Эффективность методов увеличения ресурса вагонных колес

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «ТЕХНОЛОГИИ»

Efficiency of Various Methods of Carriage Wheels Service Time Increasing
Continuing the topic raised in the previous issue, the author offers a comparative analysis of the various technologies used in carriage wheels restoration and estimates their economic effect. Among the factors contributing to wheels wearing and decrease of service life are the static and dynamic forces of wheel-rail interaction, heat impact of braking or sliding, etc. All these factors lead to the distortion of metal structure and are responsible for removal from operation of a third of all carriage wheels. The conditions of safety presuppose high precision of wheel profiles, which means that the wheels should undergo considerable stress in the process of restoration. To minimize this influence there exist several methods of increasing wheel hardness. Firstly, hardness and wear resistance of wheels is enhanced by chemical methods — increasing the content of carbon and other additives in the steel. However, this is not enough to prolong the service life of wheels, as the hard steels create problems during turning works. To compensate for the increased hardness, the author suggests using annealing before turning — it makes the microstructure of metal more homogeneous to the depth of about 2.4 mm. Another way of increasing the service life is coating the wheels with low-carbon steel which does not form cracks and voids. The combination of these two methods creates unprecedented economic effect which could save Ukrainian car- building industry millions of hryvnas and increase the service life of carriage wheels twice.

Один из наиболее актуальных вопросов, решаемых специалистами, связанными с железнодорожным транспортом, — увеличение ресурса вагонных колес. Мы вновь обращаемся к этой теме (см. «Оборудование и инструмент для профессионалов. Металлообработка» № 1, 2006 г.) и предлагаем рассмотреть проблему под другим углом — с точки зрения эффективности различных способов восстановления профиля колес: обточки после наплавки изношенных гребней и обточки после отжига и наплавки поверхности катания с дальнейшей термообработкой. Важно также сравнить эти методы с вариантом эксплуатации колес повышенной твердости.

В.В. Матвеев, ЗАО «Вилтранс», инженер, г. Киев

Факторы, влияющие на износ, образование дефектов и снижение ресурса вагонных колес

Статические и динамические силы взаимодействия между подвижным составом и железнодорожным путем передаются через зону контакта колеса с рельсом, площадь этого контакта для каждого данного колеса составляет около одного квадратного сантиметра. Контактные напряжения и напряжения сдвига, которые имеют характер циклической нагрузки и по величине могут в сумме превышать предел текучести металла, обуславливают износ контактирующих тел и упрочнение металла, а также местный наклеп поверхности (рис. 1, 2).

Кроме того, в материале колес при торможении и проскальзывании относительно рельс появляются зоны теплового воздействия, что приводит к изменению структуры стали, образованию в этих местах мартенсита, становящегося основным источником зарождения трещин. Дело в том, что в этих зонах температура зачастую превышает 800 °С, что вызывает также аустенитные превращения в стали с образованием относительно мягкой высокотемпературной фазы, которая не способна выдерживать высокие эксплуатационные нагрузки. Когда проскальзывание прекращается, образовавшийся аустенит быстро охлаждается и, если скорость охлаждения достаточно высока, преобразуется в мартенсит — структуру твердую и хрупкую. При дальнейшей эксплуатации колес твердые участки со структурой хрупкого мартенсита (так называемые ползуны) под влиянием циклических нагрузок выкрашиваются, образуя раковины и выщербины.

Во время скольжения колеса по рельсу с кратковременным поворотом появляются так называемые «навары» (наволакивание металла на поверхность катания). Структура наволакиваемых участков металла также представляет собой мартенсит. При последующей эксплуатации колес в месте наваров в условиях резких и частых торможений могут образовываться выщербины. Трещины возникают на поверхности металла и распространяются параллельно поверхности катания, заканчиваясь на наружной поверхности гребня, либо появляются внутри металла на глубине 15…20 мм от поверхности в районе концентрации напряжений (неметаллических включений, скоплений водорода). Развитие внутренних трещин может привести к отколам металла длиной до 200…250 мм и потере направляющих функций колеса.

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.