автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Повышение усталостной прочности цельнокатаных колес технологическими методами при ремонте

❖ .л

О

/

На правах рукописи

СКОЛОТНЕВА

Надежда Юрьевна

УДК 629.4.027.11

ПОВЫШЕНИЕ УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЕС ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ПРИ РЕМОНТЕ

Специальность 05.22.07 — Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1996

Работа выполнена в Петербургском государственном университете путей сообщения.

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор ИВАНОВ Игорь Александрович;

кандидат технических наук БИТЮЦКИИ Александр Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ДУДКИН Евгений Павлович;

кандидат технических наук АНДРЕЕВ Валентин Михайлович

Ведущее предприятие—Октябрьская железная дорога. Защита состоится . Ц-Н-^.^4^?" . . 1996 года

в ./3 часов на заседании диссертационного совета Д 114.03.02 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: ¡90031, Санкт-Петербург, Московский пр., дои 9, ауд. 5-407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан

^ _ 19д6 ^

Ученый секретарь диссертационного совета

к. т. н., доцент Б. В. РУДАКОВ

Подписано к печати 15.05.96 г. Усл. печ. л. 1,5. Формат 60х84'/1б. Бумага для множ. апп. Печать офсетная. Тираж 100 экз. Заказ 540.

РТП ПГУПС. 190031, С.-Петербург, Московский пр., 9.

0БШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЕОВ!

Актуальность тепы. Эффективность работы хе-лезводорохного транспорта в значительной степени зависит от надежей и безотказной работы колес, являвшихся одним из основных элементов подвжного состава .

Внимание к проблеме повышения надежности колесных пар вызвано тем, что в эксплуатации стали наблюдаться случаи появления усталостных трещин, а также полного излома колес при уменьшении толщины обода. Эти случаи представляют реальную угрозу безопасности движения, т.о. в настоящее время особую актуальность приобретает вопросы повышения предела выносливости и усталостной прочности цельнокатаных колес. Следовательно, необходимо разработать исходи, позволяйте повысить усталостную прочность колес как при создании новых инструкций колес, так и при ремонте существующих .

Данная работа является одтзм из этапов решения задачи повышения усталостной прочности цельнокатаных колес подвижного состава кедезкодорохного транспорта при ремонте. Вопросы, исследованные в работе, являются составной частью задач, решаемых в соответствии с планами Главного управления вагонного хозяйства МПС Российской Федерации, Октябрьской железной дороги и Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГ'УПСа).

Цель и задачи работы. Целью дачной работы является повышение усталостной прочности цельнокатаных колес подвижного состава при ремонте.

Для йсогашшл поставленной цели определены слеяуэдие задачи исследования:

1. Провести анализ факторов, ваэывавди ycv-.остнкз разрушена колес;

2. рассмотреть пути повыяенга? усталостной прочности колеса лрл ремонте. Выбрать наиболее ращаяальннЛ.

Е. Разработай. па основе еэгреаетшых разчепш методов строительной ыеханшш.в частности v^ioxoa конечных элементов (!>!КЗ; и суперэлементов (МСЭ) расчетеуо модель колеса, позышодш

ПРСИЗВОДКТЬ УТОЧИЙКИУО ОЦ&ЯКУ n^iM?rp03 его НбПрГЛОВЙО-ДОфО-р.-.ыроваикого СОСТОЯНИЯ;

4. На основе разработанной код ел, i процвести расчет иаяряжшю-деформнрогаилого состояния колеса лрк действии основных эксплуатационных и технологических факторов;

5. Предложить метод повышения усталостной прочности колеса ври решите, выпарить его исследование к определить технологическое обеспечение ;

6. Разработать практические рекомендации по вцедреш») результатов работы в производство.

Методика исследования. £дя ресс-яля поставленных задач в работе использбватп

- современные методики теоретического расчета эксплуатационных напряжений в цельнокатаных колесах подвижного состава, основанные на примэяекля метода конечных элементов и метода суперэлементов;

- стандартные и специальные методики лабораторных исследований и натурных усталостных испытаний цельнокатаных колес;

- кегаллографгческиз методы исследования структуры металла тер-моупрочкеннсго слоя.

Н а у ч н а я н о в и з н а. В диссертационной работе изложены научно обоснованнее технические и технологические разработки, обеспечивайте решение задачи повышения усталостной прочности цельнокатаных колес при ремонте. Научная новизна данной работи состоит в том, что:

- предложен метод повьпглшя усталостной прочности колес с небольшой толщиной обода, суть которого заключается в создании на поверхности диска локальных термоупрочиешшх зон:

- предложен расчетно-эш&ертаенгаяышй метод, позволяющий на основе эксперт.«.витальных и теоретических оценок уровня напряжении в колесе оценить с достаточной точность» напряженное состояние цельнокатаных колес в эксплуатации;

- на основе применения объемных конечных элементов и метода суперэлементов разработана расчетная модель колеса, позволяющая производить уточненный расчет параметров напряженно-деформированного состояния (НДС) с учетом его основных геометрических особенностей;

- Егподнены расчеты напряжений в упрочненных по предложенному методу цельнокатаных колес при приложении к ним различных эксплуатационных нагрузок и произведена оценка общего напряженного состояния;

- предложены и исследованы режимы термической обработки диска колеса при ремонте. Произведена оценка устаюстной прочности упрочненных колес с тонким ободом.

Достоверность. Достоверность полученных выводов и предложений подтверждается проверкой согласованности результатов теоретических и экспериментальных исследований. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 15 X.

11 р а к I к ч е с к а я ценность. Разработан спо-

соб повшения устачостной прочности цельнокатаных колес подвижного состава с тонким ободом при ремонте. Способ может Сыть использован и для повышения усталостной прочности новых колес.

Сформулированы основные требования к величинам показателей качества дисков цельнокатаных колес, а также назначены режимы локального термоупрочнения дисков, обеспэчиваклле повышение усталостной прочности колес.

Усталостные испытания, проведенные в лаборатории ПГУПСа показали, что предел выносливости колес с ^гонким ободом, на поверхности дисков которых созданы локальные термоупрочнегшыо золы, повысился на 15-17 Z по сравнению со стандартными.

Реализация работы. Материалы диссертации использованы при разработке рекомендаций, направленных на повышение усталостной прочности цельнокатаных колес при ремонте.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на заседаниях кафедры "Технология металлов" в 1993 - 1995 г.г., на XIY Konferencja Naukowo-Techníczna Huty Katowlce"Produkc3a 1 Ekcplo-atacja Ssyn Kole\io;«ych" 27-28.09.94 г. в г. Катовице (Польша), на конференции "Kolejave Eestawy.Tíolowe. Teoría, projektowanie, vytwarzanie, eksploatacja", сентябрь 1995 г. в г.Гливицэ (Полька) , на научно-практической конференции с международным участием "Проблемы железнодорожного транспорта реша;от учение" 2-3.11.94 г. в ПРУПСе, на научно-технических конференциях молодых ученых ПГУПСа.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, содержит: J16 стра-

кин уаиглописного текста, 10 -гяблиц, 43 р:«уиков. библиографии, шаша-щей 112 названии, и 3 приложения.

ЕО ВВЕДШЗ! сбос.повчиа актуальность рассматриваемой проблемы и дана обцая характеристика работы.

Р ПЕРВОЙ Р1АРЕ раосмотршю состояние проблемы надежности и

долговечности хелезнодоро;-лых колес, представлены статистические дачные по ¡ш(*в далее в эксплуатации, раздоите виды разрушении и проаналне'гооваьы факторы, способствующие возникновению и развитию усталостных пог.редяею;й. Существенный вклад в решение вопросов ногшгяга усталостной прочности цельнокатаных колес внесли ряЗоти Л.!д.Школьника. Е.П.Литовченко, H.H.Кудрявцева и др.

Цельисйатвньв колеса являются наиболее- наг,ргхеипьми злемен-дами келезподорохногс подвижного состава, которые б эксплуатации подвержены действия больших статических и динамических нагрузок. ИЕМ9НГИИЯ а условиях эксплуатационной работы: увеличение нагрузки на ось. использование термоудрочненных рельсов., щебеночного балласта, делезобетонккх гапал, внедрение композиционных колодок-.оказали заметнее влияние на повреждаемость цельнокатаных колес. Это показывает на необходимость проведения мероприятий, направленных на пошгеяие надежности, усталостной прочности и долговечности колес.

В диссертационной работе обоСдены данные по изломам колес, анчлиз которых пределен слуяОой НИЗ МПС РФ. Kaie показывает статистика, наметилась тенденция увеличения числа браков и отцепок вагонов и?-за дефектов ггярсных пар.

Трегнмы и изл.омн усталостного характера возникало? со всех :_'>кл:ен;ах кол е-:, а - диск». сбсде. сглчице. но наибольшее их число

- о -

и более тяжелые последствии связаны с изломом диска. Обслецбва-

/

ния изломов колес, проводимые БИКИКТоы, показывают, что более 50Z колес имеют изломы в приободнои части.

Далее в глазе отражены наиболее чаете ..стречагазяеся виды разрушений, приведена классификация факторов, Еызыйаащих усталостные разрушения колес, и рассмотрены нагрузки, действующие ка колеса в процессе эксплуатации.

На колесную пару оказывают воздействие вноиние переменные статические и динамические нагрузки, монтажные напряжения, обусловленные посадкой колес на ось. а также технологические остаточные напряжения. Проведенный ранее анализ остаточных напряжений в диске показывает, что они должны быть сжимзвиц-аш, а их величина доллна быть б0ст - С0,2-0,5)бт; где бт - предел текучести. В процессе тормогкеяия тормозные устройства вызывает в колесной паре термические нагрузки.

Следует тагосе заметить, что в последнее время по принятым нормам эксплуатации увеличена допустимая толздна обода колес грузовых вагонов с 22 до 24 мм. В то ке время в эксплуатируемом на сегодняшний день парке вагонов железных дорог России имеется большое количество колес с тонким изношенным ободом. Необходимо продлить срок их службы при ремонте, применяя специальные технологии. Далее в главе определены пути повыиеиия усталостной прочности цельнокатаных колес: конструкционные, технологические и эксплуатационные (рис.1).

Наиболее предпочтительными при ремонте являются технологические методы, та? как они позволят повышать усталостную прочность эксплуатирующихся колес. К технологическим методам повышения усталостной прочности диска можно отнести дробеструйную обработку, виброыакатку, термообработку и др.

РисЛ. Пути повышения усталостной прочности колес

Одним из наиболее перспективных направлений повышения усталостной прочности колес при ремонте представляется конструкционно-технологический. Повышение усталостной прочности колес с тонким ободом возможно за счет создания на диске локальных упрочненных зон, своеобразных "ребер жесткости". За счет этого повышается общая и усталостная прочность колеса с тонким ободом.

Выполненный анализ состояния проблемы надежности и долговечности колес, путей повинения усталостной прочности колес с тонким ободом определил следующие направления решения задачи:

- разработка методики оценки наполненного состояния колеса;

- расчет напряденного состояния стандартного колеса с тонким ободом и с предложенными "ребрами жесткости";

- расработка и исследование технологии локального гермоупрочне-иия поверхности диска, усталостные испытания колес;

- технико-пксмгмич^ское обоснование предложенных мероприятий.

ЕО ВХОЖ1 !ШЗ£ приведена штсдика расчета йсярзкзаю-ла{«-рмироваякого состояния цельнокатаных колес на основе метода конечной элементов (МКЭ) и метода суперэлеызктоз (МСЭ).

Построение математической модели процессов возникновения деформаций и напряжений в различных тезках колеса при действии ¡¡а него эксплуатационной яагруаки производилось на основе М<3. Процедура составления матричного ансамбля - общепринятая, а напряжения в д»Зой точке элемента гогут бить найдены из соотношении :

Ша - СО) ШЗо {5>е (1) .

Значительно более обширным методом, который позволяет решить задачу прочностного расчета является МСЭ, представляющий собой дальнейшее развитие МК& и позволяющий с большей точностью исследовать НДС сложных пространственных конструкций, решай при этом все трудности, возникшие при • использовании МКЭ. Для того, чтобы применить &СЭ при расчете цельнокатаных железнодорожных колес были разработаны новые этапы общей схемы применения МСЭ с учетом характерных особенностей конструкции колеса к условий его работы.

Системы уравнений равновесия СЗ первого уровня преобразовывались но методу блочного нсключет'.я по Гауссу к виду:

<Г>31 - СК7З1г <б>

- {Пг - СМгвШв""1^)® (2)

<Р>31 - СКЗГ - СКЗ^СЮЙ-ЧЮег

Т!ри расчете были использованы объемные конечные элементы в

- о -

форме произвольных шестигранников с 8-ю узлами в каждой вершине и 3-мя линейными степенями свободы в каждом узле. Общий вид разработанной расчетной схемы МКЭ в глобальной системе координат, сетка разбиения КЭ сечения колеса приведена на рис.2. Была применена следующая методика геометрического моделирования расчетной схемы колеса.Первоначально с применением базовых точек и отрезков прямых дуг окружности описывалось сечение половины колеса. На следующем паге путем афиннсго преобразования (поворот относительно оси,сс->тветствуюией оси колеса) формировалась идеализированная объемная модель. На следующем этапе,исходя из возможностей используемых машинных ресурсов, образованная модель разбивалась на КЭ.

С целью повьшения точности расчетной схемы при заданных машинных ресурсах был применен прием разбиения на суперзлементы. Были испольвованы 2 суперзлемента: 1 - обод ; II - диск и ступица.

Напряженное состояние колеса определялось рядом факторов: . а) напряжениями, возникающими от действия вертикальной нагрузки; б) напряжениями, возникающими от действия термической нагрузки при торможении; в) напряжениями от напрессовга! колеса на ось; г) остаточными напряжениями, сформированными в процессе изготовления.

При выборе схемы нагружения колеса была использована методика ПШШЖТа. В расчете принята сила, равная по величине 25 т/ось (250 кН), приложенная вертикально к вершине гребня колеса, так как это эквивалентно действию эксплуатационной вертикальной и горизонтальной нагрузок. Термические нагрузки, возникаете при торможен;:;; были также учтены при расчете. При этом приняты следующие допущения: 1) выделение теплоты по периметру колеса можно

.«MiSÍ

ъ)

у

б)

Iii jlxß

Fm.2 ъ-обягий вид pacuPTHOÍÍ ори«

г^-орти» р.-.абийнич срч?ш<л ко.трса

считать близким к равномерному из-за высокой скорости перемещения обода колеса относительно тормозной колодки; 2) при расчетах температура на поверхности катания колеса была принята равной 4Б0°С; 3) средний температурный коэффициент теплового расширения для колесной стали <х - 13,6 ~е град"1; 4) тепловая нагрузка в расчете приложена ко всем элементам, расположенным на поверхности катания колеса. Для учета влияния налрессовки колеса на ось в узловые точки расчетной схемы, находящиеся на внутренней поверхности ступицы тлеса. было введено закрепление по всем трем осям глобальной системы координат.

Для проверки достоверности полученных результатов и оценки точности разработанной расчетной модели, было проведено сравнение с данными, полученными в контрольных точках при зю:перимсн-те, выполненном по стандартной методике усталостных испытаний колес во ВШШШ'е .

Таблица 1

Сравнение-экспериментальных и расчетных напряжений

Зоны измерения напряжении Экспериментальные данные напряжений,Ша Расчетные данные напряжений, МПа

внутренняя сторона наружная внутренн. сторона наружная

а) зона перехода обода в диск б) середина диска в) зона перехода диска в ступицу 189,07 176,44 163,65 80,82 72,86 65.28 168.27 149,97 147.28 74,35 63,40 66,58

В ТРЕТЬИ! ГЛАВЕ проведено теоретическое исследование НДС колеса в процессе эксплуатации, которое с достаточной достоверностью позволила рассчитать разработанная расчетная КЭ модель. Расчеты напряжений в цельнокатаных колесах подвижного ссс-

тава производились для двух вариантов:

- колесо, имевдее леизношенный обод (70 т) - новое колесо;

- колесо, имеющее минимальную предельно допустимую в эксплуатации толщину обода (24 мм) - изношенное колесо.

В результате анализа расчета напряже: -.-деформированного состояния нового колеса было установлено, что распределение напряжений от эксплуатационной нагрузки носит неравномерный характер. Отмечены зоны концентрации напряжений в ободе, а также в местах перехода диска в обод и диска в ступицу колеса на поверхности диска с внутренней и наружной стороны. Деформирование колеса имеет ярко выраженный изгибный характер, а максимальные значения эквивалентных'напряжений от действия эксплуатационной нагрузки составляют 85Ша. Характер распределения напряжений от действия тепловой нагрузки несколько иной. Максимальные значения зарегистрированы на поверхности катания, а также в зонах сопряжения обода с диском 'и диска со ступицей. •

Анализ напряженного состояния диска колеса от действия суммарной нагрузки показал,, что приободкая и предступичная части диска являются наиболее напряженными.участками (рис.3). . Средние значения суммарных эквивалентных статических напряжений составляют здесь от 66 до 82 ДОа (динамические - 133 и 246 МПа).

При сравнении результатов расчетов, двух вариантов - (нового колеса и с максимальным износом) было.установлено, что наиболее .значимо изменяется характер распределения. напряжений в диске. Величины напряжений, в диске, мгновенного/ колеса по сравнению с ноеым возрасли на 17-20'. При гтоы наиболее напряженными являются поверхностные слои .диска, в.местах сопряжения диска и обода; диска и ступицы (рис 4). Максимальные значения статических напряжений достигают 97-МПа.' С учетом- нормативного коэффициента

lnc.4 Распределение напряжений в диске изношенного колеса от действия суммарной нагрузки

динамики, величины этих напряжений составляют 290 Мла.

За предел выносливости принято считать наибольшее мачси-мальное значение напряжения цикла, при дейст; л тгорого не происходит усталостного разрушения. По данным ВНЮЖТа для цельнокатаных колес по-ГОСТ 9036-88 величина предела выносливости составляет примерка £50 №а.

В качестве критерия выносливости колеса принят коэффициент усталостной прочности п, который можно определить по йормуле:

Повысить п можно двумя способами:

1) увеличить предел выносливости колеса;

2) синзкз-ь иеличияу «ксггауагациой»й ¿¡»шшч^сккх наьрягсо-нип.

Для новых колос максимальные значения напряжений не превышают величины предела выносливости, а для колеса с тонким ободе:.; в зонах концентрации напряжения могут превысить эту величину. Поэтому возникла необходимость проведения мероприятий, направленных на повышение предела выносливости и усталостной прочности колес с тонкомерным ободом в процессе ремонта.

В данной работе для•повышения усталостной прочности тонкомерных колес при ремонте предложено воспользоваться эффектом упрочнения диска для снижения.напряжений от нагрузки. Снижение напряжений в диске от нагрузки мо.-*до получить упрочнением не всей поверхности диска (как это делается нака;кой), а части его.

Поскольку зоны концентрации напряжении находятся в основном на поверхности диска колеса с внутренней и наружной стороны, в особенности в приободкой и предегупичной части, то было предложено решить эту задачу путем создания на поверхности диска коле-

са локальных упрочненных зон. Эги зоны должны располагаться равномерно по поверхности диска в виде"ребер жесткости".

Площадь поверхности диска,,на которой необходимо произвести упрочнение ыеталла должна соответствовать зонам наибольших напряжений, что составляет около 20Z общей поверхности диска и домна иметь предел выносливости 310-330 Ша. В результате, предел выносливости для конструкции диска в целом может увеличиться на 15-20%. Было предложено обеспечить такое упрочнение за счет термической обработкой поверхности диска с использованием индукционного, газопламенного и др. видов нагрева.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приведены результаты исследований по разработке л обоснованию комплекса конструкторско-технологических мероприятий.по повызению усталостной прочности цельнокатаных колес, представлена разработка режимов термоупрочнения и металлографические исследования упрочненного слоя металла диска.

Для повышения работоспособности колес при ремонте была предложена и обоснована методика создания локальных термоупроч-неннкх зон на наружной и внутренней поверхностях диска колеса.

На основе диаграммы состояния Fe-Fe3C, которая для каждого химического состава сплава определяет критические точки, выбрана температура закалки, которая обычно на 10-20°С выше верхней критической точки. Температура, которую не следует превышать во избежание перегрева лежит на S0-80°C вш<? верхней критической точки. Дли того, чтобы сталь приняла закалку, необходимо не только .-.•-.греть ч" г<ьда критической точки, но и дерхать при температуре •-; -.¡'нега з рвение времени, достаточного для диффузии углерода из '.'".<'; ко и с вчсстш содержанием этого элемента в участки мало или

совсем не содержащие его.

Локальные упрочненные зоны создавались термообработкой поверхности диска с использованием разработанной технологии нагрева поверхности пламенем газовой горелки. Эта часть эксперимента проводилась на Октябрьском элекгровозоремонтном заводе.В результате нагрева создавались участки термообработанного металла, по ширине равные ширине пламени газовой горелки. В глубину диск прокаливался на 1,5-2 мм с каждой стороны. Зоны наносились с внутренней и наружной стороны, напротив друг друга. Для проведения эксперимента на поверхности дисков были нанесены термоупроч-ненные зоны различной Форш (рис.Б):

1) в виде спирали из двух витков;

2) в виде 6 радиальных изогнутых ребер жесткости;

3) в виде 6 радиальных зигзагообразных ребер жесткости.

Для измерения твердости непосредственно на термообработан-

ном колесе использован перекосной автоматический твердомер. При этом выявлено отсутствие резкой границы мевду упрочненным и основным металлом диска. Твердость постепенно уменьшаете." с 310-370-НВ в упрочненной зоне до 250-265 Ю в основном металле (рис б). Для выяснения распределения твердости по глубине диска было проведено ее измерение на приборе Виккерса, которое показало отсутствие резкой границы и постепенное уменьшение твердости до нормальных значений для колесной стаял в этой зоне-диска (рис 7).

Для проведения металлографических исследований из диска колеса механическим способом были вырезаны темплэты, из зоны термообработки. На рис 8 показана микроструктура упрочненного металла, состояиая в основном из скратокристанлического троостита и переходный слой, микроструктуру которого составляет троссгит и выделения феррита (рис.9). В середине диска сохраняется исходная

а,с5,в - форма термоупрочненинх зон; г - сечение по упрочненному спою.

Л

£ t

Л- ч

1 и

4

л 1 /

'Л'.с.'?. Распределшше твердости по глубине диска

-А' •

¿З'ъЛ

•<« • X«- -V-.

Бю. В.. Макроструктура упрочненного металла

к

'''ЩщШ

Рис, У. . (Лисроструктура переходного слоя

микроструктур, отвечающая незаконной стали.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ огшсаио проведение испытаний натурных колес.

Для проведения экспериментальных ксследований били вали; 3 изъятых из эксплуатации талеса Биксунского меташЕургйчесдаго завода. По разработанной во ВНИМЗТе иетодгасе испытаний колес на усталостную прочность при циклическом иагругтекш были проведены испытания колес с нанесенными на диск "ребрами жстксстп" на стандартном оборудовании - гидравлическом пульсаторе 1ЩМ-20Э ГО' Нагружение - блок-програжное. КозМодиенг ассяшвтрик - 0,1.

Количество циклов нагружешш колеса за срок смухбы определено по йсрмуле, рекомендованной БНШШТом:

N - 355 Г УСР 24 103 Я-1^; Ш

Проведенные усгалосгиые испытания дали саедуюаие результаты. Колесо N 1 выдервало 60400 циклов до образования трещины, которая появилась на месте дефекта тео; (¿обработки. Колесо N £ ('Одержало 3,067 млн. циклов нагрухэния, а N 3 - 1,629 млн.

Усталостные испытания «проведенные ранее ВНИШТом, показан», что блочное нагрукение стандартных колес с черновей поверхность» лиска и толщиной обода 45 ш приводит ю: к разрушению в пределах г.дного повторения блока нагрухения (1,2-1,3 млн. циклов).

Колеса, имеющие толщину обода, минимально допустимую ь эксплуатации (л2-Й4 мм), подвергнутые локальному термоупрочненню дисков, задерхпвзги без образования трдаи более. 1,6 - 3 млн. ¡шклов нагрукения, гя исключением колнез (1 1, где усталостная трещина появилась на месте явного дефекта термообработки. Следе •-кп-'имо, моли«) слезть Вывод о том. что создание локальных тер-

шупрочнешгда зон на диске колеса способствует повьщении его усталостной прочности.

В КЯГГСЯ ГЛЛВ5 дана оценка экономической эффективности предложенной методики повышения усталостной прочности цельнокатаных колес и предложены пути внедрения данного способа на производстве.

Ежегодно на изготовление колес используется около 1 млн.тонн высококачественной стали. В условиях рыночных методов управления вопросы экономии и рационального использования всех видов материатьннх ресурсов приобретают особую остроту.Повышение усталостной прочности колес в процессе ремонта позволит использовать исключаемые из эксплуатации колеса и сократит расходы ремонтных предприятий на приобретение новых колес. Это же обеспечит снижение расхода колесной стали, в настоящее время колесная пара стоит в среднем 17,3 млн. руб. Ежегодная потребность Октябрьской ж.д. з новых колесных парах составляет примерно 9000 шт. Приобретение 9000 колесных пар в год соответствует такс?!у же !со-личесгву колесных пар, исключаемых из эксплуатации. Продлив пробег колесных пар на 50-70 тыс.км, можно ежегодно приобретать примерно на 540 колесных пар меньше.С учетом расходов на локальное термоупрочнение дисков ежегодный экономический эффект может составить 2000-9000 млн.руб.

По результатам работы разработаны рекомендации по использованию локального термоупрочнения дисков талес с тонким ободом при ремонте, согласованные с ДсрВК Октябрьской ж.д.

3 ЗЖПС'ШШП! сформулированы основные выводы по работе: 1. Предложен способ повышения усталостной прочности и ресурса

колес с минимально допустимой толщиной обода при ремонте,суть которого заключается в создании на поверхности диска локальных упрочненных зон, "ребер жесткости". Способ может быть использован и для повышения усталостной прочности новых колес.

2. Предложен расчетно-экспериментальный метод, позволяющий на основе экспериментальных (остаточные напряжения) и теоретических (эксплуатационные, монтажные, термичесгае) оценок уровня напряжений в колесе определить с достаточной точностью напряженное состояние цельнокатаных колес в эксплуатации.

3. На основе применения объемных конечных элементов и метода суперэлементов разработана расчетам модель колеса, позволяющая производить уточненный расчет параметров напряженно-деформированного состояния колеса с учетом его геометрических особенностей;

4. Произведена сценка общего напряженного состояния цельнокатаных колес. При сравнении результатов расчетов двух вариантов (нового колеса и с максимальным износом) было установлено, что наиболее значимо изменяется характер распределения напряжений в диске. Величины напряжений в диске кзноиеяиого колеса по сравнению с новым возрасли на 17-20Х. При этом наиболее напряженными являются поверхностные слои диска в местах сопряжения диска и обода; диска и ступицы. Максимальные значения статических напряжений достигают 07 Ща. С учетом нормативного коэффициента динамики, величины этих напряжений составляют 290 Ша.

:>. Предложены и исследованы режимы локальной термической обработки лиска колеса при ремонте, которые показали что твердость упрочненных участков увеличивается до 320-370 Ша. Микроструктура \тчч.-чн<*нясго металла, состоит б основном из скрыгокристалличес-г' ■! .) тр ¡остита, переходного слоя - из троосшта и наделения фе-

ррвтя. В сере,г,иге диска сохраняется исходная микроструктура не-зяенекиой сталк. Резкая граница между зонами отсутствует. 6. Проведенные усталостные испытания колес с тонким ободом и упрочненным по предложенной технологии диском показали, что такие колеса, видержгазали без образования трещин 1,6-3 игн. циклов нагрухрния, тогда как блочное нагружелие стандартных колес с чер.'ГОБОй поверхность« диска и толпяной обо да 15 ш привод'.;? ях к р.ггрушению в пределах 1,2-1,3 млн.циклоп ?. Эконсу.чческиЛ от рнрдрепкя разработанного способа пз-

ЕУшенид усталостной прочности колес при ремонте может соста-;с::ть прйбдкзотелыго 5000 мди.руб только для Октябрьской ж.д.

Оонозкыз подажэшш диссертации опубликованы в следуших работах:

1. Иваяоз И.А., Еаболотнсв Л.Г., Сколотнева Н.0. Некоторые напряжения согеркепсавования служебных свойств цельнокатаных колес. ' // Конструкционно-технологическое обеспечение надежности подагтого состагм.' Сб. научных трудов. СПб.: ПГУ11С, 1994 г.

2. Сксшэткеза Н.Ю. Формирование температурного поля при газоплазменном нагреве колесной стали. // Конструкционно-технологические обеспечение надежности подвижного состава. Сб. научных трудов. СПб.: ПГУПС, 1994 г.

3. Сколотпета !1. В. Об усталости металла колес подлихкого состава. //Конструкционно-технолопгческое обеспечение надежности подвзслого состава. 03. научных трудов. СПб.: ПГУПС, 1994 г.

•1. Оиыотнева Н.К. Применение МКЗ для расчета напряженного состояния цельнокатаных колес./ Тезисы докладов 54-й научно-технической конференции с участием молодых ученых и специалистов. СПБ.: ПГУПС, 1694, 23 с.

5. Сколотнева 11.Ю. Анализ и классификация факторов, вызывающи усталостные разрушения шлее. // Сборник трудов аспирантов к молодых ученых. СПб.: ПГУПС, 1994 г.

6. Битюцкий A.A., Сколотнева Н.Ю. Уточненная оценка прочности цельнокатаных колес подвижного состава // Тезисы научно-практической конференции с международным участием "Проблемы железнодорожного .транспорта решают ученые". СПб.: ПГУПС, 1994,с. 11.

7. Сколотнева Н.Ю. Повышение работоспособности цельногата-ных колес конструкционными методами. / Тезисы докладов 55-й научно-технической конференции с участием молодых ученых и специалистов. СПБ.: ПГУПС, 1G95 Г.,с.35.

8. Сколотнева Н.Ю. Оценка напряженного состояния цельнокатаны;'? колес. / Тезисы докладов 55-й научно-технической конференции с участием молодых ученых и специалистов. СПБ.: ПГУПС, 19S5 г.,с.36.

9 . Сколотнева Н.Ю., Куков Д.А. Повышение надежности колеса. / Тезисы докладов 55-й научно-технической - конференции с участием колодах ученых и специалистов. СПБ.¡ПГУПС,1995 г.,с.36.

10. Иванов И.'А., Битюцкий A.A., Сколотнева Н.Ю. Оценка напряженного состояния цельнокатаных колес методом суперзлементов. // Zestzyty naukowe politechniki slasklej, ser.TRANSPORT. г.28. -Qllwice. 1096.-С.249-260.

11. Sitarz M., Skolotnewa N. The trends of development of railvsaj wheelsets// Zestzyty naukowe politechniki slaskiej, ser. TRANSPORT, Z.27.-Gliwic<3. 1995.-c.249-260.

12. Сколотнева Н.Ю. Режимы термообработки дисков для повы-иения усталостной прочности цельнокатаных колес. / Тезисы докладов 5б-й научно-технической конференции с участием молодых ученых и специалистов. СПБ.: ПГУПС. 1995