Исследование триботехнических своств пары трения "колесо-рельс" после плазменного упрочнения
Балановский А.Е. ,ИрГТУ (ИРКУТСК)Исследование триботехнических свойств гребнейколесных пар подвижного состава послеплазменного упрочненияВ конце 80-х годов на отечественных железных дорогах обострилась проблема износа колес подвижного состава и рельсов, непотерявшая своей актуальности и сегодня 1,2. На ВСЖД, начиная с 1989 г., проводились работы по снижению износа колес подвижного состава с использованием различных мероприятий, таких как рельсосмазывание и гребнесмазывание, плазменное упрочнение, оптимизация технологии обточки колесных пар, профильная механическая обработка головки рельса. Внедрение на дороге всего комплекса мероприятий позволило снизить износ в паре трения «колесо-рельс-тормозная колодка» в 3-6 раз. Однако вопрос о причинах повышенного износа колес и рельсов остается открытым.В данной работе приводятся результаты исследований триботехнических свойств гребней колесных пар подвижного состава после плазменного упрочнения и их изменения в процессе эксплуатации.Теоретические предпосылки Триботехническая система «колесо-рельс» основана на двух антагонистических принципах. Во фрикционном контакте первый определяет силу тяги локомотива по сцеплению с рельсом, а второй определяет износ колесных пар и рельсов. Оба принципа связаны между собой коэффициентом трения, с ростом которого коэффициент тяги возрастет, а износ в паре трения колесо-рельс увеличивается и наоборот. С целью увеличения коэффициента тяги, в пару трения подается песок и, в тоже время, с целью уменьшения износа, в пару трения подается смазка. Песок является сильнейшим абразивом и значительно влияет на износ колеса и рельса. Кроме того, исследования 3 показали, что после прохода первого колеса размол песка практически завершается, а поверхность песка увеличивается в 4-5 раз и становиться адсорбционно-активной средой, интенсивно поглощающей в своих порах смазку и влагу. В связи с этим, лубрикационные пленки на поверхности трения колесо-рельс после попадания на них песка выполняют разделительные свойства и не защищают ее от износа. Колесные пары являются основными элементами ходовой части и наиболее ответственными узлами подвижного состава. Железнодорожные колеса реализуют следующие функции 4-7:обеспечение перемещения экипажа относительно рельсов, что связано с восприятием конструкцией колеса значительных статических и переменных нагрузок; обеспечение качения колеса с продольным и поперечным проскальзыванием относительно поверхности рельса в условиях контактных давлений, превосходящих предел текучести колесной стали; выполнение поверхностью катания роли «тормозного барабана», воспринимающего нагрев и охлаждение с высокой скоростью, а также высокие напряжения сдвига и сжатия при значительном разогреве металла обода колеса. Качение колеса по рельсу с проскальзыванием (от 0 до 100 %) вызывает в основном два процесса разрушения: объемную пластическую деформацию (снятие) и абразивный износ. Объемная пластическая деформация неравномерна по глубине от поверхности катания, достигает наибольших величин непосредственно у поверхности и уменьшается по мере удаления от нее. Согласно 5, давление в контакте «колесо-рельс» в реальных условиях эксплуатации изменяется от 1,7 ( - предел текучести колесной и рельсовой стали) до 3 и более. Результатом пластической деформации является течение металла из зоны основания гребня на поверхность катания и на вершину гребня, рис. 1. Рис. 1 Результат пластической деформации в паре трения «колесо-рельс»В ходе пластической деформации начинают протекать процессы истирания, включающие в себя: микросрез, схватывание, образование усталостных трещин и т.д. Уменьшение влияния пластической деформации на процессы истирания в условиях эксплуатации возможно за счет регулирования свойств микроструктуры колесной и рельсовой стали, которое можно осуществить за счет термической обработки стали. Таким образом, мы выходим на важнейшую механическую характеристику колесных и рельсовых сталей, отвечающую не только за прочностные свойства, но и триботехнические – соотношение значений твердости в системе «колесо-рельс». Согласно работам И.В. Крагельского 8, для передачи крутящего момента и обеспечения сцепления колеса с рельсом, необходимо внедрение колеса в опорную поверхность рельса. При этом, для обеспечения протекания нормального износа в системе «колесо-рельс» с проскальзыванием до 10 %, соотношения твердостей должно составлять как минимум 1,2 : 1, т.е. при твердости колеса на 20 % превышающей твердость рельса. Однако с переходом в конце 50-х годов на объемно-закаленные рельсы, соотношение в паре «колесо-рельс» было нарушено и составляет сегодня 1 : 1,4, что приводит к ухудшению сцепления, увеличивает проскальзывание и вызывает интенсивный износ колесных пар.В работах 4,7 на основе анализа мирового опыта и экспериментальных работ сделан вывод: увеличение твердости колеса на 1 НВ в эксплуатационном интервале твердостей увеличивает их износостойкость на 1-2 %. Кроме того, увеличение твердости колес от 250 до 600 НВ практически не влияет на износ и контактную долговечность рельса, а контактно–усталостная долговечность колес возрастает пропорционально квадрату приращения их твердости. В работе 9 показано, что поверхностный слой в трибосистеме «колесо-рельс» в реальных условиях эксплуатации, в особенности гребни и боковые поверхности рельса, упрочняется. Причем, глубина фрикционного слоя достигает 0,01-0,03 мм, а приращение твердости на поверхности - от 220 до 1200 HV0,1 (нижний индекс – нагрузка на индентор, кгс). По мнению авторов 9, механизм упрочнения фрикционного слоя более сложный, чем просто его наклеп или закалка с фазовыми превращениями, хотя высокие контактные нагрузки до 1000-1500 МПа и высокие температуры до 1000С существуют в малых объемах фактического контакта «колесо-рельс». Однако они существуют в течение тысячных долей секунды. Поэтому правильнее говорить не о нагреве или наклепе поверхностного слоя, а о его высокой энергонасыщенности. При такой плотности энергии металл в слое сдвига течет аморфно, как жидкое стекло. Этот механизм деформирования, по мнению 9, можно определить как бездифузионный недислакационный высокоэнергетический аморфный сдвиг. После выхода из зоны трения металл в полосе скольжения мгновенно охлаждается, сохраняя при этом аморфную структуру металлического стекла с твердостью 800 HV и более.Таким образом, из краткого анализа видно, что повышение износотойкости пары трения «колесо-рельс» - сложный многофакторный процесс, требующий комплексного подхода. В то же время, первым и естественным шагом к решению этой проблемы является устранение сложившегося соотношения твердостей. На сегодняшний день существует несколько способов повышения твердости гребней колесных пар, которые классифицируются по способу нагрева и охлаждения:объемная закалка в печах; закалка ТВЧ; закалка лазерным, электронным лучами; закалка плазменной дугой (струей); электроконтактная закалка; кислородно-ацитиленовая закалка; лазерная наплавка; плазменное напы...
Другие файлы:
Плазменное упрочнение и напыление
Обобщены последние достижения в области плазменного упрочнения и напыления поверхностей деталей. Рассмотрены особенности технологии плазменного упрочн...
Веселые стихи для запоминания английских слов.
СПб.: 2006. -
32 с.
Книга позволяет в увлекательной форме освоить
английский алфавит и изучить слова по теме "Времена года", "...
Литература. 7
класс. ("Путь к станции "Я") В 2 кн. Кн. 1.
3-е изд., испр. - М.: 2008. -
288 с.
Учебник-хрестоматия является продолжением
непрерывного авторского курса "Чтение и литература"...
Красный террор в России: 1918-1923.
М.: СП "PUICO",
"P.S.", 1990. - 209 с.
Книга крупнейшего историка революции и Гражданской
войны С.П.Мельгунова "Красны...
Учебные таблицы по русскому языку. 5-11 классы.
М.: ТЦ Сфера, 2008. - 208 с.
Настоящее пособие представляет собой
обобщенное изложение в таблицах теоретического материала по основны...
