МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени АБУ РАЙХАНА БЕРУНИ
__________________________________________________________________
На правах рукописи
УДК 629.44/45.027.4:621.791.015
ЗАИРОВА ДИЛФУЗА НАЗИРОВНА
РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛА
ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЛЕС ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ С УЧЕТОМ ИХ
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ
05.02.01– Материаловедение в машиностроении
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
.
Ташкент–2010
2
Работа выполнена на кафедре «Основы конструирования машин»
Ташкентского института инженеров железнодорожного транспорта
Научный руководитель доктор технических наук, профессор
Меликов Владимир Вадимович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Иргашев Амиркул
доктор технических наук
Якубов Махмуджан Махамаджанович
Ведущая организация
Узбекский комбинат тугоплавких и
жаропрочных материалов
Защита диссертации состоится «___» __________ 2010 г. в ___ часов на
заседании разового специализированного совета 05.02.01 при Ташкентском
государственном техническом университете имени Абу Райхана Беруни по
адресу: 100174, г. Ташкент, Вузгородок, улица Университетская, 2, зал
заседаний.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ташкентского
государственного технического университета имени Абу Райхана Беруни.
Автореферат разослан «____»_______________ 2010 г.
Ваш отзыв на реферат в двух экземплярах просим направлять по
вышеуказанному
адресу
на
имя
учёного
секретаря
разового
специализированного совета.
Тел.: (3712) (2460875) факс 118-90-52
Е-mail karimovsh@ mail.ru.
Ученый секретарь
специализированного совета,
кандидат технических наук,
доцент Каримов Ш.А.
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность работы.
В целях обеспечения опережающего развития
современной производственной и социальной инфраструктуры, создания на
этой основе благоприятных условий для устойчивого и динамичного
развития экономики принята и взята под контроль специальная программа
«О дополнительных мерах по дальнейшему развитию производственной и
социальной инфраструктуры на 2009 год».
Президент Республики Узбекистан И.А.Каримов в своем книге
«Мировой финансово-экономический кризис, пути и меры по его
преодолению в условиях Узбекистана» особое значение уделяет развитию
инфраструктуры, в первую очередь железных дорог. Реализация программы
развития железных дорог, уже сегодня обеспечивает круглогодичную
надежную транспортную связь между всеми регионами республики, создает
условия для бесперебойной, не пересекая территории сопредельных стран,
транспортировке грузов и перевозке пассажиров, значительно увеличивает
транзит грузов по нашей территории.
За последние годы в связи с усложнением условий эксплуатации резко
увеличился износ поверхностей катания цельнокатаных колес грузовых
вагонов. Республика Узбекистан приобретает такие колеса за рубежом за
валюту, поэтому восстановление изношенных колес позволяет существенно
снизить
валютные
затраты.
Традиционно
применяемые
способы
восстановления дефектных колес трудоёмки и не обеспечивают
долговечность и качество ремонта. В исследовательской лаборатории
ТашИИТа в течение последних лет разрабатывается и исследуется
технология и материалы для решения этой проблемы.
Технология восстановления колес грузовых вагонов, например
наплавкой, до сих пор недостаточно изучена. Неизвестны параметры
процесса и их влияние на физико-механические, эксплуатационные и
технологические
свойства металла, как самого колеса, так и
восстановленного слоя.
Наиболее
сложным
является
исследование
напряженно-
деформационного состояния (НДС) металла колеса и его изменения в
процессе восстановления.
В связи с этим разработка и обоснование технологии и материала
восстановления поверхности катания цельнокатаных колес грузовых вагонов
с учетом их напряженно-деформационного состояния, обеспечивающей
безопасную работу и высокую долговечность, является
актуальной
проблемой
.
Степень
изученности
проблемы.
Различные
технологии
механизированной наплавки изношенных железнодорожных колес были
начаты ещё в начале 50-х годов прошлого века. В ИЭС им. Е.О.Патона АН
УССР был разработан способ двухдуговой наплавки бандажей колес
локомотивов. В начале 60-х годов прошлого века во ВНИИЖТ проводились
эксперименты по многоэлектродной наплавке изношенных поверхностей
4
катания железнодорожных колес, однако они не получили практического
применения. Общим недостатком этих исследований являлась слабая
разработка научных основ выбора материалов с необходимыми свойствами и
оптимизация технологии получения и на реальных колесах. Эти технологии
не обеспечивали надежности восстановленных колес в эксплуатации.
Поэтому исследования и поиск надежных способов восстановления
железнодорожных колес – проблема сегодняшнего дня.
Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР.
Исследования выполняли в соответствии с тематическими планами НИР и по
темам СНИС ТашИИТа: «Изготовление, наладка и пуск установки для
наплавки гребней колес вагонов и авторский надзор за её работой» (х/д. №85
от 5.01.07 г.), «Автоматическая многоэлектродная наплавка цельнокатаных
колес грузовых вагонов и обкатка 8-ми колес под вагоном» (х/д. №77 от
1.05.08 г.), выполняемым для ГАЖК «Ўзбекистон темир йўллари» и ОАО
«Йўлрефтранс», результаты исследований переданы для использования в УП
«UZTEMIRYO'LMASHTA'MIR» и в ОАО «Йўлрефтранс».
Цель исследования.
Целью работы являлось исследование структуры,
свойств и технологии нанесения высокопрочного сплава для получения
покрытия на поверхности изношенных колес грузовых вагонов с учетом
напряженно-деформационного состояния материала колес и нагрузок при
эксплуатации, обеспечивая безопасную работу и долговечность колес.
Задачи исследования.
Задачами исследований являются:
–
обоснование
аналитических
исследований
температурных
деформаций в материале колеса;
– разработка основ возникновения и распределения напряжений и
деформаций в цельнокатаном колесе грузового вагона при восстановлении;
– математическое моделирование деформаций и напряжений,
возникающих в материале колеса при восстановлении;
– экспериментальное исследование напряженно-деформационного
состояния металла колеса при восстановлении;
– проведение анализа результатов экспериментальных и аналитических
исследований деформаций и напряжений в материале колеса при
восстановлении;
– влияние воздействий режима восстановления на структуру и свойства
материала колеса. Оптимизация технологии с целью получения необходимой
структуры и свойств металла колеса;
– разработка установки для восстановления колес.
Объект и предмет исследования.
Объектом исследования является
изношенный круг катания и гребень цельнокатаного колеса грузового вагона
в процессе и после восстановления их высокопрочным сплавом.
Предметом исследований являлись возникающие при восстановлении
напряжения в материале колеса, приводящие к его деформации во время и
после восстановления.
5
Методы
исследований.
Методика
исследования
структуры
наплавленного металла предусматривала:
– определение мест вырезки темплетов и приготовления из них шлифов;
– исследование макро– и микроструктуры наплавленного слоя;
– измерение макротвердости наплавленного металла и зоны
термического влияния (ЗТВ).
Для исследования макроструктуры восстановленного металла изучали
контуры провара, возможные дефекты в виде трещин, шлаковых включений,
участков непровара. Темплеты для макроисследований вырезали в местах
перехода обода в диск колеса по трем поперечным сечениям под углом 120˚.
Для выявления макроструктуры наплавленного металла использовали
раствор персульфата аммония. Твердость по сечению макрошлифа
определяли прибором Роквелла по шкале HRB.
Изучение структуры восстановленного металла, а также границы
сплавления и ЗТВ производили на темплетах размерами 30х20 мм.
Микроструктура выявлялась травлением в 4%–ном растворе азотной кислоты
в спирте.
Изучение структурных составляющих темплетов проводили под
микроскопом МИМ–7, а их микротвердость измеряли на микротвердомере
ПМТ–3 при нагрузке на индентор 25, 50, 100 г с шагом 0,05 мм.
Микроструктуру и микротвердость исследовали по всей высоте
восстановленного слоя и ширине ЗТВ. Деформацию измеряли: в процессе
восстановления реального колеса, в горячем состоянии и после остывания.
Для этого была разработана методика проведения соответствующего
эксперимента, предусматривающая: схему размещения датчика угловых
перемещений (ДУП) относительно колеса и восстанавливающей установки,
порядок выполнения тарировки ДУП и снятия показаний на записывающую
аппаратуру; порядок расшифровки данных об изменении деформаций в
ободе колеса и определения напряжений по их относительным значениям.
Гипотеза исследования
заключается в том, что разработанная
технология восстановления поверхности катания и гребня цельнокатаного
колеса грузового вагона должна иметь максимально возможную
производительность восстановления и обеспечивать повышенную, по
сравнению с новыми колесами, долговечность.
Основные положения, выносимые на защиту
:
– научно обоснованный анализ состояния вопроса;
– предложенная математическая модель расчета температурных
деформаций, возникающих в колесе при восстановлении;
– результаты экспериментального исследования, математического
моделирования и численного анализа напряженно–деформационного
состояния материала колеса при восстановлении;
– результаты металлографических исследований восстановленного
металла и металла обода колеса;
6
– разработанная и обоснованная технология восстановления
поверхности катания цельнокатаных колес грузовых вагонов высокопрочным
сплавом;
– разработанная установка для восстановления поверхности катания и
гребня колеса;
– разработанная и утвержденная Государственной инспекции
«Узжелдорнадзор»
«Инструкция
по
наладке
и
эксплуатации
многоэлектродной установки по наплавке под флюсом гребней колесных пар
грузовых вагонов. Модель МНУ–4».
Научная новизна:
– предложен системный подход к обоснованию технологических
прочностных свойств параметров материала вагонного колеса и
оптимизированы технология его обработки, структуры и свойств в диапазоне
температур 200-500˚С;
– на основе известных зависимостей предложена методика
аналитического и экспериментального исследований распределения
напряжений в материале колеса при его восстановлении и после него;
– установлено, что остаточные напряжения распределены в ободе
колеса неравномерно при среднем их значении 120 МПа. Такой уровень
остаточных напряжений составляет 16% предела текучести металла колеса и
покрытия, что исключает возможность образования трещин в слое покрытия;
– впервые выполнен расчет температурных напряжений, по
разработанной
математической
модели,
хорошо
согласуется
с
экспериментальными данными, что позволяет использовать модель при
изучении тепловых напряжений на стадии разработки технологии
восстановления цилиндрических изделий;
– по математической модели разработано программное обеспечение для
анализа распределения температурных напряжений в ободе колеса;
– в результате выполненных исследований установлено влияние
технологических параметров процесса восстановления на конечную
структуру восстановленного и основного металлов, а также зоны
термического влияния, определяющие их прочностные свойства.
Научная и практическая значимость результатов исследования.
Разработанные в диссертационной работе положения теории
проектирования технологического процесса восстановления цилиндрических
деталей позволяют повысить эффективность проведения НИР и ОКР при
создании новых технологических решений и повысить качественные
результаты разработок.
Полученные автором решения задач теории расчета и моделирования
технологии
восстановления
цилиндрических
изделий
позволяют
существенно сократить объем экспериментальных исследований, а также
применить их в учебном процессе при изучении курса по ремонту грузовых
вагонов.
7
Разработанная технология восстановления поверхности катания
цельнокатаных колес грузовых вагонов сплавами освоена в УП
«UZTEMIRYO'LMASHTA'MIR» ГАЖК «Ўзбекистон темир йўллари».
Реализация результатов.
Результаты исследований по диссертации
реализованы:
а) путем передачи ОАО «Йўлрефтранс» ГАЖК «Ўзбекистон темир
йўллари», для использования установки многоэлектродной наплавки гребней
цельнокатаных колес;
б) путем передачи Инспекции «Узжелдорнадзор» ГАЖК «Ўзбекистон
темир йўллари» для использования «Инструкции по наладке и эксплуатации
многоэлектродной установки по наплавке под флюсом гребней колесных пар
грузовых вагонов. Модель МНУ–4»;
в) путем передачи в УП «UZTEMIRYO'LMASHTA'MIR» ГАЖК
«Ўзбекистон темир йўллари» 8 наплавленных колес для проведения их
ходовых испытаний.
Апробация работы.
Основные результаты исследований изложены в
публикациях, а также апробированы (доложены и обсуждены) на 8
конференциях и других семинарах в течение 2006-2007 годов, в т.ч. на:
Международной НТК «Современные проблемы и перспективы механики»,
Ташкент, 2006; Международной НПК «Ўрта–махсус таълим тизимида янги
педагогик технологиялар: муаммолар ва ечимлар», Бухара, 2006;
Республиканская
НТК
«Ресурсосберегающие
технологии
на
железнодорожном транспорте», к 75-летию ТашИИТа, Ташкент, 2006;
Республика илмий–амалий «Ёш олималарнинг фан–техника тараққиётида
тутган ўрни» анжумани, Тошкент, 2006; VII Межвузовская НТК по
проблемам
наземных
транспортных
систем
«Ресурсосберегающие
технологии
на
железнодорожном
транспорте»,
Ташкент,
2007;
Республиканская
НТК
«Ресурсосберегающие
технологии
на
железнодорожном транспорте», Ташкент, 2007;
VIII НПК
«
Безопасность
движения поездов», Москва, 2007, Научный семинар при разовом
специализированном совете 05.02.01 (Ташкент, 2010).
Опубликованность результатов.
По теме диссертации опубликовано в
научных изданиях Узбекистана и России 16 работ соискателя, отражающих
основные научные результаты диссертационной работы, из них 7
журнальные статьи, 9 статей в сборниках трудов Международных НТК и
Республиканских НПК (Узбекистан, Россия).
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения,
пяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающего
174 наименования и приложений. Работа изложена на 169 страницах
машинного текста, содержит 53 рисунка и 13 таблиц.
Автор
выражает
глубокую
признательность
научному
руководителю доктору технических наук, профессору Меликову В.В. за
ценные советы и замечания в процессе выполнения данной диссертационной
работы.
8
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении
обоснована актуальность проблемы, в сжатой форме
показаны все фундаментальные положения, обоснованию которых
посвящена диссертация: цель и содержание поставленных задач, объект и
предмет исследования, избранные методы исследования, теоретическая
значимость и прикладная ценность полученных результатов, а также
положения, выносимые на защиту.
В первой главе
дается обзор и анализ известных исследований по
рассматриваемому вопросу, патентный анализ и материалы, более подробно
повествующие о том, что необходимо выполнить для решения поставленных
задач и как это сделать наиболее рационально. Описываются основные этапы
и переломные моменты в развитии научной мысли по решаемой задаче.
Критически освещаются работы предшественников и указываются те
вопросы, которые остались нерешенными. Поставлены и сформулированы
задачи диссертационного исследования.
Анализируются различные возможные подходы к восстановлению
поверхности катания изношенных цельнокатаных колес грузовых вагонов.
Отмечается, что практически (допускаемое по официально утвержденной
нормативно–технической документации) разрешается восстанавливать
только поверхность гребня обода, для чего применяются различные варианты
одно– и двухэлектродной наплавки.
Восстановление поверхности катания обода до сих пор не имело
официально утвержденной нормативно–технической документации, что
объясняется
отсутствием
отработанного
способа
восстановления,
обеспечивающего необходимое качество восстановления. Для этого
испытывались различные варианты наплавки, плазменного и лазерного
восстановления, но они, с одной стороны, требуют сложного и
дорогостоящего оборудования, с другой стороны, не исключают
возникновения высокого уровня остаточных напряжений и закалочных
структур, что вызывает в эксплуатации высокую опасность появления
трещин и разрушения колес.
Таким образом, было определено, что для практического применения
при восстановлении поверхностей катания цельнокатаных колес необходимо
предложить обосновать такой способ, который будет обеспечивать
напряженно–деформационное состояние восстановленных колес в пределах,
не вызывающих возникновения недопустимых дефектов в эксплуатации от
процесса восстановления (трещин, разрушений).
Исходя из анализа возможных способов восстановления, была
предложена гипотеза исследования, которая заключается в том, что
надежным способом восстановления поверхностей катания цельнокатаных
колес может стать способ автоматической многоэлектродной наплавки,
который позволяет производить качественную наплавку при минимальном
уровне тепловложения (уровня погонной энергии наплавки). Для
опробования такого способа необходимо разработать методику определения
9
и регулирования напряжений и деформаций при восстановлении в
зависимости от изменения технологических параметров процесса
восстановления.
Исходя из вышеуказанного, и были определены цель исследований,
задачи исследования и направления исследований.
Во второй главе
описывается объект исследования и излагается
методика решения поставленных задач в постановке, выполненной
диссертантом.
Объектом исследований служил процесс восстановления изношенного
круга катания и гребня цельнокатаного колеса грузового вагона
автоматической многоэлектродной наплавкой, возникающие при этом
структурные превращения в материале наплавленного колеса и деформации
во время и после наплавки.
Материалом колеса является колесная сталь марки 2 по ГОСТ 10791–89.
Микроструктура такой стали состоит из двух фаз: феррита и перлита. Феррит
является мягкой фазой, а перлит – твердой основой стали.
Теоретические и экспериментальные работы по оценке уровня и
характера распределения температурных напряжений в колесе при сложном
многоэлектродном процессе – ранее никто не производил. В связи с этим
одной из основных задач работы являлась разработка теоретических и
экспериментальных методов определения величины температурных
напряжений в материале колеса при его многоэлектродной наплавке.
Деформацию измеряли в процессе наплавки колеса в горячем состоянии
и
после
остывания.
Для
этого
была
разработана
методика,
предусматривающая: схему размещения датчика угловых перемещений
(ДУП) относительно колеса и наплавочной установки; порядок выполнения
тарировки ДУП и снятия показаний на записывающую аппаратуру; порядок
расшифровки данных об изменении деформаций в ободе колеса и
определения напряжений по их относительным значениям.
Корпус ДУП типа МУ–616 устанавливался на выносной консоли, не
связанной с вращающейся планшайбой, на которой крепилось колесо. При
вращении планшайбы, следящий элемент ДУП контактировал с
поверхностью гребня и тем самым фиксировал линейные отклонения точек
его вершины от оси вращения колеса. В качестве записывающей аппаратуры
использовали магнитоэлектрический осциллограф К10–51.
Перед проведением экспериментов проводили необходимую тарировку
ДУП, при которой строились тарировочные графики.
Перед наплавкой колесо условно делили на 6 секторов, по 60˚, а для
удобства подсчетов сектор разбивали ещё на 2 части с шагом 0,5.
Экспериментальную наплавку вели под флюсом АН–60 четырьмя
электродными проволоками диаметром 3 мм, одновременно подаваемыми в
зону горения дуги. Наплавку поверхности катания осуществляли двумя
валиками шириной 40 мм.
Первым этапом эксперимента являлась прогонка колеса в холодном
состоянии; этот оборот был базовым. Относительно полученных базовых
10
параметров считали параметры остальных четырех рабочих оборотов, при
которых производилась наплавка. Остаточную деформацию фиксировали
после остывания наплавленного колеса на спокойном воздухе. Значения с
фотоленты снимали путем изменения ординат, зафиксированных
показаниями ДУП. Относительные отклонения подсчитывали путем
вычитания текущих значений ординат по рабочим оборотам из боковых
значений, соответствующих каждому из секторов. Для определения
абсолютных значений деформации колеса брали относительные значения и
определяли абсолютные по тарировочному графику. Погрешности измерения
и погрешности регистрации осциллографом не превышали ±1,5% во всем
исследуемом диапазоне.
Методика
исследования
структуры
наплавленного
металла
предусматривала:
– определение мест вырезки темплетов и приготовления из них шлифов;
– исследование макро– и микроструктуры наплавленных валиков;
– измерение макротвердости наплавленного металла и зоны
термического влияния (ЗТВ).
Целью исследования макроструктуры наплавленного металла являлось
выявление контуров провара, обнаружение дефектов в виде трещин,
шлаковых
включений,
участков
непровара.
Темплеты
для
макроисследований вырезали в местах перехода обода в диск колеса по трем
поперечным сечениям под углом 120˚. Механической обработкой и
шлифовкой мест реза подготовили 3 макрошлифа толщиной 20 мм.
Для выявления макроструктуры наплавленного металла использовали
раствор персульфата аммония. Твердость по сечению макрошлифа
определяли прибором Роквелла по шкале HRB.
Для изучения структуры наплавленного металла, а также границы
сплавления и ЗТВ из макрошлифов были вырезаны темплеты для
приготовления микрошлифов, размерами 30х20 мм. Для выявления
микроструктуры применяли травление в 4%–ном растворе азотной кислоты в
спирте.
Изучение структурных составляющих темплетов проводили под
микроскопом, МИМ–7, а их микротвердость измеряли на микротвердомере
ПМТ–3 при нагрузке на индентор 25, 50, 100 г с шагом 0,05 мм.
Микроструктуру и микротвердость исследовали по всей высоте
наплавленного слоя и ширине ЗТВ.
В
третьей
главе
описано
математическое
моделирование
температурных деформаций и напряжений в материале колеса при его
восстановлении автоматическим многоэлектродным способом. Приведено
обоснование аналитических исследований функций температурных
деформаций
в
материале
наплавляемого
колеса.
Рассмотрены
экспериментальные
и
аналитические
исследования
напряженно–
деформационного
состояния
цельнокатаных
колес
в
условиях
многоэлектродного процесса наплавки. Даны результаты анализа
аналитических и экспериментальных исследований деформаций и
11
напряжений в материале колеса. Наличие сложных функций температурных
полей в материале наплавляемого колеса потребовали обобщения известных
данных об изменении пределов прочности σ
в
и текучести σ
т
с ростом
температуры. Такое обобщение
провели для сталей, близких по химическому
составу к стали цельнокатаных колес. Для оценки уточненной взаимосвязи
параметров температурных полей и температурных напряжений на
основании обобщения известных материалов были получены данные о
коэффициентах:
– усредненной теплопроводности, К
к
;
– теплоемкости, С
к
;
– линейного расширения, α
к
.
Было определено, что при достижении температуры ≈ 470ºС в
поверхностном слое колеса возможно возникновение температурных трещин.
Таким образом, изучая вопрос о разрушении материала колеса под
воздействием упруго–пластических деформаций, возникает необходимость
углубленного изучения этих условий с учетом реальных параметров модели
наплавляемого процесса.
Рассматривалась деформация обода колеса, принимаемого в виде
кругового
кольца
с
произвольным
контуром,
подвергающегося
неравномерному нагреву. Считали, что температура зависит от изменения
радиуса кольца R, а его сечение представляет собой контур, изображенный
на рис.1.
Т
н
– температура у наружного контура обода по радиусу R
k
, соответствующая
температуре наплавки; Т
у
– температура в произвольной точке, находящееся на
расстоянии
у
от наружного контура обода колеса; Т – температура у внутреннего
контура обода по радиусу R
в
; А
z
и А
у
– площади сечений обода колеса, где происходят
изменения температуры от Т
н
до Т
у
и от Т
у
до Т
Рис.1. Расчетная схема изменения температуры в поперечном
сечении обода колеса в пределах толщины Z
12
Определяли деформацию перемещения поверхностного слоя АС
материала модели колеса, находящегося на расстоянии
У
от внутреннего
радиуса R
в
(рис.2).
Рис.2. Расчетная схема деформации Δ
о
поверхностного слоя АС,
находящегося на расстоянии У от внутреннего контура обода колеса R
в
Математические преобразования позволили выражения (1) и (2) для
определения максимальных растягивающих
P
M
и сжимающих
СЖ
М
напряжений на контуре кольца:
)
ln
2
2
(
ln
4
2
в
k
в
в
в
k
k
Р
М
R
R
z
R
R
Z
R
R
R
T
E
; (1)
)
ln
2
2
(
ln
4
1
2
2
в
k
в
в
в
k
в
k
СЖ
М
R
R
Z
R
R
Z
R
R
Z
R
R
T
E
. (2)
В этих выражениях: Е –модуль упругости,
кг/мм
2
;
α –коэффициент линейного расширения материала;
∆– деформация, мм;
Т– температура наплавки, ºС;
R
k
–внешний радиус кольца, мм;
R
в
–внутренний радиус кольца, мм;
Z–толщина обода колеса, мм.
Полученные формулы (1), (2) позволили рассчитать температурные
напряжения на внутреннем и внешнем контурах кольца, а также для любого
13
произвольного слоя, т.е. для любой точки обода колеса на любом диаметре
по выражениям (3), (4):
)
2
(
1
2
Z
R
Z
Z
R
R
T
E
k
k
в
P
M
(3)
1
2
Z
Z
P
M
СЖ
P
(4)
в этих выражениях: Z
1
–толщина обода до центра толщины обода от оси, мм;
Z
2
–толщина обода от центра толщины обода колеса до
поверхности катания колеса, мм.
Экспериментальные
исследования
напряженно–деформационного
состояния проводились при наплавке на поверхность катания четырех
валиков. Регистрация величин температурных деформаций велась по 12
точкам, равномерно распределенным по окружности обода колеса. По
разнице расстояний между базовыми точками в холодном состоянии и во
время наплавки определяли деформацию для каждого сектора. По этим
данным определяли относительную деформацию формоизменения колеса, а
уже по ней, зная модуль упругости, подсчитывали временные напряжения,
которые указаны в табл.1.
Таблица 1
Значение временных напряжений в материале колеса,
соответствующих каждому наплавленному валику
Секторы
Наплавленные валики
1
2
3
4
Временные напряжения, МПа
1,0
0,0
390,5
390,5
624,8
1,5
0,0
257,7
445,2
624,8
2,0
0,0
296,8
601,4
663,8
2,5
78,1
374,9
695,1
742,0
3,0
0,0
234,3
430,0
554,5
3,5
-31,2
265,5
546,7
624,8
4,0
-140,6
257,7
453,0
624,8
4,5
195,3
273,4
453,0
593,5
5,0
93,7
249,9
406,1
570,1
5,5
117,2
343,6
523,3
663,8
6,0
-15,6
257,7
507,6
546,7
6,5
117,2
351,5
507,6
546,7
Анализ экспериментально определенных значений деформаций показал,
что с каждым наплавляемым валиком величина пластических деформаций
растяжения
увеличивается.
Характер
распределения
максимальных
14
напряжений по сечениям обода показывает колебания этой величины в зонах,
соответствующих началу и концу наплавляемых валиков.
По остаточным деформациям определяли уровень остаточных
напряжений, которые оказались растягивающими и меньше предела
текучести металла колеса. Таким образом, было установлено, что
напряжения в ободе колеса распределяются с изменением знаков
деформации в начальный момент наплавки, с последующим сохранением
знака в зоне пластических деформаций растяжения после полного остывания
колеса значения остаточных напряжений составляют, примерно, в 9 раз
меньше, чем временное сопротивление колеса растяжению σ
в
. Остаточные
напряжения на поверхности катания распределены неравномерно при
отсутствии областей с напряжениями сжатия. Судя по низкому уровню
остаточных
напряжений, которые составляют, в среднем, 14–18% от предела
текучести металла обода, холодные трещины в наплавленных колесах
образовываться не должны.
Аналитические исследования температурных напряжений в материале
колеса производили по формулам (1)–(4). Для этого были разработаны
алгоритм и программа вычислений для ЭВМ, позволяющие оценить уровень
временных напряжений в конкретных сечениях обода колеса при известных
температурах его нагрева. Поскольку ранее было установлено, что
вероятность возникновения трещин возможна лишь начиная с температуры
≈ 470ºС, расчетную оценку максимальных температурных напряжений
растяжения в материале колеса производили для температур 400, 500, 600ºС.
Динамика распределения временных напряжений растяжения в
направлении толщины обода показала, что их уровень не превышает 890–
1357 МПа, соответствующим минимальной и максимальной температурам
нагрева
колеса.
Сочетание
температурных
напряжений
наиболее
неблагоприятно в поверхностных слоях металла обода. Их значения на
глубине 5 мм в указанном выше температурном диапазоне достигает предела
прочности металла колеса σ
в
при температуре 410ºС и остаются равными σ
в
до 480ºС. Выше этой температуры напряжения растяжения превышают
предел прочности и могут привести металл наплавки к разрушению.
Таким образом, проведенный расчетный анализ показал, что с
увеличением температуры нагрева колеса вероятность образования
деформационных трещин в поверхностных слоях обода увеличивается. Для
снижения опасности разрушения наплавленного металла от температурных
напряжений, следует уменьшить тепловую мощность режима наплавки.
Как сказано выше, при многоэлектродной наплавке поверхность катания
обода колеса прогревается до средней температуры 490ºС. Расчет
растягивающих напряжений для этой температуры показал, что напряжения
при этом не превышают предела текучести материала колеса и составляют
660 МПа для обода толщиной 30 мм.
В четвертой главе
приводятся результаты разработки технологии и
промышленной установки для многоэлектродной наплавки поверхности
катания и гребня цельнокатаных колес грузовых вагонов, в т.ч.:
15
– разработка технологии многоэлектродной наплавки гребней
цельнокатаных вагонных колес;
– разработка промышленной установки для восстановления гребней
цельнокатаных вагонных колес многоэлектродным способом;
– разработка технологии многоэлектродной наплавки цельнокатаных
вагонных колес по поверхности катания;
– разработка отдельных узлов многоэлектродной установки для
наплавки колес поверхности катания;
– определение эффективности разработанной технологии.
При разработке технологии наплавки гребней особое внимание было
уделено обеспечению допустимого напряженно–деформационного состояния
колеса. Для этого отрабатывались режимы наплавки предварительного
подогрева колеса и его охлаждение после наплавки. Технология
предусматривает возможность шестикратного повторного восстановления
гребней наплавкой. Перед наплавкой температура колеса не должна быть
ниже 180ºС. Наплавка гребня производится наложением горизонтального
валика на вращающуюся под углом 60º колесную пару. Наплавка
производится четырьмя электродами диаметром 2 или 3 мм, используются
сварочная проволока марки Св–10НМА, флюс марки АН–348А. Режимы
наплавки указаны в табл. 2, 3.
Таблица 2
Режимы наплавки четырьмя электродными проволоками диаметром 2,0 мм
при расположении оси колесной пары под углом 60° к горизонту
(полярность прямая)
Параметры режима
Значения параметров
при диаметре проволоки 2-3 мм
Сварочный ток, А
600-650
Напряжение, В
36-38
Скорость наплавки, м/ч
18
Скорость подачи проволоки, м/ч
240
Вылет электрода, мм
30-35
Таблица 3
Режимы наплавки четырьмя электродными проволоками диаметром 2-3 мм
при расположении оси колесной пары под углом 60° к горизонту
(полярность обратная)
Параметры режима
Значения параметров при диаметре
проволоки, мм
2,0
3,0
Сварочный ток, А
600-650
700-750
Напряжение, В
35-38
20-30
Скорость наплавки, м/ч
18
20-21
Скорость подачи проволоки, м/ч
230
60
Вылет электрода, мм
30-40
35-40
16
При толщине гребня 20–23 мм производится наплавка по высоте в 2
слоя. Все остальные толщины восстанавливаются в 1 слой. Ширина наплавки
за 1 проход, в зависимости от толщины обода, составляет 35–50 мм. Высота
наплавки 5–6 мм. Для избежания появления закалочных структур и холодных
трещин в околошовной зоне, колесная пара после наплавки охлаждается в
термостате со скоростью не более 50ºС.
Разработана и утверждена Инструкция по наладке и эксплуатации
многоэлектродной установки для наплавки под флюсом гребней
цельнокатаных вагонных колес.
На основе проведенных исследований разработана также технология
одновременной многоэлектродной наплавки цельнокатаных колес по
поверхностям катания и гребня. Основным условием этой технологии
является наложение первого слоя не на всю рабочую поверхность колеса, а
только на её часть, находящуюся в центре обода колеса напротив места
перехода его в диск. Это позволяет равномернее направить тепловой поток, а
с ним и тепловые напряжения в обод и диск колеса. Вторым проходом
наплавляется поверхность катания по краю возле фаски.
Анализ проведенных исследований позволил определить следующую
технологию, обеспечивающую хорошее формирование наплавленного слоя,
отсутствие трещин, зашлаковок между валиками в местах их перекрытия. На
холодное колесо фронтом из пяти электродов наносится полоса,
прилегающая к гребню колеса, шириной 60 мм и высотой 5 мм на токе 800–
1000 А при напряжении 28 В. Это разогревает обод колеса до 175ºС и выше,
после чего можно вести наплавку любой поверхности не опасаясь получить в
ЗТВ нежелательную структуру мартенсита. Однако, для лучшего прогрева
гребня колеса, вторым проходом следует наплавлять поверхность катания по
краю возле фаски (уже не пятью, а только четырьмя проволоками, шириной
35 мм, с перекрытием первого валика 5 мм), третьей наплавляется
изношенная часть гребня двумя электродами на токе 500–600 А при
напряжении 30–32 В. Наплавка идет в горизонтальном положении, при
наклоне колеса под 60º. Здесь очень важно расположить электроды так,
чтобы происходило правильное формирование галтели (с вогнутым
мениском) между гребнем и поверхностью катания. Гребень, изношенный на
3 мм наплавляется одним слоем, более 3 мм – двумя слоями. Последним
четвертым валиком наплавляется вершина гребня (если высота гребня менее
25 мм). Наплавка идет одним электродом, на токе 300 А при напряжении 26–
28 В, в последнюю очередь, когда все колесо уже хорошо прогрелось. Это –
ответственная операция и для качественного исполнения требует правильно
выбранной величины смещения электрода с зенита – 40 мм.
По такой технологии было наплавлено 10 колес: 2 были использованы
для металлографических исследований, а 8 были переданы в УП
«UZTEMIRYO'LMASHTA'MIR», прошли там механическую обработку и
были подкачены под вагоны для проведения эксплуатационных испытаний.
Ожидаемый экономический эффект от использования разработанной
технологии (на 1 наплавочную установку) составит 123, 89 млн. сум в год.
17
Выполненные
исследования
и
разработанная
технология
автоматической многоэлектродной наплавки в сочетании с определенной
периодичностью повторных наплавок позволит увеличить срок службы колес
в 2,5 раза. При этом, срок службы колес и осей сравняются, отпадает
необходимость переформировании колесной пары. Предложена схема 10–и
разового восстановления колес (сочетанием обточек и наплавок), и только
при 11–ом поступлении колеса в ремонт оно должно быть отправлено в
металалом (хотя это спорно и требует дополнительных исследований).
В пятой главе
описываются металлографические исследования
качества металла, наплавленного многоэлектродным способом на
поверхность катания и гребень колеса. Также приводятся рекомендации по
использованию технологии многоэлектродной наплавки цельнокатаных
колес.
Исследования качества и структуры металла, наплавленного на
поверхности гребня, производились после однослойной однопроходной
наплавки, которая не имеет дефектов, возникающих при многослойной
наплавке из–за перекрытия наплавленных валиков.
Изучение макрошлифа металла на поверхности гребня показало наличие
хорошо сформированного наплавленного валика. Раковин и шлаковых
включений не обнаружено. ЗТВ на поверхности гребня составляет 8 мм.
Проплавление основного металла равномерное; глубина проплавления – 2
мм. Малая глубина проплавления свидетельствует о малом удельном
тепловложении, что снижает внутренние напряжения и деформации после
наплавки. При этом, немаловажным фактором, предотвращающим
возможность
появления
трещин,
является
снижение
доли
высокоуглеродистого основного металла колеса в наплавленном. Проведение
неразрушающего контроля показало отсутствие пор и трещин. Таким
образом, разработанная технология многоэлектродной наплавки позволяет
получить бездефектный однослойный валик с минимальным содержанием
углерода.
Микроисследования выполняли на образцах вырезанных из колес,
наплавленных в соответствие в табл.2.
Микроструктура основного металла состоит из феррита и пластинчатого
перлита с содержанием углерода 0,6%. Макротвердость этой структуры
составляет, в среднем, 52,4 НRВ. Микроструктура наплавленного слоя
представляет собой возможно бейнит и такие прослойки феррита (рис.3.), что
свидетельствует о благоприятном влиянии режима предварительного
подогрева и наплавки на скорость охлаждения колеса, которая для
образования возможного бейнита должна находиться в интервале от 12 до
30˚С/с. Таким образом, наплавленный металл на поверхности гребня со
структурой возможно нижнего бейнита имеет высокие прочностные свойства
при сохранении высокой пластичности.
Изучение микроструктуры металла участков ЗТВ показало, что
применение замедленного охлаждения в термостате содействует не только
18
снижению уровня остаточных напряжений, но и способствует повышению
трещиностойкости.
На рис.4 показана микрофотография участков ЗТВ.
(светлые зерна – феррит, темные – возможно бейнит) x100
Рис. 3. Микроструктура наплавленного металла на гребне колеса
Рис.4. Граница перехода ЗТВ (1) (светлые зерна - феррит, темные -
перлит) в наплавленный металл (2) (светлые зерна – феррит,
темные – возможно бейнит) х250
19
Структура
металла
на
границе
сплавления
характеризуется
мелкозернистым строением, состоящим из феррита и возможно бейнита. На
участках перегрева и перекристаллизации структура представляет собой
равномерную ферритно–перлитную смесь с сильно измельченным зерном.
Поскольку по мере уменьшения размеров зерен возрастает не только ударная
вязкость, но и прочность металла, то можно считать, что зарождение
холодных трещин в ЗТВ – исключается. Наличие в ЗТВ ферритно–перлитной
смеси показывает, что структурных изменений в материале колеса не
происходит. Среднее значение твердости наплавленного металла (64,1 НRВ)
незначительно превышает твердость ЗТВ (52,4 - 60,9 НRВ).
Таким образом, при разработке технологии многоэлектродной наплавки
гребня колеса, выработка мер по предотвращению образования холодных
трещин, положительно повлияла на структурообразование и механические
свойства наплавленного металла и металла ЗТВ. Исследования качества и
структуры металла, наплавленного на поверхность катания, производились
на колесе, наплавляемом без предварительного подогрева, так как после
наплавки одного широкослойного валика, на поверхности катания, при
оптимально выбранном режиме обеспечивается необходимый подогрев
колеса до 175˚С; наплавленное колесо может остывать на спокойном воздухе
без установки его в термостат. Наплавили 10 колес по поверхности катания и
гребня. Из них 2 колеса использовали для металлографических
исследований. Производилась двухслойная наплавка. Макроструктурный
анализ совместно с методикой комплексного дефектоскопирования колес
показал, что наплавленный металл имеет ровную поверхность с
относительно одинаковой глубиной проплавления. Шлаковые включения и
кристаллизационные трещины
–
отсутствуют.
Изучение макроструктуры выполняли по общей высоте двухслойной
наплавки (рис.5). Наплавленный металл первого слоя имеет мелкозернистую
ферритно
–
перлитную смесь. По мере
приближения к границе сплавления
наблюдаются участки с укрупненными ферритными зернами, которые
образовались в результате двойного нагрева под действием ЗТВ второго
слоя. Зона сплавления представляет структуру мелкозернистого игольчатого
феррита с перлитом.
Микроструктура наплавленного металла второго слоя представляет
собой мелкодисперсный перлит (рис.6). Образование такой структуры
связано с уменьшением скорости охлаждения (поскольку колесо уже
достаточно прогрелось за счет наплавки первого слоя) и развитием
диффузионных процессов перераспределения углерода. Полученная
структура, с точки зрения металловедения, обладает оптимальными
свойствами пластичности, т.е. является мелкозернистой.
В ЗТВ, примыкающей к границе сплавления, наблюдается прослойка
избыточного
феррита,
что
обусловлено
высокой
диффузионной
подвижностью углерода в поверхностных слоях материала колеса.
20
Рис.5. Структура наплавленного металла первого слоя (1), границы
сплавления (2) и ЗТВ (3) при многослойной наплавке
(светлые зерна - феррит, темные - перлит): х100
(светлые зерна- феррит, темные - перлит), х100.
Рис.6. Структура наплавленного металла верхнего слоя
21
На рис.7 представлена структура границы перехода ЗТВ в основной
металл. Анализ показывает, что структурных изменений в материале колеса
не происходит, а значительное измельчение зерна в ЗТВ повышает ударную
вязкость и усталостную прочность основного металла.
(светлые феррит, темные - перлит), х100
Рис.7. Граница перехода ЗТВ (1) в основной металл (2)
Измерения твердости показывают: у нижнего наплавленного слоя
–
52,4НRВ; у верхнего
–
97,5 НRВ; на границе сплавления
–
72,4 НRВ; у ЗТВ
–
69,8 НRВ; у основного металла колеса
–
76,6 НRВ.
Таким образом, важной особенностью структурообразования при
многоэлектродной наплавке колес являются условия термического цикла
процесса наплавки, которые позволяют получить более мелкую структуру в
наплавленном металле, что даёт благоприятное сочетание свойств вязкости и
прочности, обеспечивающее высокое эксплуатационные возможности
восстановленных колес.
В заключении главы
даются рекомендации по использованию
технологии многоэлектродной наплавки цельнокатаных колес. Кратко они
заключаются в том, что неправильное ведение процесса наплавки, а также
отклонения от принятой технологии могут вызвать следующие дефекты:
–
наличие зашлаковки в зоне перекрытия наплавляемых валиков;
–
натеки по краям наплавленного валика;
– подрез при наплавке первого валика, прилегающего к гребню колеса;
1
2
22
– неправильное расположение электродов относительно зенита колеса,
что вызывает стекание шлака и наплавленного металла;
– ухудшение качества формирования наплавленного валика.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Выполнен обзор и анализ состояния вопроса по эксплуатации
цельнокатаных
колес
грузовых
вагонов,
действующих
нагрузок,
повреждений колес и способов их восстановления.
2. Предложена методика исследования на многоэлектродной установке
напряженно–деформационного состояния цельнокатаного колеса при
термическом воздействии процесса многоэлектродной наплавки.
3. Создана и усовершенствована лабораторная установка для наплавки
колес. Лабораторная установка действует в лаборатории сварки и наплавки
ТашИИТа.
4. Впервые поставлены и решены задачи по определению напряженно-
деформационного состояния цельнокатаных колес при их наплавке
многоэлектродным процессом.
5. Предложена математическая модель расчета температурных
напряжений, возникающих в металле цельнокатаного колеса грузового
вагона при его многоэлектродной наплавке.
6. Выполненные в диссертации металлографические исследования
показали, что разработанная технология многоэлектродной наплавки
цельнокатаных колес обеспечивает качественное формирование наносимого
металла на поверхность катания и на гребень при высокой сопротивляемости
наплавленного металла хрупкому разрушению.
7. Разработанная и утвержденная в Государственной инспекции
«Узжелдорнадзор»
Инструкция
по
наладке
и
эксплуатации
многоэлектродной установки для ОАО «Йўлрефтранс» ГАЖК «Ўзбекистон
темир йўллари» может быть использована и для других железнодорожных
ремонтных предприятий Республики Узбекистан.
8. Разработанная высокопроизводительная многоэлектродная установка
по наплавке под флюсом изношенной поверхности катания и гребня
цельнокатаного вагонного колеса представляет практический интерес при
восстановлении не только годных, но и бракованных колес, так как в
Республике Узбекистан имеется большая нехватка годных к эксплуатации
колесных пар.
9. Ожидаемый экономический эффект от использования разработанной
технологии
восстановления
изношенных
колес
УП
«UZTEMIRYO'LMASHTA'MIR»,
при
использовании
только
одной
установки, с учетом ее стоимости составит 123,89 млн.сум в год.
23
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
1. Меликов В.В., Набиев Э.С., Заирова Д.Н., Кадыров Х.Х.
Качественный анализ наплавляемого металла на гребень бандажа
локомотива. Международная НТК «Современные проблемы и перспективы
механики», 17–18 май 2006, Ташкент. – С. 603-604.
2. Набиев Э.С., Заирова Д.Н., Бабина В.Г Оценки температурных
напряжений в материале цельнокатаного вагонного колеса при его
восстановительной наплавке. // Вестник ТашИИТа. – Ташкент, 2006. – №3/4.
– С.91-96.
3. Меликов В.В., Набиев Э.С., Заирова Д.Н. Эффективность
восстановления
поверхности
катания
колес
грузовых
вагонов.
Международная НПК «Ўрта-маҳсус таълим тизимида янги педагогик
технологиялар: муаммолар ва ечимлар». Бухоро озиқ-овқат ва енгил саноат
технологияси институти. 17–18 ноябрь 2006. – Бухара, – С. 119-121.
4. Заирова Д.Н. Продление срока службы цельнокатаных колес грузовых
вагонов. Республиканская НТК «Ресурсосберегающие технологии на
железнодорожном транспорте» к 75-летию ТашИИТ. 14–15 декабря 2006.
Ташкент, 2006. – С. 201-204.
5. Меликов В.В., Набиев Э.С., Заирова Д.Н., Бабина В.Г. Влияние
температурных полей на окончательную деформацию цельнокатаных колес
грузовых вагонов при многоэлектродной наплавке. Республиканская НТК
«Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» к 75-
летию ТашИИТ. 14–15 декабря 2006. Ташкент, 2006. – С. 17-20.
6. Глущенко А.Д., Набиев Э.С., Заирова Д.Н., Косимов О.Т. Методика
расчетной оценки скоростей движения тепловых волн в материале колесных
дисков грузовых вагонов при их наплавке и торможении поездов.
Республиканская
НТК
«Ресурсосберегающие
технологии
на
железнодорожном транспорте» к 75-летию ТашИИТ. 14–15 декабря 2006.
Ташкент, 2006. – С. 187-191.
7. Заирова Д.Н. Экспериментальное исследование и выбор параметров
режима многоэлектродной наплавки цельнокатаных колес грузовых вагонов.
«Ёш олималарнинг фан –техника тараққиётида тутган ўрни» республика
илмий-амалий анжуман. 12–13 декабрь 2006. Тошкент. 2006. – С. 171-174.
8. Заирова Д.Н. Многоэлектродная наплавка поверхности катания
цельнокатаного колеса грузового вагона. VII Межвузовская научно-
техническая конференция по проблемам наземных транспортных систем
«Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте». 17–19
май 2007. ТашИИТ. Ташкент, 2007. – С. 129-134.
9. Заирова Д.Н. Методика определения деформаций в цельнокатаном
колесе грузового вагона при его многоэлектродной наплавке. // Вестник
ТГТУ. – 2007. № 2. – С.100-102.
10. Набиев Э.С., Заирова Д.Н. Экспериментальное исследование
деформации цельнокатаного колеса грузового вагона. Республиканская НТК
24
к
75-летию
ТашИИТа
«Ресурсосберегающие
технологии
на
железнодорожном транспорте». 6–7 декабря 2007. Ташкент, 2007. – С. 4-10.
11.
Заирова Д.Н. Многоэлектродная автоматическая наплавка
цельнокатаных колес грузовых вагонов. VIII научно-практическая
конференция
«
Безопасность движения поездов» 1-2 ноября 2007. – Россия.
Москва, 2007. – С. 23-24.
12.
Набиев Э.С., Заирова Д.Н. Исследование температурных
напряжений в модели материала колеса грузового вагона при его
восстановительной наплавке. // Вестник ТашИИТа. Ташкент, 2007. – №3/4.
– С.59-63.
13. Меликов В.В., Набиев Э.С., Заирова Д.Н.. Дефекты многослойного
металлокомпозита, возникающие при автоматической многоэлектродной
наплавке поверхности катания вагонного колеса. // Композиционные
материалы. – Ташкент, 2008. – № 2. – С.27-29.
14. Набиев Э.С., Заирова Д.Н.. Анализ возможности продления срока
службы вагонных колес многоэлектродной наплавкой. // Вестник ТашИИТа.
– Ташкент, 2008. – № 3. – С.40-43.
15. Меликов В.В., Набиев Э.С., Заирова Д.Н.. Многоэлектродная
наплавка гребней цельнокатаных вагонных колес. // Вестник ТашИИТа. –
Ташкент, 2009. – № 1. – С. 35-39.
16. Меликов В.В., Набиев Э.С., Заирова Д.Н. Анализ качества металла
наплавляемого на поверхность гребня колеса грузового вагона. // Вестник
ТГТУ. – Ташкент, 2009. – № 1/2 . – С. 123-126.
25
Техника фанлари номзоди илмий даражасига талабгор Заирова Дилфуза
Назировнанинг 05.02.01 – «Машинасозликда материалшунослик»
ихтисослиги бўйича «Юк вагонлари ғилдиракларини тиклаш технологияси ва
материалини уларнинг кучланганлик-деформацион ҳолатини инобатга
олинган ишланмаси ва асосланиши» мавзусидаги диссертациясининг
РЕЗЮМЕСИ
Таянч сўзлар:
бутунюмалатилган вагон ғилдираги, кўпэлектродли
жараён, кучланганлик–деформацион ҳолати ва металл хусусиятлари.
Тадқиқот объектлари:
автоматик кўпэлектродли эритиб қоплаш билан
юк вагони яхлит юмалатилган ғилдирагининг емирилган юмалаш айланаси
ва гребенини тиклаш жараёни.
Ишнинг мақсади:
юк вагонларининг яхлит юмалатилган ғилдираклари
юмалаш юзаларини тиклаш усулини уларнинг кучланганлик–деформацион
ҳолатини инобатга олиб асосланишини ишлаб чиқиш.
Тадқиқот методлари:
математик, сонли анализ методи, кучланганлик-
деформацион ҳолатини тажрибали текшируви, металлографик текширувлар,
мустаҳкамлигини ўлчаш.
Олинган натижалар ва уларни янгилиги:
ғилдирак материалини
структураси ва хусусиятларини аниқловчи кучланганлик–деформацион
ҳолатининг вужудга келиш қонуниятлари ўрганилган.
Ғилдирак юмалаш юзасини кўпэлектродли эритиб қоплаш жараёнида
кучланганлик–деформацион ҳолатини текшириш методикаси биринчи марта
ишлаб чиқилган.
Ғилдирак материали мустаҳкамлиги чегарасидан ошадиган максимал
вақтинчалик кучланишлар, юза қатламларда 500
˚
С ошган температурада
ҳосил бўлиши белгиланган. Иссиқ ёриқларни ҳосил бўлиши эҳтимоллиги
ҳавфини камайтириш, эритиб қоплаш режимидаги иссиқлик қувватини
пасайтириш йўли билан амалга ошириш мумкиндир.
Амалий
аҳамияти:
«O’ZTEMIRYO’LMASHTA’MIR»
Давлат
инспекциясида
«Ўзбекистон темир йўллари» ДАТК тегишли «Йўлрефтранс»
ОАЖ таъмирлаш ходимлари учун кўпэлектродли ускунани созлаш ва
фойдаланиш бўйича Йўриқнома ишлаб чиқилган ва тасдиқланган.
Тадбиқ этиш даражаси ва иқтисодий самарадорлиги:
ТошТЙМИ
пайвандлаш лабораториясида автоматик кўпэлектродли эритиб қоплаш
билан бажарилган текширувлар натижаларига кўра, юк вагонлари яхлит
юмалатилган 10 дона миқдорида тажриба ғилдираклари эритиб қопланган
бўлиб, улардан тўрттаси яримвагон остида тажриба текширувини ўтамоқда.
Эритиб қопланган ғилдираклар «Ўзбекистон темир йўллари» ДАТК
вагон депосида фойдаланиш учун «O’ZTEMIRYO’LMASHTA’MIR» УК га
юборилган. Бундан кутилаётган фойда 123,89 млн. сўмни ташкил қилади.
Қўлланиш соҳаси:
ҳаракат таркиби таъмири билан боғлиқ бўлган
«Ўзбекистон темир йўллари» ДАТК корхоналари. Илмий–текшириш
институтлари ва илмий–ишлаб чиқариш бирлашмалари.
26
РЕЗЮМЕ
диссертации Заировой Дилфузы Назировны на тему: «Разработка и
обоснование технологии и материала восстановления колес грузовых вагонов
с учетом их напряженно–деформационного состояния» на соискание ученой
степени кандидата технических наук по специальности
05.02.01.
– «
Материаловедение в машиностроении»
Ключевые слова:
цельнокатаное вагонное колесо, многоэлектродный
процесс, напряженно–деформационное состояние и свойства металла.
Объекты исследования:
процесс восстановления изношенного круга
катания и гребня цельнокатаного колеса грузового вагона автоматической
многоэлектродной наплавкой.
Цель работы:
разработка обоснования способа восстановления
поверхности катания цельнокатаных колес грузовых вагонов с учетом их
напряженно–деформационного состояния.
Методы исследования:
математический, метод численного анализа,
экспериментальные исследования напряженно-деформационного состояния,
металлографические исследования, измерение твердости.
Полученные результаты и их новизна:
изучена закономерность
возникновения напряженно-деформационного состояния, определяющая
структуру и свойства материала колеса.
Впервые
разработана
методика
исследования
напряженно-
деформационного состояния при многоэлектродном процессе наплавки
поверхности катания колеса.
Установлено, что максимальные временные напряжения, превышающие
предел прочности материала колеса, достигаются в поверхностных слоях при
температурах свыше 500
˚
С. Уменьшить опасность образования горячих
трещин возможно путем снижения тепловой мощности режима наплавки.
Практическая
значимость:
разработана
и
утверждена
в
Государственной инспекции «Узжелдорреммаш» Инструкция по наладке и
эксплуатации многоэлектродной установки для ремонтного персонала ОАО
«Йўлрефтранс» ГАЖК «Ўзбекистон темир йўллари».
Степень внедрения и экономический эффект:
результатами
выполненных исследований в сварочной лаборатории ТашИИТа
автоматической
многоэлектродной
наплавкой,
были
наплавлены
экспериментальные цельнокатаные колеса грузовых вагонов в количестве 10
штук, четыре из которых проходят опытную обкатку под полувагоном.
Наплавленные колеса переданы в УП «O’ZTEMIRYO’LMASHTA’MIR»
для использования в вагонное депо ГАЖК «Ўзбекистон темир йўллари».
Ожидаемый эффект от этого составит 123, 89 млн.сум.
Область применения:
предприятия ГАЖК «Ўзбекистон темир
йўллари», связанные с ремонтом подвижного состава. Научно–
исследовательские институты и научно–производственные объединения.
27
R E S U M E
Thesis of Zairova Dilfuza Nazirovna on the scientific degree competition candidate
of the technical sciences on speciality 05.02.01. – «Materials in the machine
building» to subject: "Motivation of the way of the reconstruction to surfaces of
the riding whole founder wheel of the freiht-cars with provision for their tense-
deformation conditions"
Key words
: whole founder wheel of the car, much electrode process, tense-
deformation condition and characteristic of the metal.
Subjects of research:
process of the recovering the worn-out circle of the
riding and ridge whole founder wheel freiht-car automatic much electrode
smelting.
Purpose of work:
development of the motivation of the way of the
reconstruction to surfaces of the riding whole founder wheel of the freiht-cars with
provision for their tense- deformation conditions.
Methods of research:
mathematical, method of the numerical analysis,
experimental studies tense-deformation conditions, metallographic research,
measurement to hardness.
The results obtained and their novelty
: is studied regularity of the origin
tense- deformation conditions, defining structure and characteristic of the material
whole.
For the first time designed methods of the study tense- deformation
conditions at much electrode process smelting to surfaces of the riding travell.
Installed that maximum temporary voltages, exceeding limit to toughness of
the material travell, are reached in surface layer at the temperature over 500
0
С.
Reduce the danger of the forming the hot rifts by possible by reductions to heat
power of the mode smelting.
Practical
value:
designed
and
approved
in
Public
supervision
"Uzzheldorremmash" Instruction on adjustment and usages much electrode
installation for repair personnel OAO "Yolreftrans" GAZHK "Uzbekistan temir
yullari".
Degree of embed and economic effectivity:
result of the executed studies in
welding laboratory TASHIIT automatic much electrode smelting were smelting
experimental smelting freiht-cars in amount 10 pieces, four from which pass the
experienced to run in under cars.
Smelting travell is sent in UP "O'ZTEMIRYO'LMASHTA'MIR" for use in
cars railroad yard GAZHK "Uzbekistan temir yullari". The expected effect from
this will form 123, 89 mln.sum.
Field of application:
enterprises GAZHK "Uzbekistan temir yullari",
connected with repair of the rolling stock. The Research institutes and research-
and-production associations.
