V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Железнодорожный транспорт – это один из основных видов транспорта нашей страны, который имеет огромное значение для ее жизнедеятельности и развития.

К конструктивным узлам подвижного состава высокой ответственности относятся колёсные пары, в которых наиболее изнашиваемыми элементами являются гребни и поверхность катания. Сила трения, возникающая при контакте колеса с рельсом, приводит к потере до 10 % тяговой мощности локомотива и к активному износу гребней и поверхностей катания.

Работая в сложных условиях нагружения, колёсные пары должны обеспечивать высокую надёжность, так как от них во многом зависит безопасность движения поездов.

Стандартами устанавливается средний срок службы колёс в пределах 12 лет, однако фактически срок их эксплуатации существенно меньше.

К основным неисправностям поверхности катания колесной пары относятся: прокат, износ гребня, вертикальный подрез гребня, кольцевые выработки, навар, ползун и др.

Прокат бандажей колесных пар устраняют обточкой на специальных станках, но при этомв стружку уходит 12…15 мм толщины обода, а отклонения в размерах колесных пар не должны превышать допустимых значений. Такого рода ограничения при ремонтеколёсных пар обточкой потребовали изыскание и разработку альтернативных технологий восстановления изношенных в процессе эксплуатации колёс.

В конце 80-х годов прошлого века на сети Российских железных дорог начался непредвиденный усиленный износ гребней бандажей локомотивных и цельнокатаных вагонных колес, что создало серьезную проблему при эксплуатации подвижного состава. Ученые ВНИИЖТа (Всероссийскогонаучно-исследовательскогоинститута железнодорожного транспорта) совместно со специалистами МПС и дорог успешно решили эту задачу, разработали технологию и оборудование для наплавки гребней, что позволило отказаться от закупки десятков тысяч новых колесных пар

В железнодорожной отрасли широкое применение нашли практически все традиционные способы сварки и наплавки: ручная, механизированная и автоматическая наплавка под слоем флюса, в среде защитных газов, газовая и газопрессовая сварка. Их применение в 1,5…2 раза позволяет сократить потребности в запасных частях, продлить срок службы эксплуатируемых деталей.

Промышленный опыт применения технологий автоматической дуговой наплавки под слоем флюса показывает высокое качество наплавленного слоя, нопри решении проблем восстановления вагонных колес с применением дуговой наплавки выявил ряд недостатков:

- перед наплавкой обода колеса его необходимо обтачивать на глубину залегания дефектов;

- требуется принимать меры для уменьшения вероятности появления горячих и холодных трещин;

- при наплавке ухудшаются прочностные свойства металла;

- недостаточно высокая производительность процесса восстановления.

Более широкие возможности дает применение самозащитной порошковой проволоки, которая имеет ряд преимуществ:визуальный контроль за процессом наплавки, отсутствие дополнительной защиты в виде флюса или газа, повышение производительности и качества процесса восстановления.

При применении вместо порошковой проволоки порошковых лент достигается более высокая производительность наплавки (за один проход создается большая площадь перекрытия толщиной 2—8 мм).

Для дальнейшего развития и совершенствования железнодорожной отрасли крайне необходима и актуальна разработка новых наплавочных материалов, нанесение которых позволяет создавать на рабочих поверхностях деталей прочный и износостойкий слой металла.

В России есть разработки, использование которых уже сейчас может дать отрасли довольно ощутимый технико-экономический и социальный эффект, повысить уровень работы практически на всех стадиях перевозочного процесса.

Железная дорога – это огромное поле для использования нанотехнологий.

Специалисты регионального инновационно-технологического центра из Томска для достижения наилучших результатов восстановления и упрочнения гребней колесных пар локомотивов разработали высокоэффективные наносодержащие модифицирующие смеси.

В состав смесей входят порошки — оксиды алюминия, оксиды редких металлов(Zr0₂, Nb₂О₅, ТiО₂) размером от 30 до 60 нм. Данные разработки запатентованы в России.

Особо высокие результаты были достигнуты при проектировании, изготовлении и внедрении оборудования для восстановления изношенных гребней колесных пар электрошлаковым способом с использованием наносодержащих модифицирующих смесей в составе флюса. Данный способ восстановления гребней, по сравнению с электродуговым, имеет более низкую температуру процесса (1600 - 1800°С против 5000 - 6000°С) и за счет медленного, равномерного прогрева обеспечивает полное сплавление. В результате, всего за один оборот колесной пары можно получить бездефектный полный гребень с наплавленным металлом высокого качества.

Высокое качество достигается за счет непрерывности сварочного процесса, соблюдения режимов наплавки, вертикального положения наплавляемого слоя, постоянного наличия в верхней его части жидкой кристаллической ванны, а также удаления газов и металлических включений из металла наплавляемого слоя.

Положительные результаты испытаний восстановленных колесных пар электрошлаковым методом с использованием флюса, включающего наносодержащие модифицирующие смеси, позволяют сделать выводы, что данная технология позволит ОАО «РЖД»:

- обеспечить наибольший экономический эффект от инновационной деятельности(ожидаемая себестоимость восстановления двух гребней в условиях депо не превышает 20 тыс. руб.);

- значительно увеличить эксплуатационные характеристики восстановленных бандажей колесных пар до 1 млн. км путем повышения качества и изменения химического состава наплавленного металла гребня

Исследования и практическое применение нанотехнологий в транспортном машиностроении позволит создать новые конструкционные материалы, упрочнит колесные пары, улучшит характеристики узлов трения локомотивов и вагонов.

Изготовление качественно новых рельсов и колесных пар на основе нанодисперсного перлита с повышенной прочностью с одновременным сохранением требуемой вязкости продлит срок службы верхнего строения пути

Использование в депо ремонтно-восстановительных порошков и составов позволяет улучшить характеристики узлов трения локомотивов и вагонов, в два и более раз увеличить их межремонтный ресурс, а в ряде случаев – заменить капитальный ремонт планово-предупредительной обработкой нанопорошками. Напримервольфрамо-кобальтовый карбид обладает свойствами, необходимыми для наплавочных материалов для деталей и узлов, подверженных интенсивному износу.

Сейчас самым популярным направлением в нанотехнологиях стали фуллерены. Родственники графита и алмаза, фуллерены — это новая стабильная форма углерода. С середины 90-х годов в ООО «ФАКТОРИЯ ЛС» (Санкт-Петербург) выполняются научно-исследовательские работы по созданию смазочных композиций, способных многократно увеличить срок службы подвижного состава ОАО «Российские железные дороги». Именно фуллерены стали основой непревзойденных характеристик смазочных составов. За прошедшие годы разработаны и внедрены в производственные циклы многих предприятий современные, высокотехнологичные смазочные материалы.

Сейчас основной продукцией компании являются препарат-модификатор эМПи-1 и паста эМПи-4. Уникальные свойства этих смазочных композиций позволяют в несколько раз увеличить срок службы ответственных деталей подвижного состава. Вся продукция успешно прошла комплексные лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания.

Таким образом, применение на железодорожном транспорте нанотехнологий позволяет:

- улучшить и восстановить технические характеристики изношенных механизмов;

- увеличить межремонтный ресурс подвижного состава в 1,5-2 раза;

- повысить безопасность движения;

- увеличить скорость движения поездов;

- повысить коэффициент технической готовности парка.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Бояршина Л.А. Пути повышения ресурса колёсных пар подвижного состава. // Вагонный парк. – 2011. – № 3. – С.38-39.

2Кандидатытехн. наук М. М. Берзин, В. Н. Лозинский.Современное состояние сварочных технологий на железнодорожном транспорте © «Вестник ВНИИЖТ», 2002 Режим доступа: http://www.css-rzd.ru/vestnik-vniizht/v2003-6/V6-11_1.htm

3 Трошкин, Б. И. Наноматериалы увеличат срок службы бандажей колесных пар / Б.И. Трошкин // Локомотив. - 2011. - 8. - С. 28-29

4 Александр Данилов © Российский электронный наножурнал Производство и применение нанопорошков. [Сетевой ресурс]. Режим доступа:http://www.fabrikamisli.ru/page/140/

5 Нанотехнологии на рельсах [Сетевой ресурс]. Режим доступа:http://www.nanonewsnet.ru/blog/nikst/nanotekhnologii-na-relsakh

6Технологии Формулы 1 в буксах колесных пар подвижного состава.VneshVarket.Ru[Сетевой ресурс]. Режим доступа:http://www.vneshmarket.ru/PressRelease/PressReleaseShow.asp?ID=133110

Код для цитирования: Скопировать