автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности процесса шлифования рельсов в пути за счет улучшения эксплуатационных показателей абразивного инструмента

Введение.

1. Технологические возможности повышения производительности операции плоского шлифования рельсов в пути.

1.1. Анализ технологических процессов, свойств и параметров абразивного инструмента используемого для шлифования рельсов в пути.

1.2. Способы определения эксплуатационных показателей абразивного инструмента.

ВЫВОДЫ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2. Исследование взаимосвязи параметров и характеристик шлифовального круга с показателями его эксплуатационных свойств.

2.1. Взаимосвязь параметров шлифования со строением шлифовального круга.

2.2. Расчёт критической нагрузки на единичное зерно из условия прочности закрепления зерна в связке.

2.3. Взаимосвязь параметров строения шлифовального круга с режимами работы рельсошлифовальных поездов типа РШП.

2.4. Взаимосвязь припуска, удаляемого шлифовальным кругом, с толщиной среза единичным абразивным зерном при плоском шлифовании торцом круга.

ВЫВОДЫ.

3. Построение паспортов эксплуатационных показателей абразивного инструмента и использование их при шлифовании головки рельса.

3.1. Требования к паспортам эксплуатационных показателей шлифовальных кругов.

3.2. Методика построения паспортов эксплуатационных показателей абразивного инструмента.

3.3. Определение рациональных режимов шлифования рельсов в пути на основе разработанных паспортов эксплуатационных показателей абразивного инструмента. вывода.

4. Исследования процесса шлифования рельсов в пути.

4.1. Разработка измерительного инструмента для определения съёма металла.

4.2. Методика определения эксплуатационных показателей абразивного инструмента.

4.3. Анализ результатов экспериментальных исследований.

ВЫВОДЫ.

5. Практическое использование результатов исследований.

5.1. Методика и результаты использования нового технологического 116 процесса и абразивного инструмента.

5.2. Оценка экономической эффективности разработанного технологического процесса.

В настоящее время на сети железных дорог Российской Федерации уделяется всё больше внимания ресурсосберегающим технологиям, позволяющим значительно продлевать срок службы верхнего строения пути, а также новейшим технологиям содержания, ремонта и эксплуатации железнодорожного пути. Наибольшее распространение во всём мире получила технология профильной обработки рельсов с использованием рельсошлифовальных поездов с вращающимися абразивными кругами, в основе которой заложены процессы плоского шлифования торцом круга. Использование рельсошлифовальных поездов типа РШП позволяет не только восстанавливать эксплуатационные свойства рельсов (одной из самых дорогостоящих составных частей верхнего строения железнодорожного пути), но и за счёт создания ремонтных профилей значительно продлевать срок их службы (до 200 % от среднего срока эксплуатации рельса в пути).

В настоящее время обработка рельсов осуществляется с произвольным выбором режима работы абразивного инструмента. При этом существующие нормативы на шлифование рельсов предусматривают только количество технологических проходов рельсошлифовального поезда на обрабатываемом перегоне и рабочую скорость движения машины, не затрагивая такие важные параметры как съем металла с поверхности головки рельса и стойкость абразивного инструмента. Соответственно, выбранные режимы шлифования не гарантируют удаление дефектного слоя металла с поверхности головки рельса. Эту проблему пытаются решать увеличением силы прижатия шлифовального круга к рельсу, чаще всего такое решение приводит к повышенному расходу абразивных кругов без существенной прибавки в производительности, что влечет за собой необоснованно повышенные расходы на шлифование рельсов в пути. 5

Важнейшие параметры шлифования зависят от эксплуатационных показателей абразивного инструмента. Но для выбора режимов работы кругов технолог на рельсошлифовальном поезде из документации имеет лишь маркировку шлифовальных кругов, по которой сложно определить рациональный (или оптимальный) режим работы машины. Соответственно, разработка технологической документации, позволяющей проектировать работу рельсошлифовальных поездов с учетом эксплуатационных показателей используемого абразивного инструмента, является первоочередной задачей.

При этом разрабатываемая документация должна наглядно отражать взаимосвязь параметров шлифования с режимами работы рельсошлифовального поезда, позволяя из большого множества выбирать режимы работы наиболее полно соответствующие условиям работы на каждом конкретном железнодорожном перегоне.

Основные результаты и общие выводы по работе.

1. Для определения эксплуатационных показателей расчётными методами создана модель взаимодействия шлифовального круга с головкой рельса.

2. На основании предложенной модели впервые установлены аналитические зависимости для расчётов эксплуатационных показателей абразивного инструмента, учитывающие строение шлифовального круга.

3. Разработана методика построения и использования паспортов эксплуатационных показателей шлифовальных кругов применительно к технологии профильного шлифования рельсов в пути.

4. Разработаны методика и контрольно-измерительный прибор для исследования процессов профильного шлифования рельсов в пути.

5. Выполнена экспериментальная проверка разработанной модели шлифования рельсов в пути в реальных условиях эксплуатации абразивного инструмента, которая подтвердила высокую сходимость с расчётными величинами.

6. Разработанная методика построения паспортов эксплуатационных показателей абразивного инструмента и спроектированные на их основе технологические процессы внедрены на предприятиях служб пути железных дорог Восточных регионов России.

1. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник. // под. ред. А.Н. Резникова. М.: Машиностроение, 1977. 391 с.

2. Абразивные инструменты для скоростного шлифования и области их применения: Метод. Рекомендации / ВНИИ абразивов и шлифования, Исполн. Юликова Ю.Ф. и др. М.: НИИмаш, 1982. 32 с.

3. Абразивные материалы и инструменты: Каталог / ВНИИ абразивов и шлифования. М.: ВНИИТЭМР, 1986. 358 с.

4. Абразивный инструмент: сфера применения и удовлетворение потребности в основных видах: Метод. Рекомендации / ВНИИ абразивов и шлифования; Исполн. Г.И. Волков и др. М. Л., 1989. 18 с.

5. Абрамсон С.И., Гельфельд О.М., Левина Г.М. Шлифование с повышенными режимами резания. // Вестник машиностроения, 1974, № 2.

6. Аксенов В.А., Шаламов В.А., Шаламова О.А. Экономическая эффективность использования технологии восстановления рельсов // Материалы региональной научно-практической конференции «Транссиб-99». Новосибирск, 1999. С. 142-144.

7. Аксенов В.А., Шаламов В.А. Передовые технологии восстановления рельсов в пути и управление качеством обработанных поверхностей при использовании рельсошлифовальных поездов // Вестник СГУПС. Вып. 2. Новосибирск, 1999. С. 129-144

8. Аксенов В.А., Кузьменя А.А. Управление качеством поверхностного слоя деталей машин и механизмов подвижного состава // Материалы Региональной научно-практической конференции «Транссиб-99», Новосибирск, 1999. С. 329.

9. Альбрехт В.Г., Крысанов Л.Г. Факторы, определяющие сроки службы рельсов и методы продления их эксплуатации в пути // Ж.- д. транспорт. Сер. «Путь и путевое хозяйство»: ЭИ/ ЦНИИТЭИ МПС. 1994. Вып. 2. С. 26-45,

10. Асимметричная шлифовка рельсов // Путь и путевое хоз-во, 1993. №3.39 с.

11. П.Байкалов А.К. Введение в теорию шлифования металлов. Киев: Наукова думка, 1978. 207 с.

12. Ваксер Д.Б. Пути повышения производительности абразивного инструмента при шлифовании. М. JL, 1964. 123 с.

13. З.Васильев Н.Н. Круглое наружное шлифование M.-JL, 1961. 90 с.

14. Васильев Н.Н., Любомудров В.Н. Абразивные инструменты и их изготовление. М.-Л., 1953. 147 с.

15. Верещака А.С., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1986. 190 с.

16. Влияние глубины резания на прочность и разрушение абразивных зерен. / Тошияки О., Шинзаки Н. И др. // Int. J. Jap. Soc. Precis. Eng., 1994, № 3. C. 206-211

17. Влияние состава связки на прочность абразивных инструментов. / Джексон М. и др. //1. Mater. Sci. Lett., 1994, № 17. С. 1287-1289

18. Волновой износ рельсов / Под. ред. Е.В. Овечникова. М.: Из-во м-ва коммун, хоз-ва РСФСР 1963. 179 с.

19. ГОСТ 2424 83 Круги шлифовальные. Технические условия.

20. ГОСТ 28818 90 Материалы шлифовальные из электрокорунда. Технические условия.

21. ГОСТ 8161 75 Рельсы железнодорожные типа Р65. Конструкция и размеры.

22. Димов Ю.В. Условия стружкообразования при действии единичного абразивного зерна на обрабатываемый материал // Повыш. эксплуат.свойств деталей машин и инструм. технол. методами. Иркутск, 1988. С. 21-26.

23. Евсеев Д.Г., Сальников А.Н. Физические основы процесса шлифования. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1978. 129 с.

24. Еленский В.А. Некоторые вопросы скоростного бесцентроового шлифования. // Абразивы, 1974, № 9. С. 20-24.

25. Зайцева С.А. О результатах испытаний рельсошлифовального комплекса.

26. М.: Тяжелое машиностроение, 1992. 40 с. 26.Зона контакта круга с деталью при плоском шлифовании / Вагер И. и др. // CRIP Ann. 1990, № 1. С. 349-372.

27. Иванков П.П., Порошил B.JI., и др. Комплексный ремонт рельсов в пути и на ремонтном предприятии. Сб. «Железнодорожный транспорт», серия «Путь и путевое хозяйство», М., ЦНИИТЭИ, 1985, вып. 1, с. 33-38.

28. Инструменты для высокоэффективного шлифования: Сборник научных трудов ВНИИАШ / ВНИИ абразивов и шлифования. Л.: ВНИИАШ, 1982. 65 с.

29. Иполитов Г.М. Абразивно-алмазная обработка. М.: Машиностроение, 1969.246 с.

30. Исаков Д.В. Проектирование производительных шлифовальных операций на основе расчетного определения эксплуатационных показателей шлифовальных кругов. Дис. к.т.н. Челябинск, 2000."140С.

31. Колев К.С. Точность обработки и режимы резания. М.: Машиностроение, 1968. 130 с.

32. Королев А.В. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и деталей при абразивной обработке. Саратов, изд-во Саратовского университета. 1975. 191 с.

33. Корчак С.Н. Масштабное моделирование механизма взаимодействия совокупности зерен шлифовального круга с деталью. Тезисы докладов. // В сб.: Прогрессивные методы и инструменты для обработки резанием и пластическим деформированием. Челябинск, 1971. С. 4.

34. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. М.: Машиностроение, 1974. 280 с.

35. Корчак С.Н. Теоретические основы влияния технологических факторов на повышение производительности шлифования стальных деталей. дис. д.т.н. Челябинск, 1973.521с.

36. Космин В.В. Высокоскоростное шлифование рельсов в США // Ж.-д. трансп. За рубежом. Сер. 4. Путь и путевое хозяйство. Проектирование и стр-во: ЭИ / ЦНИИТЭИ МПС. 1994. Вып. 1. С. 8-14.

37. Кошлев И.А. Применение силового шлифования для снятия больших припусков. // Вестник машиностроения, 1973, № 12. С. 36-38.

38. Крысанов Л.Г. Эффективность профильной обработки рельсов // Путь и путевое хоз-во, 1996. № 12. С. 2-6.

39. Кудасов Г.Ф., Боценюк Л.С. Технология плоского шлифования. М. -Свердловск, 1943. 66 с.

40. Кудасов Г.Ф. Абразивные материалы и инструменты. 2-е изд., перераб. И доп. Л.: Машиностроение, 1967. 158 с.

41. Кузьменя А.А. Повышение технологических процессов шлифования рельсов в пути. Дис. к.т.н. Москва, 2000. \Ъ7о,

42. Кэмбелл Д., Томсен Е. Шлифовка рельсов в процессе технического содержания пути в кривых. Перевод П19838. ЦНИИТЭИ МПС, 1981. 5 с.

43. Лоладзе Т.Н., Бокучава Г.В. Износ алмазов и алмазных кругов. М.: Машиностроение, 1967. 112 с.

44. Лоладзе Т.Н. Износ режущего инструмента. М.: Машгиз. 1958. 356 с.

45. Лоскутов В.В. Шлифование металлов. М. Свердловск, 1979. 241 с.

46. Лурье А.И. Нелинейная теория упругости. М.: Наука, 1980. 512 с.

47. Лурье Г.Б. Режимы скоростного шлифования. Круглое наружное шлифование. М., 1955. б'?с.

48. Лурье Г.Б. Шлифование металлов. М.: Машинострооение, 1969. 175 с.

49. Лурье Г.Б., Комиссаржевская В.Н. Шлифовальные станки и их наладка. М.: Высшая школа, 1972. 415 с.

50. Маслов Е.Н. Основы теории шлифования металлов. М. 1951. 180 с.

51. Маслов Е.Н., Постникова Н.В. Основные направления в развитии теории резания абразивным, алмазным и эльборовым инструментом. М.: Машиностроение, 1975. 48 с.

52. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение, 1974. 320 с.

53. Матюха П.Г., Терехова Л.К. Исследование высоты неровностей проофиля поверхности резания при шлифовании // Резание и инструм., 1992, № 4. С. 114-121.

54. Машины для ремонта поверхности катания рельсов // Ж.-д. мира, 1995. № 10. С. 55-57.

55. Михелькевич В.Н., Щукин Б.Д. Системы автоматического регулирования технологических процессов шлифования. Куйбышев, 1969. 152 с.

56. Мишнаевский ПЛ. Расчет сил резания с учетом характеристик рельефа алмазного круга при обработке деталей из хрупких материалов // Резание и инструм., 1992, № 5. С. 66-71.

57. Никольский А.В. Анализ исходных положений теории шлифования. Таллин, 1954. 30 с.

58. Никольский А.В. Единые зависимости для расчета средних размеров отдельных срезов при шлифовании и доводке. Таллин, 1955. 66 с.

59. Нормы ремонта рельсов и современная технология их шлифования // Ж.-д. мира, 1995. № 11. С. 61-64.

60. Обозначение характеристик абразивных материалов и инструментов, выпускаемых зарубежными фирмами: Метод, рекомендации / ВНИИ абразивов и шлифования. М.: ВНИИТЭМР, 1988. 63 с.

61. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента / В.Н. Бакуль, Ю.И. Никитин, Е.Б. Верник, В.Ф. Селех; под ред. Бакуля. М.: Машиностроение, 1975. 291 с.

62. Островский В.Н. Теоретические основы процесса шлифования. Л.: ЛГУ, 1981. 143 с.

63. Палей Л.Я., Воробьев И.Т. Исследование стружкообразования и усилий при плоском глубинном шлифовании. // Станки и инструмент, 1974, № 10. С. 36-37.

64. Переверзев П.П. Взаимосвязь производительности и точности операций шлифования с интенсивностью затупления кругов из различных абразивных материалов. Дис. к.т.н. Челябинск, 1981.

65. Переверзев П.П. Теория и методика расчета оптимальных циклов обработки деталей на круглошлифовальных станках с программным управлением. Дис. д.т.н. Челябинск, 1999. 327с.

66. Пилинский В.И., Донец И.П. Производительность, качество и эффективность скоростного шлифования. М.: Машиностроение, 1986. 80 с.

67. Попов С.А., Малевский Н.П., Терещенко Л.М. Абразивно-алмазная обработка металлов и твердых сплавов. М.: Машиностроение, 1977. 263 с.

68. Попов С.А., Соколова Л.С. Влияние однородности зернового состава абразива и формы зерен на рельеф режущей поверхности шлифовальных кругов. // Абразивы, 1972, № 12. С. 2-6.

69. Попов С.А., Малевский Н.П., Терещенко Л.М. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов. М: Машиностроение, 1977. 263 с.

70. Попов С.А., Соколова JI.C. Статистические характеристики рельефа рабочей поверхности абразивных инструментов. Сб.: Вероятностно-статистические основы процессов шлифования и доводки. Л.: СЗПИ, 1974. С. 91-95.

71. Предварительная оценка шлифования рельсов // Ж.-д. мира, 1997. № 3. С. 61-64.

72. Профилактическое шлифование рельсов // Ж.-д. мира, 1997. № 3. С. 6468.

73. Профильная шлифовка рельсов // Путь и путевое хоз-во, 1995. № 5. С. 1218.

74. Редько С.Г. Количество абразивных зерен шлифовального круга, участвующих в резании. «Станки и инструмент», 1960, № 12.

75. Рельсошлифовальный поезд нового поколения (Швейцария) // Ж.-д. трансп. За рубежом. Сер. 4. Путь и путевое хозяйство. Проектирование и стр-во:ЭИ/ЦНИИТЭИ МПС. 1991. Вып. 12. С. 17-18.

76. Рельсошлифовальный поезд (Швейцария) // Ж.-д. трансп. За рубежом. Сер. 4: ЭИ / ЦНИИТЭИ МПС. 1991. Вып. 6. С. 13.

77. Таратыпов О.Г. Критические нагрузки и устойчивость работы зерен алмазно-абразивного инструмента // Обеспечение технолог, точ. и надеж, деталей автомоб. техн. М., 1988. С. 30-40.

78. Улучшенная технология шлифовки рельсов // Путь и путевое хоз-во, 1994. №5. С. 40.

79. Улучшенные технические критерии шлифования рельсов // Ж.-д. мира, 1997. № 11. С. 61-65, 80.

80. Фадюшин С.А. Разработка расчетной методики назначения характеристики шлифовального круга по тепловому ограничению для автоматизированного проектирования операций шлифования. Дис. к.т.н. Челябинск, 1992. 5 с.

81. Филимонов JI.H. Высокоскоростное шлифование. JL, 1979. 245 с.

82. Филимонов JI.H. Стойкость шлифовальных кругов. Л.: Машиностроение, 1979. 248 с.

83. Филимонов Л.Н., Муцянко В.И. и др. Влияние затупления шлифовального круга на качество поверхности. // Станки и инструмент. 1969, №6. С. 24-25.

84. Функе О.Х. Шлифовка рельсов // Пер. с немецкого А.И. Козырева, под. ред. И.В. Бирюкова, В.В. Лядова. М.: 1992. 167 с.

85. Худобин Л.В. Автоматическое управление радиальным усилием шлифования. «Станки и инструмент», 1958, № 4.

86. Худобин Л.В. Методика и средства электронно-микроскопических исследований металлов и абразивных инструментов. М., 1966. 14 с.

87. Худобин Л.В. Пути совершенствования технологии шлифования. Саратов: Приволж. кн. изд., 1969. 213 с.

88. ЦПсв-03 Технические указания по шлифованию рельсов. М., 1999. 20 с.

89. Шаламов В.А. Повышение производительности технологии шлифования рельсов в пути торцом круга. Дис. к.т.н. Новосибирск, 2000. U9c.

90. Шаламова О.А. Повышение эксплуатационной стойкости рельсов за счет выбора рациональных режимов и условий технологического процесса шлифования. Дис. к.т.н. Новосибирск, 2001.125с.

91. Шевелева Г.И., Матюха П.Г., Терехова JI.K. Расчет числа зерен, участвующих в процессе шлифования // Резание и инструм. 1988, № 40. С. 7-14.

92. Шлифование рельсов на железных дорогах США // Ж.-д. мира, 1994. № 5. С. 57-59.

93. Эксплуатационные возможности шлифовальных кругов / под ред. В.Д. Эльянова. М.: НИИМАШ, 1976. 54 с7666.

94. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования. М.: Машиностроение, 1975. 176 с.

95. Юркова Е.О. Повышение производительности технологического процесса восстановления служебных свойств рельсов шлифованием за счет оптимизации выбора ремонтных профилей. Дис. к.т.н. Новосибирск, 2001. l2.be.

96. Ящерецин П.И., Жалнерович Е.А. Шлифование металлов. Минск, 1963. 463 с.

97. ЮО.Ящерецин П.И. Исследование механизма образования шлифованных поверхностей. Минск: Беларусь, 1962. 175 с.

98. Bellmann Н. Eisenbahningenieur, 1999, № 5. S. 20-22. Измерение парамеетроов пути.

99. Brandau I. Eisenbahningenieur, 1999, № 7. S. 54-56. Практическое применение оптимизированной системы колесо рельс.

100. ЮЗ.Вгеппап Ch. Railway Track and Structures, 1998, № 6. P. 49-50.

101. Шлифование рельсов. 104. Coopen I. Schaffen I. Rail Tngineering International, 1993. № 1, P. 13-17. Нормативы рельсошлифования на европейских ж. д. с применением рельсошлифовальной техники и шлифовальных кругов фирмы СПЕНО.

102. Czabon H. Einwirkung von Kuhlflussing keiten auf Kinstharzgebundene Schleifkorper und Massnahmen Zur Erhaltung ihrer Ursprungsharte, Forschiengsber, Landes Nordzhein Wesfalen. № 1465, S. 24.

103. Ebersbach D. Verbesserte technishe Kriterien fur das Schienenschleifen // Eisenbahnigenieur, 1995. № 12. P. 864-866, 868-871.

104. Grinding a whole Railway Network. Railway Technical Review, 1996. 35 p. Шлифование рельсов на сети, эксплуатируемой Компанией Eurotunnel.

105. Kalousek J., Magel E. Rail profile grinding: Heavy-haul and freight applications // Railway Track and Structures, 1997, № 7. P. 21-22.

106. Kalousek J., Magel E. Railway Track and Structures, 1999, № 4. P. 29-31. Профильное шлифование рельсов на замкнутых маршрутах.

107. Konig W. Rail Engineering International, 1997. No 8. P. 8-10. Профилактическое шлифование рельсов: преимущества метода шлифования, вибрационные рельсошлифовальные машины компании Plasser & Theurer (GWM 110, TYVM250, GWM550).

108. Krainmer J. Different goals: grinding strategies for transit // Railway Track and Structures, 1996.92. № 11 P. 19-22. Стратегия шлифования колес и рельсов.

109. Lixin Qian. Railway Gazette International, 1997. № 7. P. 455-458.

110. Machu W. Oberflachenvorbe handlung vog Eeisen und Nichteisenmetallen. Leipzig, 1954.

111. Pahlitzch G., Lutgens J. Neue Frgebnisse mit der Zweistoff -Zweiweg -Kuhlung bein Schieifen. Klebzig-Fachber, 1962. № 1.

112. Progressive Railroading, 1992. № 11. P. 43, 45, 46.

113. Progressive Railroading, 1992. № 7. p 46-48.

114. Sawley K, Bowman R. Railway Track and Structures, 2000, № 3. P. 15-19. Исследование режимов шлифования рельсов на железной дороге Norfolk Southern.137

115. Sawley R., Reiff R. Railway age, 1999, № 6. P. 44, 46, 48, 49. Продление срока службы рельсов и колес.

116. Stanfordetal J. Railway Track and Structures, 1999, № 6. P. 55-57. Шлифование рельсов.

117. Tuzik В. One point rail profiles or two // Railway Track and Structures, 1995. № 6. P. 37. О шлифовании рельсов.

118. Tuzik В. Rethinking approaches to rail profile grinding // Railway Track and Structures, 1994. 90. № 6. P. 47. Шлифование и смазка рельсов.

119. Werner G., Dederichs M. Spanbildungeprozess und Temperatur Beeinflussung der Werktrucks beim schleifen. Jnd-Anz, 1972. 94. № 98. S. 2348-2352.

120. Zarembski A.M. // Bulletin AREA, 1997.N 760. P. 149-168.