Наведено результати структурних досліджень можливих причин тріщиноутворення в поверхневих прошарках металу бандажів колісної сталі після плазмової поверхневої обробки, технологічних впливів та експлуатаційних навантажень. Визначено рівень локальних внутрішніх напружень, що формуються переважно у зоні контакту градієнтних структур на глибині ~ 100 мкм від зовнішньої поверхні. Рекомендовано режим плазмової поверхневої обробки коліс, що забезпечує підвищення зносостійкості та експлуатаційної надійності.

На основании анализа методики контроля геометрических параметров профилей колес в эксплуатации предложен метод повышения ресурса бандажей локомотивов за счет изменения нормативных геометрических параметров метрологического контроля профиля гребня.

Індекс рубрикатора НБУВ: О23-082.1/9

Рубрики:

Локомотиви. Локомотивобудування

Шифр НБУВ: Ж15098 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розглянуто питання вибору конструкторсько-технологічних параметрів пристроїв для зменшення зносу бандажів коліс локомотивів. Досліджено динаміку локомотивів з даними пристроями, запропоновано критерій для оцінки зносу та його аналітичний вираз з урахуванням зміни площі контакту гребеня з рейкою і "шляху тертя" точок на бандажі відносно рейки. Критерій прогнозує знос бандажів на стадії проектування та у процесі експлуатації локомотивів. Установлено та ранжовано чинники, що впливають на знос бандажів. Доведено, що пристрої для радіальної установки колісних пар у кривих ефективно знижують знос гребнів, а ресорне підвішування на базі пневматичних ресор знижує прокат бандажів коліс локомотива.

Розроблено методи збільшення пробігів колісних пар між обточуваннями бандажів за рахунок раціонального вибору допускових параметрів зносу коліс. Встановлено, що однією з істотних причин зниження ресурсу бандажів локомотивів є необгрунтований вибір допускових параметрів зносу гребенів, що створює передумови для передчасних обточувань бандажів і, як наслідок, штучно зменшує міжремонтні пробіги колісних пар. Удосконалено систему моніторингу зносу коліс локомотивів на основі індивідуалізації збору й обробки даних про знос гребенів по колісних парах у загальній базі даних України.

Увагу приділено оптимізації відновлюваних профілів поверхонь кочення бандажів локомотивів на основі обгрунтування допускових параметрів зносу та параметрів відновлюваних профілів бандажів. Досліджено залежність між ремонтними пробігами колісних пар і допусковими параметрами зносу поверхонь кочення коліс локомотивів. Проаналізовано етапи експлуатаційного життєвого циклу бандажів. Визначено вплив параметрів зносу поверхонь кочення коліс на динамічні характеристики та показники руху локомотивів. Доведено, що скорочення експлуатаційного життєвого циклу колісних пар має місце не через підвищення інтенсивності підрізу гребенів коліс локомотивів, причину якого безрезультатно шукають вже 20 років, а через збільшення технологічного зносу під час обточування бандажів. Показано, що допускові параметри профілів бандажів, а саме мінімально-допустимі значення товщини та параметра крутості гребеня, суттєво впливають на пробіг колісних пар між обточками бандажів, сумарну кількість обточок за експлуатаційний життєвий цикл, експлуатаційний і технологічний знос бандажів.

Запропоновано комплексний діагностичний параметр (або систему параметрів), який надає змогу визначати несправності тягового електродвигуна (ТЕД) як електромагнітного, так і механічного характеру. Останні роки у світовій практиці найбільш швидко розвиваються технології переходу на обслуговування та ремонт обладнання відповідно до його фактичного технічного стану. Основу таких технологій складає контроль обладнання і прогнозування його технічного стану з використанням методів неруйнівного контролю та безрозбірного діагностування. З умов експлуатації необхідний рівень надійності електричних машин, у тому числі й ТЕД, підтримувати дуже складно. Аналізуючи несправності рухомого складу, що виникають у процесі експлуатації, можна переконатися, що ТЕД є найменш надійними вузлами. Запропоновано діагностування ТЕД за нерівномірністю обертання якоря. Розроблено пристрій для вимірювання нерівномірності обертання якоря. Проведено експериментальне дослідження з метою визначення нерівномірності обертання вала якоря та зв'язку нерівномірності обертання якоря з пошкодженнями вузлів ТЕД. Одержано експериментальні залежності форми сигналу нерівномірності обертання якоря для двигунів з різним технічним станом. Вперше запропоновано метод діагностування ТЕД за нерівномірністю обертання вала якоря. Запропонований метод після подальшого удосконалення може бути використаний під час проведення стендових випробувань двигунів у разі їх роботи без навантаження, а також для оцінки якості проведеного ремонту. Пристрій для виявлення дефектів вузлів ТЕД як електромагнітного, так і механічного характеру без розбирання двигуна, може використовуватись під час проведення контролю складання двигуна після ремонту та у разі випробувань ТЕД без навантаження.

Вперше в Україні розроблено теоретичні підходи аналізу стійкості руху та виникнення автоколивань колісної пари залежно від "геометрії" профілю поверхні катання. Запропоновано оцінку амплітуд автоколивань залежно від конструктивних параметрів колісної пари та характеристик буксового підвішування. Одержано графоаналітичні залежності максимальних поперечних горизонтальних сил, які відображають стан зношуваності профілю колісного бандажа. Розроблено та запропоновано рекомендації щодо визначення граничних норм зношування профілю колеса, які дозволять зменшити величини динамічних напружень в елементах колії.

Викладено методологічні основи діагностування стану буксового вузла локомотива, що полягають у їх відбракуванні, відновленні та розрахунку залишкового ресурсу. Розглянуто методику відбракування кілець, яка грунтується на комплексному застосуванні магнетного та акустичного методів неруйнівного контролю. Описано методологію та обладнання для відновлення кілець у випадку їх зносу із застосуванням гальванопокривів. Розкрито підходи щодо оптимізування товщини гальванопокриву з урахуванням шкідливого впливу водню. Запропоновано методику розрахунку ресурсу кільця з наявною поверхневою макротріщиною, що дозволяє знайти для такого дефекту відповідний пробіг локомотива для вичерпання ресурсу.

Виявлено основні закономірності впливу експлуатаційних чинників (температури, асиметрії циклу навантажування) та структурно-механічної неоднорідності на циклічну тріщиностійкість сталі ОСЛ і уточнення методики оцінювання залишкового ресурсу осі з урахуванням структурно-механічної неоднорідності матеріалу. Встановлено взаємозв’язок між мікромеханізмами й енергетичними, деформаційними та силовими характеристиками руйнування за циклічного, статичного й ударного навантаження сталі ОСЛ. Виявлено основні закономірності впливу градієнта фізико-механічних властивостей на циклічну тріщиностійкість сталі ОСЛ за асиметрії циклу навантажування R= 0 і R = -1. Встановлено та систематизовано мікромеханізми поширення втомної тріщини в сталі ОСЛ. Вдосконалено методику оцінювання залишкової довговічності осі колісної пари з тріщиноподібним дефектом із урахуванням структурної неоднорідності матеріалу. Виконано моделювання росту півеліптичної втомної тріщини початковою глибиною 5 мм в припущенні градієнта параметрів циклічної тріщиностійкості.

Запропоновано розрахункову методику оцінювання періоду зародження втомної мікротріщини біля вершини поверхневого раковиноподібного дефекту на доріжці кочення буксового підшипника локомотива. В основі цієї методики закладено модель, що базується на енергетичному підході механіки руйнування матеріалів. Для визначення необхідних механічних констант матеріалу підшипника виконано експериментальні дослідження, а саме: статичні та втомні випробування зразків сталі ШХ15 кільця буксового підшипника. Показано, що за розташування у найнаванта-женішому місці доріжки кочення раковиноподібного поверхневого дефекту біля його гладкої вершини може зародитися втомна мікротріщина за порівняно короткий період роботи підшипника у експлуатаційному режимі.

Розроблено нові методики оцінювання залишкового ресурсу високо-навантажуваних та тривало-експлуатованих елементів відповідальних вузлів механічної частини локомотивів. Розглянуто поширений вид руйнування металевих елементів таких конструкцій, а саме їх втомне розтріскування. В основі сформульованих методик закладено розрахункові моделі зародження та розвитку втомних тріщин, а також експериментальні методи визначення статичних та втомних механічних характеристик тривало експлуатованих металевих матеріалів досліджуваних деталей локомотива. Запропоновано розрахункові моделі визначення періоду зародження та кінетики поширення втомної тріщини, що грунтуються на енергетичних підходах механіки руйнування матеріалів. Модель зародження втомної тріщини застосовано для визначення залишкового ресурсу кільця буксового підшипника із раковиноподібним дефектом на доріжці кочення. Розроблено розрахункову методику визначення періоду докритичного росту втомної тріщини в шворневій балці рами візка електровоза, яка дозволяє оцінювати її залишковий ресурс залежно від початкової величини втомної тріщини та умов експлуатації електровоза. Побудовано номограму залишкового ресурсу тривало експлуатованої рами візка із тріщиною, а також встановлено найбільш імовірні траєкторії поширення втомних тріщин біля технологічних кругових отворів шкворневої балки. Розглянуто задачу про розрахунок залишкового ресурсу пружного елемента ресори електровоза з тріщиною. Показано, що залишковий ресурс листа ресори значною мірою залежить від розміру дефекту, зміни параметрів навантаження та стану матеріалу, які зумовлені терміном та умовами експлуатування. Запропоновано розв'язання задачі оцінювання залишкового пробігу осі колісної пари електровоза із наявною на поверхні її середньої частини півеліптичною тріщиною. Встановлено, що порівняно малі за розмірами тріщиноподібні дефекти на поверхні осі колісної пари можуть за невеликий пробіг досягнути критичних розмірів, а кінетика росту втомної поверхневої тріщини залежить не тільки від площі початкового тріщиноподібного дефекту, але й суттєво від його початкової конфігурації.

Актульною задачою є прогнозування довговічності колісних центрів залізничних локомотивів, які працюють в умовах гігациклового навантаження. Розрахунок їх довговічності з заданою імовірністю безвідмовної роботи можливий шляхом статистичної обробки експериментальних даних щодо накопичення фретінг-втомного пошкодження з'єднань "колісний центр-вісь", "колісний центр-бандаж", втоми конструкційної сталі шпиць. Запропоновано визначати границю втоми конструкційних сталей центрів у вихідному стані та після їх руйнування прискореним методом, заснованим на енергетичній подібності втомного руйнування. Поступові процеси накопичення пошкоджуваності сталей запропоновано досліджувати неруйнівними методами аналізу динаміки зміни їх мікропластичних деформацій та намагнічуваності. З метою підвищення точності прогнозування надійності роботи центрів шляхом збільшення кількості відповідних вимірювань запропоновано аналізувати їх руйнування за критерієм функції розподілу довговічності.