[03-1999] Плазменное упрочнение колесных пар (опыт Московской дороги)

[poster444]

Плазменное упрочнение колесных пар (опыт Московской дороги)

Идеи увеличения ресурса колесных пар путем локального поверхностного упрочнения, лубрикации и оптимизации профиля обточки давно и широко обсуждаются специалистами отрасли. Взяв на вооружение эти идеи, Московская дорога за последние несколько лет провела экспериментальную проверку и фактически приступила к промышленному внедрению новых технологий, прежде всего в направлении плазменного упрочнения гребня и части поверхности круга катания колес и установки автоматических гребнесмазывателей на бандажных колесах.

В октябре 1994 — апреле 1995 г. в вагонном депо Москва III были проведены испытания колесных пар с гребнями, закаленными методом отвода тепла во внутренние слои металла с нагревом лазерным лучом и плазмотроном. Наблюдения велись одновременно за четырьмя вагонами пассажирского поезда «Россия» Москва — Владивосток: по одному вагону с колесами, гребни которых были закалены, соответственно, лазером и плазмой, и два вагона со стандартными колесами. Толщину гребней замеряли абсолютным шаблоном после каждого возвращения поезда в Москву.

Пробег колес с закаленными гребнями оказался в 2 — 3 раза больше, чем обычных. Скорость изнашивания гребней с лазерной и плазменной закалкой приблизительно одинакова. Лазерная за
калка намного дороже, чем плазменная, поэтому для дальнейшего внедрения в технологический процесс на Московской дороге был выбран именно плазменный вариант.

Следующий крупномасштабный эксперимент был проведен в том же вагонном депо Москва III по сравнительным эксплуатационным характристикам 300 плазменно-упрочненных и обычных колесных пар. Из-за дефектов рабочей поверхности (остроконечный накат, тонкий гребень, подрез гребня, прокат, выщербина и т.д.) выкатили 90 из 300 упрочненных колесных пар (против 218 для неупрочненных пар). Остальные колесные пары в основном доработали до годового ремонта вагонов. К тому же, средний пробег неупрочненных первых 90 колесных пар почти вдвое меньше пробега упрочненных (67 тыс. против 155 тыс. км).

Образцы упрочненного металла были исследованы в институте ЦНИИЧермет. Результаты исследований показали, что плазменное термическое упрочнение поверхности обода и гребня колеса повышает сопротивление зарождению и распространению усталостной трещины, износостойкость и эксплуатационный ресурс колес, что является следствием особенностей структурного состояния упрочненного слоя (рис. 1). Возникновение в колесной стали таких структурных составляющих, как аустенит, нитридные фазы, игольчатый мартенсит, становится возможным благодаря насыщению стали азотом в процессе плазменной обработки. При этом концентрация азота в поверхностном слое настолько велика (до 2 % весовых), что в результате обработки происходит образование структур, не характерных для простых углеродистых сталей
типа 60Г. Можно полагать, что образование такого необычного для этой стали “спектра” структур является одним из основных факторов, обеспечивающих повышенный комплекс механических свойств термоупрочненного колеса.

Испытания на износ упрочненного металла колеса по схеме плоскость — диск показали, что износостойкость термоупрочненной области обода в 1,8, а гребня в 3,2 раза выше, чем основного металла колеса (рис. 2). Более высокая износостойкость упрочненной зоны является следствием повышенного уровня ее твердости.

Позднее, при распространении технологии плазменного упрочнения в локомотивных депо, самое пристальное внимание было обращено на информационное сопровождение. Данные по модернизированным (не только плазменно-упрочненным, но и снабженным автоматическим гребнесмазывателем или обточенным по профилю ДМетИ) и обычным контрольным колесным парам, а также по ежемесячным замерам толщины и крутизны гребня, толщины бандажа и проката начали накапливать в специальной базе данных. Одновременно в базу вводили информацию о пробеге локомотивов между замерами и технологические истории отдельных колесных пар.
Полученная база данных к настоящему времени охватывает более 30 локомотивных депо Московской дороги. В ней имеются сведения о 12800 колесных парах. Результаты измерений собираются в центре обработки по листу на 1 замер по колесным парам одного локомотива. На текущий момент введено около 20 тыс. листов, что составляет примерно 120 тыс. замеров параметров колесных пар.
По базе данных локомотивных колесных пар более года отслеживается выборка из 900 пар, сделанная по следующим критериям:
- выбираются по 300 локомотивных колесных пар — упрочненных, обычных и оснащенных АГС;
- колесные пары со смешанными видами модернизации исключаются из рассмотрения;
- начальная толщина гребня не менее 31 мм;
в каждом выбранном депо должны присутствовать все указанные выше типы колесных пар приблизительно в равных пропорциях.

На рис. 3 и 4 показано, как выкатываются колесные пары из разных групп в соответствии с классификатором (табл. 1).

Самое яркое различие между двумя диаграммами состоит в том, что оставшихся еще не выкаченными (код 16) упрочненных колесных пар больше, чем неупрочненных, а также, что нет выкатки упрочненных пар по тонкому гребню (код 2). Средний пробег выкаченных (обточенных) колесных пар по группам составляет: упрочненных — 99 тыс. км; с АГС — 54 тыс.; неупрочненных — 36 тыс. км.

В табл. 2 приведен результат анализа среднего пробега (а также приведенного к 10000 км) колесных пар различных типов модификации.

Колонка «Пробег» достаточно убедительно демонстрирует преимущества модифицированных колесных пар перед обычными. Колонка «Износ» также подтверждает преимущества модифицированных пар. Однако здесь надо учесть обнаруженную еще в первом эксперименте (упомянутом выше) и подтвержденную (данными базы большую зависимость удельного износа от начальной толщины гребня. Это важно, потому что средняя начальная толщина гребня при определении износа упрочненных колесных пар составляет 29,5 мм против 28 мм для неупрочненных. Для обычных колесных пар упомянутая зависимость показана на гистограмме рис. 5. Износ гребня модернизированных колесных пар можно оценивать по отношению к значению износа для обычных колесных пар при одинаковой начальной толщине гребня: отношение больше 1 — больше износ, меньше 1 — меньше износ.

Итак, рассмотренные базы данных вагонных и локомотивных депо представляют собой мощный инструмент для всевозможных аналитических исследований колесного парка подвижного состава дороги и технологических процессов в депо. Несмотря на большой разброс в исходных данных, тенденции к улучшению эксплуатационных характеристик колесных пар вследствие модернизации различных типов совершенно очевидны. Ведущее место среди них занимает плазменное поверхностное упрочнение, причем оно не конкурирует с другими типами модернизации и в сочетании с другими (например, с лубрикацией) дает рекордно низкие показатели по износу — как было уже отмечено, износ уменьшается в 2 — 3 раза.

И.Л. ПАРИСТЫЙ, А.А. ТРОИЦКИЙ,
Московская дорога
канд. физ.-мат. наук Э.Х. ИСАКАЕВ,
Объединенный институт высоких температур РАН
д-р техн. наук Г.А. ФИЛИППОВ, ГНЦ ЦНИИЧермет
А.Э. ЯБЛОНСКИЙ, ООО «Современные
плазменные технологии»

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin