автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Ресурсосберегающая технология ремонта грузовых вагонов

На правах рукописи

икжемар Козубвнжо Ивам Дмитриевич

УДК 629.488

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТА ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва'1998 г.

-..... А*"" / 6? л,

V <? * »/ . ' ь->' / >7 7 ¿Г - Z ' - ^ / V / -я*»

■ / . .

Работа выполнена на Восточно-Сибирской железной дороге

Официальные оппоненты: Анисимов Петр Степанович - докт.

техн. наук, проф., зав. кафедрой "Вагоны" МГУПС

Цюренко Владимир Николаевич -канд. техн. наук, зав. отделением вагонного хозяйства ВНИИЖТ Ведущая организация: 1 Департамент вагонного хозяйства

МПС РФ

Защита состоится ъЛЗ ШФ/^Д 1998 г. на заседании дис- ' сертационнго совета Д114.01.02 при Всероссийском научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта МПС РФ по адресу: 129851, Мое* Мытищинская ул., 10,

С докладом можно озн< ' "ИИЖТ

МПС РФ.

Доклад разослан

Отзывы на доклад в двух печа-

тью, просим направлять в адр». :овета

института. .

Ученый секретарь диссертационнго совета,

доктор технических наук ' "

Г

а V26-99

П /

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Перестройка всего уклада жизни страны, существенные изменения в политической и экономической областях очень осложнили положение железнодорожного транспорта. В условиях спада перевозок и усилившейся конкуренции с автомобильным транспортом резко возросла роль применения ресурсосберегающих технологий в системе обслуживания и ремонта подвижного состава.

На Восточно-Сибирской железной дороге сосредоточены основные мощности по ремонту вагонного парка дальневосточного региона страны, поэтому внедрение новых технологий, повышающих не только экономичность, но и качество ремонта, способствует улучшению работы всех дорог Восточной Сибири. Это обусловлено также спецификой перевозок по Транссибирской магистрали - большая часть поездов, сформированных на Восточно-Сибирской дороге, проходит транзитом по всему региону до пунктов разгрузки на востоке страны. Некоторые разработки Восточно-Сибирской ж.д. нашли широкое применение на всей сети дорог России и в некоторых странах СНГ.

На дороге работает Г1 вагонных депо, РМЗ Алмазай и строится Нижнеудинский вагоноремонтный завод. Вагонные депо проводят деповской, капитальный ремонты грузовых вагонов, а также техническое обслуживание и подготовку подвижного состава под погрузку. Это делает особенно актуальной задачу использования новейших технологических решений. .....

В вагонном хозяйстве дороги разработаны и внедрены в производство такие высокоэффективные технологии, как на-^ плавка гребней вагонных колесных пар, наплавка резьбы оси

I

' У-1, электропшаковая заварка дефектов в перемычке хво~

стовика корпусов автосцепки СА-Зм, восстановление изношенных поверхностей таких массовых вагонных деталей как надрессорная балка, пятник, клин тягового хомута, соеди-нительйая балка 8-осных цистерн. В стадии внедрения находятся технология порошковой лазерной наплавки шеек осей и двухдуговая наплавка поверхности катания вагонных колес.

Комплекс технологий, направленных на восстановление и упрочение изношенных деталей, был разработан на дороге с привлечением ведущих организаций и специалистов России и стран СНГ, таких как ВНИИЖТ, ПКБ ЦВ, Институт электросварки им. Е.О.Патона (ИЭС), Авиационный центр научно-технического творчества молодежи "Лазер", Инженерный центр "Сплав" (Ростов), Иркутск - НИИХИММАШ и других.

Кроме разработки и широкого использования восстановительных ресурсосберегающих технологий в вагонном хозяйстве Восточно-Сибирской ж. д. ведутся работы по нормализации работы ходовой части вагона. Так, на дороге совместно с ВНИИЖТ разработана и внедрена технология сборки тележек вагонов, приведшая к существенному уменьшению интенсивности износа гребней колес и, следовательно, рельсов на всех дорогах обращения этих вагонов.

Все перечисленные выше мероприятия помогли решить одну из острейших за последние десятилетия проблем износа, которую в свое время назвали СПИДом на рельсах.

Целью работы явились разработка й внедрение комплекса новых технологий, повышающих эффективность работы железнодорожного транспорта и сокращающих эк ллуатационные расходы.; л' ; - ' ;

Общая методика выполнения работы состоит в сочетание разработки и внедрения на дороге новых методов и технологических процессов ремонта с теоретическими и эксплуата-

ционными проверками экономической эффективности предложенных мероприятий. Такой подход позволил обосновать технико-экономическую эффективность разработанных технологий для внедрения на сети дорог.

Научная новизна результатов работы'.

1. Определено не только качественно, но и количественно влияние перекоса осей колесных пар на интенсивность их износа и показана эффективность применения селективного подбора букс для уменьшения износных процессов.

2. Разработаны и широко применяются при ремонте деталей вагонов наплавочные материалы, обеспечивающие получение наплавленного металла, содержащего в структуре мелкодисперсные карбиды хрома, молибдена и ванадия. Резкое повышение износостойкости наплавленных деталей, например гребней вагонных колес и подпятников соединительных балок, обеспечивается в данном случае не за счет повышения твердости, а за счет изменения механизма износа трущихся поверхностей.

3. Установлен необходимый комплекс технологических операций и определены их оптимальные параметры при восстановлении гребней вагонных колес, подпятников, соединительной и надрессорной балок, перемычки хвостовика и замка автосцепки, а также лазерной порошковой наплавки шеек осей колесных пар. Для ремонта центрального подпятника и концевых пятников соединительной балки разработаны материалы и приемы наплавки, обеспечивающие повышенную расте-каемость сварочной ванны, что позволило устранить их последующую механическую обработку. Лазерная наплавка обеспечила высокую адгезию наплавленного металла к подложке требуемой твердости и ударной вязкости.

4. Установлено наличие оптимального диапазона температур предварительного подогрева ободьев колес перед на-

плавкой гребней, обеспечивающего отсутствие горячих трещин в наплавленном металле и холодных трещин в околошовной зоне. Определены скорости остывания колес после наплавки ',■ при которых формируется благоприятное напряженное состояние. Доказана необходимость применения для этого специальных термостатов. .

5..Выполненные при реализации ресурсосберегающих технологий конструкторские разработки, такие как установка для одновременной наплавки гребней обоих колес колесной пары, устройство для обработки торцевых поверхностей с механической следящей:системой,:отличаются новизной и защищены авторскими свидетельствами.

Практическая ценность работы-. С 1989 года до настоящего времени на ВСЖД внедрены в производство высокоэффективные, зачастую уникальные технологии восстановления основных вагонных деталей. Среди них основное внимание обращают на себя следующие:.'

наплавка изношенных гребней вагонных колесных пар позволила успешно решить проблему подреза гребня, особенно под восьмиосными цистернами, которые имеют возможность работать без смены колесных пар до очередного деповского ремонта, до 18 месяцев. Износостойкость их повысилась в 3-4 раза. Только на уменьшении заходов в текущий ремонт получен экономический эффект более 250 тыс. деноминированных рублей;

- технология восстановления центрального подпятника и концевых ,,пятников соединительной балки восьмиосных цистерн без последующей механической обработки за счет повышенной растекаемости сварочной ванны позволяет экономить на каждой балке до 1 тысячи деноминированных рублей;

- лазерная наплавка шеек осей обеспечивает необходимую посадку сопряженных деталей и позволяет получить экономический эффект 6,8 *иш. рублей;

- восстановление клиньев тягового хомута горячей штамповкой дает эффект 82 млн.-рублей;

- электрошлаковая заварка трещин - 1236 млн. рублей.

Внедрение новой технологии сборки колесных пар с подбором букс позволило за счет устранения перекосов колесных пар в тележке снизить интенсивность износа на 2030%.

Разработка и внедрение ресурсосберегающих и восстановительных технологий по Восточно-Сибирской железной дороге дали общий экономический эффект более 240 млрд. рублей за 1997 год.

Реализация работы.

На 01.04.98 г. на сети дорог создано 109 наплавочных участков, на которых работает 117 установок. В 1996 г. наплавлено 97675 колесных пар, в 1997 г. - 135050 колесных пар. За 1996 и 1997 годы по данным ЦВ МПС получен суммарный экономический эффект в 1,2 триллиона рублей.

В настоящее время рекомендована для - внедрения на всех дорогах СНГ методике, селективного подбора букс колесных пар грузовых вагонов для уменьшения интенсивности их из-носов.

Результаты работы использованы при реконструкции вагонных депо ВСЖД в части внедрения ресурсосберегающих и восстановительных технологий. Они приняты к включению в новые технологические инструкции по сварке и наплавке деталей и узлов вагонного оборудования.

По результатам внедрения ресурсосберегающих новых технологий сокращено расходов по службе вагонного хозяйства ВСЖД за 1997 г, (млрд.р.):

- наплавка гребней колесных пар 61,5

- обточка колесных пар 22,8

- восстановление резьбовой части оси 23,2

- ремонт соединительных балок 76,2

- ремонт пятников 11,0

- ремонт надрессорной балки 36,1

- наплавка деталей индукционно-металлургическим способом 1,5

- восстановление хвостовиков автосцепки 1,2

- восстановление клина тягового хомута 0,08

- ремонт боковин тележек 8,8

Апробация работы. Основные положения и результаты работы, обобщенные научным докладом доложены, обсуждены и одобрены на научно-техническом совещании Управления ВСЖД.

I

Отдельные положения докладывались на совещаниях Департамента вагонного хозяйства МПС РФ.

Публикации. Доклад обобщает результаты исследований, которые изложены в 11 авторских свидетельствах, 3 научных статьях и одной газетной публикации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Уменьшение расходов в процессе ремонта и эксплуатации подвижного состава связано со всеми сферами деятельности службы вагонного хозяйства.

Основными направлениями в области технической политики являются повышение качества ремонта на базе внедрения новых технологических процессов, разрабоака и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий по восстановлению основных вагонных деталей с целью получения

дополнительной прибыли и сокращения эксплуатационных расходов.

Техническое перевооружение вагоноремонтных производств в первую очередь затрагивает материалоемкие технологические процессы. В частности, с конца 80-х годов, в связи с интенсивным увеличением износа колес подвижного состава, Министерство Путей Сообщения подготовило ряд Указаний " О мерах по ликвидации интенсивного износа гребней колесных пар и бокового износа рельсов в которых конкретным дорогам и, в том числе ВСЖД, предписывалось организовать наплавку гребней колесных пар и эксплуатационную проверку новых профилей поверхности катания (документы Ф-561У, Ф-803У).

Применение на Восточно-Сибирской дороге криволинейного профиля Днепропетровского металлургического института заметно снизило износ гребней вагонных колес, особенно на стадии приработки, но устранить трудности в эксплуатации не смогло. Имели место случаи износа гребней колес до толщины 22-23 мм за 3 месяца. Количество отцепок цистерн по тонкому гребню по станциям Зуй и Суховская составляло в 1986 г. 2285, в 1987 г. - 4110, в 1988 г. - 5016.

В 1995-1996 г. на дороге был опробован " ремонтный профиль предложенный ВНИИЖТ с первоначальной толщиной гребня 30 мм, увеличенными углом наклона гребня и радиусом выкружки. Испытания проводились в поезде угольного маршрута на направлении ст. Коршуниха - ст. Новокузнецк (плечо 1576 км). Замеренный в эксперименте средний темп износа колес с первоначальной толщиной гребня 33 мм (обточка строго по профилю ГОСТ 9036-88) составил на 1 тыс. км пробега - 0,296 мм, а колес с " ремонтным профилем " (первоначальная толщина 30 мм) - 0,185 мм, то есть в 1,6 раза меньше. На рис.1 приведена зависимость износа греб-

мм

Рис. 1 Зависимость износа гребней колес колесных пар ..полувагонов от пробега на направлении ст. Коршунка -ст. Новокузнецк .

ней от пробега в опытном маршруте до достижения толщины гребня 25 мм.

Полученные результаты показали, что первоначальная толщина и форма гребня в значительной степени влияют на дальнейший его износ в эксплуатации. После обточки колес до толщины гребня 30 мм по " ремонтному профилю " ВНИИЖТ срок службы колесной пары увеличивается в 2 раза по сравнению с обточкой строго по профилю ГОСТ 9036-88 ( с толщиной гребня 33 мм ). Обусловлено это тем, что толщина снимаемого металла при обточке колеса для восстановления профиля с толщиной гребня 30 мм, а не 33 мм, уменьшается почти в 2 раза. Следовательно, при равенстве пробегов колесных пар с начальной толщиной гребня колес 33 мм и 30 мм, предельное количество обточек у колесных пар второй группы увеличится в 2 раза.

Причины износа гребней колес и борьба с ними при ремонте. Интенсивность износа гребней колес зависит от множества эксплуатационных условий, среди которых одними из решающих являются свойства материала колеса и перекос колесной пары в рельсовой холее, который может обуславливаться несколькими факторами. Основными из них являются:

-перекос колесной пары в тележке вследствие несовпадения базовых расстояний боковых рам тележки и допусков при формировании колесных пар;

-перекос, вызванный забегом боковин; -разность диаметров колес одной колесной пары. Причинами возникновения перекосов колесных пар являются износы элементов конструкции и отсутствие четкой регламентации ряда допусков в нормативной документации.

Эксперименты, проведенные ВНИИЖТом, показали, что перекос колесных пар в раме тележки увеличивает сопротивление движению на 10% - 20%. Стендовые испытания, прове-

денные Ассоциацией Американских железных дорог, показали, что каждый миллирадиан непараллельности осей дает дополнительное сопротивление движению поезда порядка 0,55

1

кг/т.

Для определения влияния перекоса осей колесных пар на показатели взаимодействия во ВНИИЖТе была разработана математическая модель и проведен численный эксперимент.

На рис.2 приведено изменение фактора износа в зависимости от величины и характера перекоса колесных пар в раме тележки, как в прямых, так и в кривых участках пути. Взаимный перекос осей в раме тележки в 4 миллирад. увеличивает величину фактора износа в прямых в 2,5 раза, а в кривых в зависимости от радиуса и направления кривизны фактор износа может увеличиваться до 8 раз. Взаимный перекос осей вследствие разности расстояний между стенками буксовых проемов правой и левой боковых рам тележки и различной толщины стенок букс оказывает на износные процессы большее влияние, чем перекос колесных пар, при котором их оси остаются параллельными, как это имеет место при забеге боковин. Аналогичные результаты были получены экспериментально Ассоциацией Американских железных дорог, на основании чего был сделан вывод о недопустимости непараллельности осей колесных пар свыше 3 миллирад.

Состояние опорной системы кузова на тележку обуславливает возможный завал кузова на скользун и увеличение момента трения, что также вызывает повышенный боковой износ гребней.

Допустимая величина износа в пятниковом узле - 3 мм. При интенсивности износа порядка 0,3 мм за год, состояние этого узла в межремонтный период не должно вызывать нареканий. Однако в эксплуатации встречаются тележки с глубиной износа подпятника до 12 мм. Это объясняется отсутст-

ф

ащ

от

от

ш

ют

Ш8

ом

от

от

ош

Шк

&603

стог ом/

1 /

/

/ 0 ✓

/ + / / в у ?

/ + / / / у

/ / / У. У

/ & -'У

У ф У

перекос осей

ШмЬг -—— ^ -»о—.е—=™а Д" а

Ир. 8=650 К р. в'350

I*- 4

4=-4

Рис. 2 Влияние величины и характера перекоса осей нг интенсивность износа при скорости 80 км/ч

вием во многих депо условий для качественного ремонта такого ответственного узла.

На Восточно-Сибирской дороге с привлечением ВНИИЖТа разраббтана технология восстановления подпятников наплавкой без последующей механической обработки с применением новых технологических приемов и сварочных материалов с повышенной растекаемостью сварочной ванны. Пятники после наплавки подвергаются обточке.

Разработана технология восстановления геометрических размеров надрессорной балки, скользунов, пятников.

Технологический процесс восстановления предусматривает:

-Восстановление надрессорной балки.

Предварительная расточка шкворневого отверстия производится на радиа,рьно-сверлильном станке 2Н55 с последующей установкой втулки и �