Введение к работе
Актуальность работы. В техническом комплексе путевого хозяйства бес-стыковой путь представляет собой сложнонапряженную дорогостоящую конструкцию, на содержание и эксплуатацию которой затрачиваются большие экономические, технические и человеческие ресурсы. Повышение эффективности эксплуатации бесстыкового пути является одним из важнейших факторов, лежащих в основе нормального функционирования сети железных дорог Российской Федерации.
Бесстыковой путь — сложная инженерная конструкция, безопасная эксплуатация которой обеспечивается надежностью неразъемного соединения.
Эксплуатационная стойкость бесстыковых плетей определяется технологией изготовления, состоящей из нескольких процессов:
сварочное оплавление рельсов с целью создания неразъемного соединения;
дифференцированное термическое упрочнение с целью выравнивания свойств по длине сварного рельса и повышения твердости в свариваемой зоне;
шлифование сварных рельсов, необходимое для удаления неровностей на поверхности катания, образующихся в процессе предварительных операций.
Ежегодно увеличивается количество остродефектных сварных рельсов, обнаруживаемых в эксплуатации средствами дефектоскопии. Отбраковка сварных рельсов по дефектам происходит в первый период эксплуатации при пропуске 0,1-50 млн т груза брутто. Это приводит к уменьшению срока службы сварного рельса и соответствующим затратам на ремонт. Только в 2002 г. МПС России затратило около 1 млрд. руб. на замену дефектных сварных рельсов в путевых условиях.
Анализ результатов исследований комплекса прочностных и эксплуатационных свойств сварных рельсов показал, что существующая технология изготовления бесстыкового пути, в большинстве случаев, не обеспечивает необходимого уровня конструктивной прочности.
Поэтому, вопрос установления зависимости между режимами технологической обработки и приобретенными физико-механическими свойствами сварного рельса является весьма актуальным.
рель работы и задачи исследования. Целью ланной работы является повышение качества сварных рельсов и увеличение производительности технологического процесса изготовления бесстыковых плетей в стационарных условиях, за счет применения термопластического упрочнения и оптимизации режимов шлифования.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Определить влияние методов оплавления при контактно-стыковой сварке на механические свойства и структуру сварных рельсов.
-
Установить закономерности формирования зон термического влияния при существующей дифференцированной термической обработке сварных стыков.
-
Разработать технологический процесс комбинированной обработки, совмещающий стыковую сварку рельсов с термическим упрочнением и последующим шлифованием, обеспечивающий повышенную эксплуатационную стойкость.
-
Исследовать влияние режимов механической обработки сварных стыков на их долговечность,
-
Определить взаимосвязь шероховатости поверхности сварного шва с режимами шлифования.
-
Разработать методику расчета и алгоритм оптимизации параметров технологического процесса шлифования рельсовых стыков на основе обеспечения минимального уровня шероховатости поверхности.
-
Разработать практические рекомендации по применению режимов комбинированной обработки рельсов, обеспечивающих высокую эксплуатационную стойкость сварных рельсов и требуемый уровень безопасности движения поездов.
5 Научная новизна работы:
-
Теоретически и экспериментально доказано, что способ термопластического упрочнения сварных стыков возможен при совмещении контактно-стыковой сварки с регулируемым охлаждением.
-
Впервые показано влияние термопластического упрочнения на структуру и конструктивную прочность сварных стыков.
-
Установлена взаимосвязь параметров шероховатости поверхности сварного рельса с режимами шлифования.
-
Разработана методика и алгоритм определения оптимальных режимов шлифования сварных швов для обеспечения минимального уровня шероховатости поверхности.
Достоверность научных результатов подтверждена необходимым объемом экспериментальных исследований; применением современной аппаратуры и методов обработки результатов.
Практическая ценность:
-
Разработан способ термопластического упрочнения сварных стыков, основанный на совмещении контактно-стыковой сварки с регулируемым охлаждением.
-
Разработаны практические рекомендации для реализации технологического процесса изготовления бесстыковых рельсовых плетей, позволяющие повысить прочностные и эксплуатационные показатели.
Внедрение предложенных рекомендаций позволит:
- повысить долговечность бесстыкового пути, (увеличив срок гарантии ка
чества сварного стыка на 30%);
- повысить производительность технологической линии, (ликвидировав
операцию термической обработки);
получить экономический эффект 8,727 млн руб./год для одной технологи-ческой линии;
повысить безопасность движения поездов.
Основные положения, выносимые на защиту;
- результаты экспериментальных исследований влияния существующих
методов оплавления контактно-стыковой сварки на прочностные характеристи
ки сварных рельсов;
- результаты исследования влияния термической обработки сварного стыка
на его структуру и механические свойства;
новый способ термопластического упрочнения сварного стыка, обеспечивающий повышенную конструктивную прочность;
результаты исследований взаимосвязи параметров шлифования с показателями качества поверхности сварного стыка головки рельса;
методика и алгоритм расчета оптимальных режимов шлифования сварных рельсов на основе снижения шероховатости обработанной поверхности;
практические рекомендации по внедрению технологического процесса комбинированной обработки бесстыкового пути, обеспечивающего повышенную эксплуатационную стойкость сварных рельсов.
Апробация рабурл. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на: Сетевом совещании по повышению эффективности и качества работы Рельсосварочных предприятий ОАО "РЖД" (Новосибирск, 2004 г.); 121-ом заседании Межведомственной комиссии по улучшению качества и эксплуатации железнодорожных рельсов и рельсовых скреплений ОАО "РЖД" (г. Нижний Тагил, 2005 г.); международной научно-технической конференции "Наука, инновации и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России" (Екатеринбург, 2006 г.); на Сетевом совещании ПО повышению эффективности и качества работы Рельсосварочных предприятий ОАО "РЖД" (Ярославль, 2006); научных семинарах кафедры "Технология транспортного машиностроения и эксплуатация машин", научно-исследовательской лаборатории "ТТМ и РПС" (2004-2006 г.) Сибирского государственного университета путей сообщения.
Публикации. По материалам исследования опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 в ведущих рецензируемых научных журналах из перечня, рекомендуемого ВАК РФ.
7 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и обших выводов по работе, списка использованных литературных источников, представленного 108 наименованиями. Работа изложена на 117 страницах машинописного текста и содержит 31 иллюстрацию и 1S таблиц.
