Введение к работе
Актуальность работы: С возрастанием эксплуатационных нагрузок и увеличении прочности и твердости обода значительно возрастает уровень рабочих напряжений в колесах, рост рабочих скоростей и нагрузок на колесо приводит к значительным напряжениям, достигающим предела безопасной эксплуатации Опасность проявления остаточных напряжений заключается в преждевременном разрушении колеса в процессе эксплуатации из-за превышения суммы остаточных и эксплуатационных напряжений предельно допустимых значений, приводящих к возникновению пластической деформации, что особенно опасно при одновременном воздействии различных переменных нагрузок в процессе эксплуатации, неравномерно распределенных по сечению
Актуальным является вопрос оценки суммарного напряженного состояния от действия технологических (остаточные напряжения) и внешних (эксплуатационные нагрузки) факторов, оценка их влияния на конструктивную прочность колеса, определения безопасного уровня растягивающих остаточных напряжений в ободе и диске в процессе изготовления цельнокатаных колес В настоящее время на российских железных дорогах отсутствуют прямые неразрушающие методы определения поверхностных остаточных напряжений цельнокатаных колес
Цель работы: Исследование неразрущающим рентгеновским методом величины и распределения поверхностных остаточных напряжений в цельнокатаных вагонных колесах для повышения их качества и эксплуатационной безопасности
Для выполнения цели работы:
- Разработана методика измерений поверхностных остаточных напряжений в цельнокатаных колесах портативным рентгеновским измерительным комплексом, исследованы и определены требования к качеству обработки измеряемой поверхности
Проведены исследования уровня и распределения поверхностных остаточных напряжений на колесах с плоскоконической формой диска по ГОСТ 10791 и колес с криволинейной формой диска, а также суммарных (полных) и временных напряжений под нагрузкой
Проведены исследования влияния асимметрии распределения поверхностных напряжений по окружности колеса на искажение требуемой формы колеса и возможность образования трещин в эксплуатации
Научная новизна
-
Разработана методика измерения поверхностных напряжений рентгеновским методом применительно к цельнокатаным железнодорожным колесам Разработаны особенности применения методики измерения остаточных напряжений рентгеновским методом, разработаны требования к качеству обработки поверхности и условия применимости методики измерений
-
Показана связь поверхностных остаточных напряжений со сходимостью обода колеса по ГОСТ 10791, показана возможность применения рентгеновского метода для неразрушающего определения сходимости обода, контроля распределения поверхностных остаточных напряжений в условиях производства
-
Показана связь асимметричности распределения поверхностных остаточных напряжений с нарушениями в термической обработке, развалом и короблением колеса Показано влияние асимметрии распределения остаточных напряжений по окружности колеса на возможность образования усталостных трещин Показано, что при развале возможно несимметричное по периметру колеса распределение поверхностных напряжений с амплитудой изменения напряжений до 200 МПа, приводящее также к искривлению обода
4. В отличие от других известных неразрушающих методов, рентгеновским методом впервые исследованы и определены суммарные значения поверхностных остаточных и эксплуатационных напряжений в критических зонах обода и диска под нагрузкой и без нее для различных типов колес (стан-
дартное, с криволинейной формой диска, с дробенаклепом), которые не измерялись ранее другими методами
5. По результатам сравнительного анализа доказана применимость рентгеновского метода для определения поверхностных напряжений в цельнокатаных колесах Сравнительный анализ результатов измерений эксплуатационных напряжений с тензометрией показал совпадение результатов с статистическим коэффициентом корреляции 0,9, что находится в пределах погрешности метода
Практическая ценность
-
Разработана методика и методические рекомендации по неразру-шающему контролю поверхностных напряжений цельнокатаных колес, позволяющие проводить неразрушающий контроль сжимающих напряжений в ободе, а также измерять распределение поверхностных напряжений по ободу, диску и ступице с целью проверки равномерности режимов термической обработки, предотвращения недопустимого развала и коробления колес на производстве, определения уровня сжимающих напряжений при дробенак-лепе
-
Проведена опытная эксплуатация рентгеновского измерительного комплекса на ОАО «ВМЗ» с измерением напряжений обода и диска колес в колесопрокатном цехе непосредственно в процессе производства Продемонстрирована возможность определения сходимости обода и поверхностного распределения напряжений (в целях определения причин развала цельнокатаных колес) в условиях производства
Апробация работы.
Основные положения, промежуточные и итоговые результаты диссертационной работы были доложены и опубликованы в трудах 5-й международной научной конференции по железнодорожным колесным парам (Каю-вице, Польша, 2002 г ), научной конференции молодых ученых и аспирантов по железнодорожному транспорту на современном этапе развития (г Щер-
бинка, 2004 г), 7-й Европейской конференции по остаточным напряжениям (Берлин, 2006 г), а также сделаны доклады на конкурсе аспирантов ФГУП ВНИИЖТ в 2005 г и заседании рабочей группы по координации работ по совершенствованию качества железнодорожных колес , проходившей на ОАО «Нижнеднепровский трубопрокатный завод» с участием ОАО «Российские железные дороги» (Днепропетровск, 2006)
Разделы диссертационной работы ежегодно (2003 - 2007 гг ) обсуждались на научно-технических совещаниях комплексного отделения «Транспортное металловедение ФГУП ВНИИЖТ
Публикации.
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 4-х статьях
Структура и объем работы.
