость имеет экстремум, соответствующий минимальной величине интенсивности изнашивания при значениях комплексного параметра от 13500 до 24000.

6. Полученная корреляционная зависимость ^/СНК^'Й"*) позволяет прогнозировать износостойкость материалов, работающих в условиях трения и изнашивания, подобны): смоделированным, что обеспечивает возможность на стадии проектирования выбрать материал и оценить его пригодность Спо критерию износостойкости) для изготовления ходовых колес без проведения трудоемких износных испытаний.

•7. Комплексный параметр деформационно-прочностных ' свойств может использоваться в качестве параметра оптимизации механических свойств материалов. Диапазон значений параметра С13500.у .24000). которому соответствует минимальная величина интенсивности изнашивания должен обеспечиваться выбором марок сталей и соответствующими режимами термической обработки. Не для всех материалов возможно получить сочетание характеристик твердости и пластичности, обеспечивающих требуемые значения комплексного параметра деформационно-прочностных свойств.

8. Для стали 35ХМЛ. предложенной взамен сталей 55СЛ и 65Г. при выполнении термической обработки в качестве оптимальной рекомендована температура отпуска Т = 410 ± 20 "С.

9. Анализ износостойкости сталей 35ХМЛ, 55СЛ и 55Г с привлечением комплексного параметра показал, что значения последнего, соответствующие минимуму интенсивности изнашивания. обеспечиваются, когда значения твердости по Бринеллю у стали 35ХМЛ находятся в пределах 350...390 НВ. у стали

55СЛ - 370.. .400 НВ. у стали 65Г 390.. .400 НВ.

10. Не следует.допускать эксплуатацию ходовых колес, изготовленных из стали 55СЛ с твердостью менее 320 НВ. В противном случае наблюдается значительный рост интенсивности изнашивания пары ходовое колесо-рельс из-за изменения механизма изнашивания. С точки зрения обеспечения наибольшей износостойкости колес из стали 55СЛ рекомендован диапазон твердости 370...400 НВ.

11. Выполненные исследования показали, что сталь 35ХМЛ является перспективным материалом для изготовления ходовых колес мостовых кранов, обладающим стабильными механическими характеристиками и износостойкостью, мало зависящей от режима термической обработки. Сталь 35ХМЛ в^о всем регламентированном ГОСТ 28648-90 диапазоне твердости по износостойкости превосходит сталь 65Г. являющуюся традиционным материалом для изготовления ходовых колес; она обеспечивает более высокую надежность конструкции колеса (меньшую склонность к образованию трещин и внезапному .разрушению в процессе производства и эксплуатации), а также более чем в два раза менее интенсивно изнашивает материал подкранового рельса, чем стали 55СЛ и 65Г.

12. Предлагается сталь 35ХМЛ включить в государственный стандарт для производства ходовых колес мрстоьых кранов.

При переходе к изготовление колес из стали 35ХМЛ взамен 55СЛ годовой экономический эффект для Украинско-Венгерского СП "Титан-Эвиг" составил 1734338 рублей Св ценах 1992 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в работах

1. Дюмин И. Е.. Калугин Ю. К. , Цыбульский В. А. Анализ факторов, определявших абразивный износ крановых колес // Износостойкость машин: Тез. докл.' Всесовзн. научно-техн. конф. - Ч. 1. - Брянск: БИИ. 1991. - С. 57.

2. Калугин Ю. К.. Савченков Б. В.. Цыбульский В. А. Оперативный технологический контроль качества деталей машин // Проблема качества в условиях рынка: Тез. докл. научно-техи. конф. - Херсон. 1993. - С. 6-9.

3. К вопросу моделирования абразивного износа с использованием деформационных характеристик / Ямпольский Г. Я.. Савченков Б. В.. Калугин Ю. К.. Мултановская Д. Р.. Цибульский В. А. // Износостойкость машин: Тез. докл. Всесовзн. научно-техн. конф." - 4.2. - Брянск: БИИ. 1991. - С. 130-131.

4. Ямпольский Г. Я.. Калугин Ю. К., Цьйульский В. А. Оценка степени снижения ресурса изнашиваемых элементов строи-тельньк машин с использованием неразрушавдего метода определения пластических свойств // Эксплуатация машин в суровых условиях: Тез. докл. региональн. научно-техн. конф. - Твменъ: ТИИ, 1989. - С. 13.

Личный вклад. Проведены теоретические исследования изнашивания крановых ходовых колес. На их основе предложен комплексный параметр деформационно-прочностных свойств материалов.

Экспериментально установлена связь этого параметра с износостойкостью материалов колес; разработаны практические рекомендации по -прогнозированию износостойкости и оптимизации ме -ханических свойств их материалов.

Цибульський В. А. 0птиьпзац1я властивостей матер1ал!в ходо-вих кол ¡с мостових кран ¡в з метсю п ¡движения Гх довгов!чност1.

Дисерташя на здобуття наукового ступеню кандидата тех-н1чних наук за Фахом 05.02.01 - матер¡алознавство у машино-будуванж. Харк1вський деркавний автомоб1льно-дорожнШ тех-н!чний ужверситет, Харк1в, 1996 р.

Захшаеться робота, яка метить теоретичне обгрунтуван-ня замши матер!алу ходових кол!с на 61 льш зносостШкий та довгов1чшй за рахунок застосування розробленого критериального параметру деформац1йно-м1цносних властивостей, що дозволяв прогнозувати та оптим!зувати склад та властивост! ви-користаних матер1 ал I в.

В робот 1 наведено дан) експериментальних дослШжень впливу терм1чно'1 обробки на властивост('матер1ал!в обраного складу.

Запропонована зам ¡на сталей 55СЛ, 65Г на сталь 35ХМЛ, яка по зносостШкост1 перевиэдс сталь 65Г та менш интенсивно зношуе п!дкранов1 рейки.

Робота впроваджена на Укра'жсько-Угорському СП "Птан-Ев1Г" з економ!чним еФектом 1734338 карбованцев Сза цщами 1992 року).

Ключов! слова: Х0Л0ВЕ КОЛЕСО. ЗНОСОСТШСТЬ. Д0ВГ0В1ЧН1СТЬ. КОМПЛЕКСНШ ПАРАМЕТР ДЕФ0РМАЦ1ИН0-М1ЦН0СНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ. СТАЛЬ.

Tsybulsky V.A. Optimization overhead cranes working wheels material qualities with the purpose to increase their durabiliti

Dissertation for an academic degree of Candidate of Sciences (Technology) on the speciality 05.02.01 - science of materials and machine-building. Kharkov State Automobile - Highway Technical University, Kharkov, 1995.

The author is defending a work which contains theoretical investigations of changing working wheels material to more durable and stable to wear and tear one by using the developed criteria parameter of deformation and durability qualities that allows to predict and optimize the chemical composition and qualities of materials used.

The influence of thermal treatment to the qualities of the materials of chosen composition is experem en tally investigated in the dissertation. It is suggested that 55SiL, 65Mn steels should be changed to 35CrMoL steel, which is more durable and wears out the undercrane rails less than 65Mn steel.

This work is being used now on the "Titan-Evig" Ukrainian - Hungarian Joint Venture and produces an economical effect of 1734338 roubles (in prices of 1992).

The Key-words: WORKING WHEEL, DURABILITY, WEAR RESISTANCE, COMPLEX PARAMETER OF DEFORMATION AND DURABILITY QUALITIES, STEEL.