Материал: Ремонт надрессотной балки тележки 18-100 с разработкой технологического процесса восстановления подпятника

Ремонт надрессотной балки тележки 18-100 с разработкой технологического процесса восстановления подпятника

Введение

Технология вагоностроения и ремонта вагонов является наукой, которая изучает сущность, взаимосвязь, развитие многочисленных разнообразных технологических процессов, которые используются при изготовлении и ремонте вагонов.

При ремонте вагонов, отдельных деталей, сборочных единиц широко используются: теория пластических деформаций, резания металлов, сварочного производства и другие теоретические и технические дисциплины.

Основой вагоностроительного и вагоноремонтного производства составляют специализированные предприятия, оснащённые высокопроизводительными станками, автоматическими и механизированными поточными линиями для изготовления и ремонта деталей и узлов вагона.

В вагоноремонтном производстве главная задача состоит в значительном повышении качестве ремонта вагонов, повышении их надёжности и долговечности, увеличении послеремонтного ресурса вагонов всех типов и их отдельных частей.

Для повышения качества ремонта, надёжности и долговечности вагонов большое значение имеет уровень техники, организации и технологии вагоноремонтного производства. Поэтому широко внедряются последние достижения науки и техники, новые технологические процессы для восстановления узлов и деталей вагонов и повышение уровня требований к соблюдению технологической и трудовой дисциплины.

Главное направление развития современного вагоноремонтного производства состоит в его дальнейшей индустриализации, основой которой служит система машин, обеспечивающая комплексную механизацию и автоматизацию технологических процессов ремонта вагонов и производства запасных частей.

Основной путь повышения уровня автоматизации и механизации применение методов и технических средств программного управления. На предприятиях начали использовать металлорежущие станки и сварочное оборудование с числовым программным управлением, создаются промышленные роботы для ремонтно-сварочных и ремонтно-сборочных процессов.

В данном курсовом проекте приведено назначение подпятника, характеристика материала изготовления, проанализирован характер его износа и статистика его отказа.

1. Характеристика конструкции

.1 Назначение узла

Узел пятник-подпятник предназначен для обеспечения поворота тележки вагона относительно кузова при прохождении кривых. Необходимо, чтобы при повороте тележки, вокруг её центра имелись зазоры между деталями тележки и кузова, достаточные для компенсации других возможных относительных смещений (за счёт забегания боковин тележек с нежёсткой рамой, смещений кузова в центральном подвешивании и в зазорах пятника).

Рисунок 1 - подпятник надрессорной балки

Характеристика материала подпятника.

Сталь - деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и другими элементами. Это важнейший материал, который применяется в большинстве отраслей промышленности. Существует большое число марок сталей, различающихся по структуре, химическому составу, механическим и физическим свойствам. По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит марганец (0,1-1,0%), кремний (до 0,4%). Сталь содержит также вредные примеси (фосфор, серу, газы - несвязанный азот и кислород). Фосфор при низких температурах придает ей хрупкость (хладноломкость), а при нагревании уменьшает пластичность. Сера приводит к образованию мелких трещин при высоких температурах (красноломкость).

Чтобы придать стали какие-либо специальные свойства (коррозионной устойчивости, электрические, механические, магнитные, и т.д.), в нее вводят легирующие элементы.

Свойства стали можно изменять путем применения различных видов обработки: термической (закалка, отжиг), химико-термической (цементизация, азотирование), термо-механической (прокатка, ковка). При обработке для получения необходимой структуры используют свойство полиморфизма, присущее стали так же, как и их основе - железу. Сочетая закалку с последующим нагревом (отпуском), можно добиться оптимального сочетания твердости и пластичности.

Сталь, из которой изготавливают подпятник, должна быть достаточно износоустойчивой, обладать достаточной твёрдостью и пластичностью.

Подпятник изготавливают из стали марки Ст3 ГОСТ 380-71.

Таблица 1 - Основные характеристики Ст3 (Нормированный химический состав):

Таблица 2 - Коэффициент линейного расширения Ст3 11.9 1/град.

Силовые факторы, действующие на деталь и вызывающие повреждения.

В эксплуатации на подпятник действуют: сила тяжести кузова брутто, горизонтальные поперечные силы, продольные силы и вертикальные динамические силы.

Неравномерный износ подпятника в эксплуатации связан с частотой прохождения вагонов кривых малого радиуса действия и приводит к неравномерному увеличению нагрузок в тележке (разгрузка одного буксового узла, чрезмерное увеличение нагрузки на противоположный буксовый узел).

2. Анализ повреждений и неисправности детали

.1 Виды повреждений

К повреждаемостям надрессорных балок можно отнести:

трещины опорной колонки;

кольцевые трещины;

трещины наружного борта;

износ опорных поверхностей подпятников;

износ упорных поверхностей наружных и внутренних бортов;

износ отверстия для шкворня;

продольные трещины верхнего пояса;

износ наклонных поверхностей.

В настоящее время эксплуатация вагонного парка происходит в условиях повышенного использования грузоподъемности вагона и высоких скоростей движения. В результате даже при движении по прямолинейным участкам с V=11 м/с сила инерции достигает значений, достаточных для отрыва пятников от плоской поверхности подпятника.

Рисунок 2 - Износы и повреждения надрессорных балок.

В результате возможно краевое опирание пятника и перераспределение нагрузок по подпятнику и, как следствие, повышенная повреждаемость в зоне подпятников. На рис. представлены наиболее характерные усталостные повреждения подпятника.

Трещина 1 опорной колонки является следствием дефектов литейного происхождения. Эти трещины в соответствии с инструкцией разрешается заваривать при условии, что трещина расположена в нижней части колонки (h < 250 мм), доступна для разделки и длина ее составляет не более половины длины периметра сечения колонки в данном месте. Выявляют эти трещины через технологические окна верхнего и нижнего поясов с подсветкой. Кольцевые трещины 2 являются следствием краевого опирания пятника на подпятник особенно при дополнительном воздействии центробежных и ветровых нагрузок на кузов вагона. Как правило, эти трещины зарождаются в зонах подпятников, расположенных по поперечной оси вагона. Заваривать кольцевые трещины разрешается при условии, что длина ее не превышает 250 мм и не переходит через наружный борт на плоскость верхнего пояса.

На образование кольцевой трещины вблизи прилива для шкворня влияет также действие крутящего момента, образующегося при продольном смещении пятника по подпятнику, особенно при наличии значительных износов борта подпятника и упорных поверхностей пятника. В этом случае возможно образование трещин вокруг всего прилива для шкворня с последующим выламыванием этого прилива и падением его внутрь объема надрессорной балки.

Трещины наружного борта 3 образуются чаще в сечениях борта по продольной оси вагона при значительных износах внутренних поверхностей от взаимодействия с пятником. При деповском ремонте разрешается эти трещины заваривать при условии, что длина двух трещин не превышает 120 мм. При капитальном ремонте заварка трещин не допускается.

При обследованиях надрессорных балок установлено, что глубина износов опорных поверхностей подпятников 4, упорных поверхностей наружных 5 и внутренних 6 буртов резко возросли. Это происходит из-за увеличения интенсивности перемещений пятника по подпятнику

Перемещение пятника по подпятнику при дополнительном воздействии кромочного опирания пятника на подпятник и поворот пятника относительно подпятника при прохождении кривых приводят к износам опорной поверхности подпятника с максимальной глубиной износа возле наружного борта по поперечной оси вагона. Интенсивность этого износа составляет примерно 0,3...0,4 мм в год.

Наплавка изношенной опорной поверхности 4 разрешается электродами с повышенной износоустойчивостью металла, при условии, что глубина износа лежит в пределах от 3 до 7 мм.

Так как в последние годы эти износы имеют тенденцию к повышению интенсивности, ВНИИЖТом предлагались методы повышения износостойкости и технологичности устранения этих износов с помощью сменных вставок, устанавливаемых в подпятник, или по методу ГПИН.

Износы наружного 5 и внутреннего борта 6 имеют ярко выраженную ориентацию по продольной оси вагона и серповидную форму.

Разрешается устранять износы бортов, если оставшаяся толщина стенки наружного борта не менее 15 мм, а внутреннего не менее 7 мм.

Отколы борта также имеют ориентацию по продольной оси вагона и образуются под действием продольных сил при условии существенного износа борта.

Продольные трещины 5 верхнего пояса, идущие от технологического окна, разрешается устранять при суммарной длине их не более 250 мм и не переходящих на наружный борт подпятника.

Надрессорная балка опирается наклонными поверхностями, расположенными под углом 45°, на фрикционные клинья. В процессе движения вагона надрессорные балки и клинья взаимно перемещаются вдоль и поперек вагона, что приводит к износу их наклонных поверхностей. Поэтому при всех видах ремонта производится измерение износов наклонных поверхностей с помощью шаблона.

Наклонные поверхности 9 восстанавливаются при износе более 3 мм на сторону при деповском ремонте и не допускаются при капитальном ремонте. Восстановление наклонных поверхностей производится наплавкой.

Установка стальных накладок допускается после механической обработки наклонной поверхности. Оставшаяся толщина металла наклонной поверхности перед наплавкой должна быть не менее 7 мм.

После наплавки или установки износостойких накладок должна обеспечиваться симметричность надрессорной балки.

Существенное влияние на динамику вагона и на напряженное состояние деталей имеют зазоры в горизонтальных скользунах. При уменьшении суммарных зазоров между скользунами с 20 до 6 мм коэффициент динамики уменьшается примерно в 2...3 раза. Но одновременно увеличиваются горизонтальные поперечные силы при движении по кривым участкам, т.е. происходит рост направляющих усилий на 0,5... 1 т, что ухудшает вписывание в кривые и может привести к сходу вагонов с рельсов.

В соответствии с действующими инструкциями, зазоры в скользунах при выпуске из деповского ремонта должны быть в пределах 6... 16 мм, а в эксплуатации 2...20 мм. Увеличение зазора происходит за счет износа плоскости трения съемного колпака скользуна 10.

Эти износы восстанавливают при величине более 3 мм обычной наплавкой с последующей механической обработкой до чертежных размеров или постановкой накладки с обваркой по всему периметру.

Регулирование зазора между скользунами тележки и рамы производится путем постановки под колпак сменных прокладок 11 различной толщины.

При обследованиях надрессорных балок установлено, что глубина износов опорных поверхностей подпятников, упорных поверхностей наружных и внутренних буртов резко возросла. Это происходит из-за увеличения интенсивности перемещений пятника по подпятнику. Перемещение пятника по подпятнику при дополнительном воздействии кромочного опирания пятника на подпятник и поворот пятника относительно подпятника припрохождении кривых приводят к износам опорной поверхности подпятника с максимальной глубиной износа возле наружного борта по поперечной оси вагона. Интенсивность этого износа составляет примерно 0.3-0.4 мм в год.

Износы наружнего и внутреннего борта имеют ярко выраженную ориентацию по продольной оси вагона и серповидную форму.

.2 Допускаемые значения величин повреждений.

Таблица 3 - Перечень операций и рекомендуемых средств измерений.