CC BY
47
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
УДК 539.538
Попов Сергей Иванович,
аспирант каф. ТРТСиМ, ИрГУПС, тел.: 638395-149, e-mail: ifpister@gmail.com
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ РАЗРУШЕНИЙ ПОЛИАМИДНЫХ СЕПАРАТОРОВ БУКСОВЫХ УЗЛОВ
ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
S.I. Popov
STUDY OF KINETICS OF DESTRUCTION OF A ROLLING STOCK AXLE BOXES POLYAMIDE CAGES
Аннотация. Рассматриваются задачи определения условий нарушения целостности структуры полиамидных материалов в процессе эксплуатации. Для нахождения причин возникновения усталостных разрушений использованы предложенные и развиваемые авторами методы их определения с учетом реальных метеоклиматических условий эксплуатации подвижного состава ОАО «РЖД». На примере образцов стек-лонаполненного полиамида определены необходимые и достаточные показатели определения прочностных характеристик исследуемого материала, получены экспериментальные соотношения для определения кинетики возникновения разрушений полимерных материалов.
Ключевые слова: полиамидные сепараторы, усталостные разрушения, кинетика разрушения, буксовый узел подвижного состава.
Abstract. The problem of determining the conditions of violation of the integrity of the structure of polyamide materials during the operation is discussed. To determine the cause of fatigue failures methods of their determination proposed and developed by the authors are used taking into account the real meteo-climatic conditions of operation of the rolling stock of Russian Railways JSC. On the example of samples of glass fibre filled polyamide necessary and sufficient conditions for determining the strength characteristics of the investigated material are specified, experimental ratio to determine the kinetics of occurrence of destruction ofpolymeric materials is obtained.
Keywords: polyamide cages, fatigue destruction, kinetics of destruction, rolling stock, axle box.
Использование полимеров в качестве конструкционных материалов взамен цветных металлов, нержавеющих сталей определено целым рядом их преимуществ, к которым можно отнести коррозионную стойкость, высокую удельную прочность, антимагнитные свойства и техноло-
гичность. Достаточно непродолжительное время использования композитных пластмасс для изготовления ответственных деталей и узлов машин определило круг вопросов, связанных с причинами преждевременного выхода их из строя. Результаты теоретических исследований данных проблем весьма противоречивы, а методики экспериментального определения причин преждевременного разрушения полимерных материалов и интерпретация их физического смысла также требуют дальнейшего совершенствования.
Так, например, показателям гарантийного срока эксплуатации полиамидных сепараторов большинства подшипников качения (15 лет) противоречат данные, приведенные в ГОСТе на этот же полимер, где декларируется снижение прочностных характеристик полиамида до 50 % по истечении одного года (даже только при его хранении) [1, 2].
В подтверждение вышесказанного при проведении статистических исследований браковки полиамидных сепараторов на ЛВЧД-7 г. Иркутска было выявлено, что за 2010-2012 гг. по критическим видам неисправностей гарантийных сепараторов различных производителей отбраковке были подвергнуты 2476 шт.
Литературный обзор показал, что разработанные расчетные модели изнашивания весьма приближенно представляют оценку параметров для материала, модифицированного трением, т. е. подверженного фактическому износу в процессе эксплуатации.
Расчетные модели оценки интенсивности изнашивания полимеров и резин с использованием кинетических выражений С.Б. Ратнера весьма сложны для практического использования, т. к. нет методики получения некоторых констант изнашивания [3, 4].
Механический подход, основанный на классической теории сопротивления, не позволяет оценить влияние на прочность материалов сово-
Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
купности воздействий (химических, термических, химомеханических, электрохимических, радиационных и др.), имеющих немеханическую природу, но способных существенно повлиять на износостойкость материалов.
Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что отсутствует стройная теория определения причин повреждаемости и разрушения изделий из полимерных материалов, что подтверждается выводами, представленными в [3-5].
Практическое определение пригодности изделий из полимерных материалов при производстве ремонтных работ, как правило, устанавливается визуальным контролем операторов (субъективный параметр) ремонтных участков.
Существующее ограничение объективного диагностирования и дефектоскопии на примере полиамидных сепараторов определено телеграммой № 2306, представленной на рис. 1. Такое состояние вопроса определяется особенностями приборов диагностики, производящих контроль целостности сепаратора, подвергая его критическому нагружению.
В связи с этим весьма актуальными становятся исследования кинетики разрушений полиамидных материалов сепараторов буксовых узлов, что и было выбрано авторами в качестве цели данной работы.
Учитывая вышеизложенные особенности процесса эксплуатации подвижного состава, сложившуюся технологию ремонта, диагностики подшипниковых узлов и отсутствие стройной теории усталостных разрушений полимерных материалов сепараторов, поставленная цель может быть достигнута при решении следующих задач: исследование конструкционных особенностей и режимов эксплуатации, контроля и ремонта буксовых узлов подвижного состава; определение
наиболее информативных прочностных показателей для полимерных конструкционных материалов; создание в лаборатории условий, соответствующих внешним условиям работы буксовых узлов подвижного состава; экспериментальное определение динамики изменений прочностных характеристик сепараторов в зависимости от условий их эксплуатации; определение кинетики разрушения (трещинообразования) полиамидных материалов.
В добавление к вышесказанному необходимо отметить, что наряду с изменениями последних десятилетий, произошедшими с конструкцией подвижного состава, произошли значительные изменения и конструкции подшипников буксовых узлов. На смену латунным сепараторам пришли полимерные, изготовленные из композитных армированных стекловолокном полиамидов марки «Армамид ПА СВ 30-1ЭТМ» и др. Новая конструкция сепаратора из полиамида (ПА) позволила изменить его устройство (по сравнению с сепараторами из медных сплавов), увеличив количество тел качения в подшипнике с 14 до 15, что значительно снизило нагрузку на подшипниковый узел. Опыт эксплуатации корпорацией ОАО «РЖД» с 1997 г. данных сепараторов подшипников серии 30-42726Е2М, 30-232726Е2М в буксах грузовых, а с 2001 и пассажирских вагонов показал наряду с преимуществом и ряд их недостатков. Так, сложившаяся практика ремонта подшипниковых узлов подвижного состава РЖД предполагает полную разборку роликового подшипника с последующей переборкой, сортировкой по размерам тел качения и отбраковкой их при наличии недопустимых дефектов. В результате первый же ремонт полностью обезличивает составные части подшипника, и дальнейший контроль эксплуатационных характеристик, как отдельных комплектую-
ИЗ МПС ИР 230В 16.12.02 1733=' Г){*/> ^ V /
иве подписи= и\ р..^' í
ЬСШ В. Л, ВЧД, ЛВЧЛ РОССИИ ^ I
КОПИМ ВНИНЖТ (ПОЧТОЙ ) = ■ 1.
В СООТВЕТСТВИИ С РЕЗУЛЬТАТАМИ ИССЛЕДОВАНИИ. ПРОВЕДЕННЫХ ВНИИЖ? СОВМЕСТНО С ПОДШИПНИКОВЫМИ ЗАВОДАМИ И С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ РОЛИКОВЫХ ПОДШИПНИКОВ ВНЕСТИ ИЗМЕНЕНИЯ 3 ПУНК Ь.2.2.1 ИНСТРУКТИВНЫХ УКАЗАНИЙ 3-иВРК: ПОСЛЕДНИЙ АЕЗЛО И С КЛОЧИТЬ И ЗАМЕНИТЬ АБЗАОЕМ СЛЕДУЮЩЕГО СО ДЕРЖАНИЯ.: 'ПОЛИАМИДНЫЕ СЕПАРАТОРЫ ОСМАТРИВАЮТСЯ
ВИЗУАЛЬНО НА НАЛИЧИЕ ТРЕШИН. РАЗРЫВОВ. СКОЛОВ И МЕХАНИЧЕСКИХ ¡¡ОВРБДЕНИИ. РАСТЯЖЕНИЕ СЕПАРАТОРОВ НЕ ПРОИЗВОДИТЬ'. ИЗМЕНЕНИЯ ВСТУПАЮТ Б СИЛУ С МОМЕНТА ПОЛУЧЕНИЯ ТЕЛЕГРАММ.-
ЗАМ ив ПОРЯДИН
ил вочкарев- . ........".'У-".:::"" : гг......
Рис. 1. Ограничения дефектоскопии полиамидных сепараторов
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
щих подшипника, так и его конструкции в целом, не представляется возможным. Более того, возможны варианты установки в буксовые узлы подвижного состава, при проведении ремонтных работ, не приработанных и постгарантийных частей подшипника. Поэтому очевиден факт, что последующая статистика повреждений и неисправностей данных узлов и сборочных единиц ремонтными предприятиями РЖД уже ведется по усредненным показателям, что весьма приближенно отображает истинную причину поломок. Все это в большей мере относится к полиамидным сепараторам, т. к. опыт их эксплуатации весьма невелик, а сроки их гарантийной службы, как было сказано выше, весьма противоречивы и, более того, заканчиваются. Кстати будет отметить, что при выпуске сепараторов дата их производства на самих изделиях не маркируется.
Теоретических обоснований повреждаемости и разрушения изделий из полимерных материалов, как было замечено ранее, не найдено, и поэтому в качестве метода определения причин возникновения неисправностей авторами был выбран экспериментальный метод.
Эту проблему усугубляет и тот факт, что внедрение новых необслуживаемых подшипниковых сборок кассетного типа, сдерживается по ряду причин, одна из которых определена в докладе «Результаты комплексных испытаний тележек грузовых вагонов нового поколения» (МГУПС (МИИТ)), в котором, в частности, говорилось, что по результатам пробеговых эксплуатационных
испытаний колесных пар с буксовыми узлами кассетного типа на экспериментальном кольце ВНИИЖТ установлены массовые повреждения буксовых узлов, причиной которых стал износ полимерных материалов упругого элемента буксовых узлов.
Анализ видов и случаев брака [6] в работе ОАО «РЖД» обнаруживает наиболее повторяющиеся поломки и дефектные отбраковки частей подвижного состава РЖД, к которым, в первую очередь относится буксовый узел (рис. 2). Поэтому в качестве объекта данного исследования авторами был выбран основной элемент буксового узла подвижного состава ОАО «РЖД» - стеклона-полненный полиамидный сепаратор роликового подшипника.
Авторами были проведены исследования отбраковки полиамидных сепараторов за 20102012 гг. по ЛВЧД-7 г. Иркутска. Результаты исследований представлены на рис. 3.
Анализ полученных данных показал, что наиболее частыми причинами дефектовки являются трещины в поверхностном слое сепаратора. Также исследования показали, что при снижении за период с 2010 по 2013 год всех основных неисправностей и дефектов полимерных сепараторов уровень отбраковки по «трещинам» не снижается, а в некоторых случаях отмечается тенденция его увеличения. Так, доля отбракованных сепараторов по трещинам ЛВЧД-7 г. Иркутска составляет 54 %, в абсолютном количестве, или, более 1,5 тысяч штук (рис. 3).
Рис. 2. Поломки и дефектные отбраковки частей подвижного состава РЖД
Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
54%
Рис. 3. Основные неисправности и дефекты полимерных сепараторов
Проведенные ранее исследования определили, что количество брака непосредственно связано с сезонностью (погодно-климатическими условиями) эксплуатации [7], но не объяснили причин возникновения дефектов.
Как было сказано ранее, имеющиеся математические модели работы сепаратора предопределили наиболее нагруженные места конструкции, но также не позволили раскрыть причины возникновения неисправностей.
Проведенный авторами анализ теоретических разработок в нашей стране и за рубежом показал, что для оценки интенсивности изнашивания полимеров и резин были построены расчетные модели с использованием кинетических выражений [8]. Так, С.Б. Ратнер предложил расчетную модель изнашивания в виде
I = 10 • ехр
С
и0 -1-У-0"
Я
(1)
3 =
в-Ст • к• Т-окв • Ь
(2)
где 10 - константа изнашивания, и0 - энергия активации разрушаемых связей, о - напряжение, у - постоянная, связанная со структурой материала, / - коэффициент трения, Я -3 - энергия теплового движения. Особенностью полученного выражения является наличие в эффективной величине энергии активации (числитель дроби) механической составляющей, выраженной вторым слагаемым. Однако физический смысл констант 10 и у и в этом случае не ясен.
Пример иной организации кинетической модели изнашивания при фреттинге, параметры которой отражают связь механических и физико-химических свойств материала с характеристиками микрогеометрии контакта и параметрами внешних воздействий, представлен в работе [9]. Скорость линейного износа записывается
а-к-о2• Ла •ё
где е - предельное относительное удлинение; Ст -атомная теплоемкость; оэКв - эквивалентная нагрузка; ё - диаметр элементарного пятна контакта; к - постоянная Планка; Ь - проскальзывание на контакте; а - коэффициент теплового линейного расширения; ав - предел прочности; Аа -номинальная площадь контакта. Эквивалентная нагрузка определяется из выражения,
Оэкв = 3т = 3^+ 2п-Л - £-4Р-0 ), (3) где р - плотность материала; G - модуль сдвига; цг - фактическое давление в контакте;£ А - характеристики режима фреттинга, соответственно частота и среднегеометрическая амплитуда осцилляции в плоскостях контакта. При этом механизм разрушения материала поверхностного слоя рассматривается как атермический, а его активацион-ные параметры и скорость разрушения (частота активации локального объема) оцениваются аналитическим путем [10]. Однако методики их экспериментального определения и интерпретация их физического смысла также требуют дальнейшего совершенствования.
Более того, при использовании приведенной расчетной модели изнашивания определенную сложность представляет оценка ее параметров для материала тонкого, модифицированного трением поверхностного слоя. Кроме того, учет влияния различных способов модифицирования поверхностей через коэффициент трения, предложенный в [9], не всегда оправдан, т. к. не существует надежной корреляции между фрикционными и противо-износными характеристиками материалов.
Также в большинстве исследований по работоспособности цилиндрических роликоподшипни-
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
ков повышение их износостойкости связывается с оптимизацией геометрии поверхностей трения, что отражено в теоретических [11] и экспериментальных работах [12].
Вместе с тем повышение износостойкости роликоподшипников за счет оптимизации геометрии поверхностей трения сопряжения следует признать недостаточно эффективным из-за невозможности учета всех видов деформации деталей в процессе их эксплуатации.
Классическая наука о прочности - сопротивление материалов, оперирующая традиционными представлениями о существовании некоторого предельного для каждого материала механического напряжения, не может дать на него ответ, поскольку в механических критериях фактор времени как таковой отсутствует. Кроме того, механический подход не позволяет оценить влияние на прочность материалов совокупности воздействий (химических, термических, хемомеханических, электрохимических, радиационных и др.), имеющих немеханическую природу, но способных существенно повлиять на износостойкость материалов.
Характерной особенностью поверхностного слоя композитных материалов является наличие текстуры, вызывающей анизотропию его механических свойств. Данная анизотропия является вторичной, т. е. результатом пластической деформации материала в зоне фактических пятен касания. Известно [9], что прочность анизотропных материалов существенно зависит от направления приложения нагрузки, однако в трибологических исследованиях этот факт зачастую игнорируется.
Из приведенного анализа вытекает, что имеющиеся данные оценки активационных параметров разрушения материалов недостаточны для проведения расчетов на износ, так как они не учитывали ряд существенных факторов: влияния среды, модификации и т. д.
Понятие прочности в общей формулировке не связано с конкретными физическими параметрами и является свойством материалов сохранять устойчивость при внешних воздействиях. Хорошая сопротивляемость материала одним воздействиям не означает высокую стойкость к другим, поэтому характеристика «прочность» в каждом случае нуждается в пояснении, к чему эта стойкость относится. Так, в последние десятилетия проблема создания высокопрочных (с высоким временным пределом) материалов в целом решалась более успешно, чем задача обеспечения их высокой стойкости к хрупкому разрушению, износу и усталости, хотя несомненная актуальность последней очевидна.
Неоднородность и анизотропия материала поверхностного слоя не позволяют использовать для его описания классические теории (упругости, механики сплошной среды и др.) [13]. Поэтому заранее рассчитать такие параметры, как прочность межатомных связей в кристаллической решетке, твердость, размеры дислокационных ячеек и т. д., при помощи известных теоретических методов не представляется возможным. Единственным источником данных в таком случае остается эксперимент, проведенный в строго выдержанных условиях [14].
По результатам литературного обзора имеющихся разработок в данном направлении можно сделать вывод, что вопросам исследований динамики повреждаемости и разрушаемости полиамидных материалов в процессе их эксплуатации не уделено должного внимания. Как правило, исследованиям подвергаются только статистические данные повреждений, и, как результат, трещино-образование в процессе эксплуатации полиамидных сепараторов остается неизменным в течение ряда лет.
Совокупность в процессе эксплуатации внешних и внутренних факторов и воздействий предопределяет усталостное изнашивание конструкций и их материалов. Очевидно, что учет всех не всегда оправдан и не всегда представляется возможным, поэтому в процессе исследования рассматривались главные из них. Одним из основных механизмов повреждаемости является пластическая деформация поверхностного слоя (деформационное и абразивное изнашивание), другим - его усталостное охрупчивание (фреттинг, фреттинг-коррозия, усталостное и окислительное изнашивание, контактная фрикционная усталость и др.). Особенность указанных двух групп - их конкурирующее влияние на долговечность изделия. Какой вид изнашивания окажется ведущим в конкретных условиях эксплуатации, зависит от состояния материала. Физическая причина этой конкуренции кроется в том, что при упрочнении конструкционных материалов изменение твердости сопровождается уменьшением пластичности. При этом высокая пластичность в сочетании с малой твердостью активирует деформационные формы изнашивания, а высокая твердость в сочетании с малой пластичностью - усталостные. Отметим, что если усталостное изнашивание может протекать без деформационных явлений, то деформационные виды изнашивания всегда протекают на фоне усталостных процессов. Практика показала, что ударная вязкость позволяет судить о стойкости материалов к хрупкому разрушению, однако данный критерий не имеет исчерпывающего физического обоснования по ряду причин: по-
Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
верхность разрушения является трехмерной, поэтому точная оценка ее площади проблематична; большая часть энергии тратится не на образование новых поверхностей при растрескивании, а на предшествующую пластическую деформацию, сосредоточенную в некотором объеме образца, прилегающем к месту разрушения, в связи с чем В.В. Федоров определил ударную вязкость как условный параметр, не позволяющий в полной мере быть пригодным для применения в окончательных расчетах на прочность.
За показатель прочности и износостойкости полимерного материала авторами были приняты комплексные динамические показатели твердости материала в совокупности с его пластичностью (вязкостью), соответствующие условиям эксплуатации.
В работе [15] были подробно рассмотрены условия эксплуатации полиамидных сепараторов, в качестве которых автором были определены климатические условия.
Авторами в рамках данного исследования были проведены расширенные изыскания метеорологических данных последних лет по г. Иркутску, Братску, Улан-Удэ, которые показали достаточно стабильную динамику сезонных показателей температуры и влажности.
Более того, показатели данных регионов соответствуют широтам большей части Транссибирской магистрали РЖД, представленной на рис. 4 (карта РЖД). Таким образом, анализ полученных данных по климатическим и природным условиям эксплуатации дал основание авторам определить условия моделирования сезонностей, соответствующих уральскому, сибирскому и дальневосточному дивизионам РЖД. Полученные данные представлены в таблице 1.
Для проведения экспериментальных исследований твердости и ударной вязкости в соответствии с ГОСТ 4647-80 были изготовлены образцы из полиамидных сепараторов для испытаний на ударную вязкость и твердость. Как было определено ранее, именно на основании этих показаний, можно судить о прочности полиамидных изделий. Разработанная технология позволила сделать образцы непосредственно из готовых сепараторов.
С учетом разработкок ВНИИЖТ [16] образцы включали в себя наиболее нагружаемые конструктивные элементы сепаратора. Режимы обработки образцов при их изготовлении были подобраны таким образом, что температурные воздействия резания не оказывали влияния на структуру полиамида. Более того, образцы изготавливались одновременно на весь комплекс экспериментов, а
; кдгдкнвТАМ/
Рис. 4. Исследованные климатические и природные зоны эксплуатации РЖД
Условия моделирования сезонностей
Т а б л и ц а 1
Сезон
Лето Лето-осень Осень Осень- зима Зима Зима-весна Весна Весна-лето
1, С +20,+25 +15,+20 +10,+15 +0,-5 -20,-25 +0,+5 +5,+10 +15,+20
Влажность, % 30 80 80 80 30 40 50 80
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
разработанная авторами технология их изготовления была неизменна, поэтому с большой долей уверенности можно утверждать, что отклонения исследуемых показателей образцов были незначительны. Всего было изготовлено и подверглось испытанию более 150 образцов.
В качестве исходных изделий, для изготовления образцов использовались сепараторы из материала «Армамид» различных заводов-изготовителей.
Образцы изготавливали на широкоуниверсальном фрезерном станке СФ67. Размеры образцов для исследования составляли 12х6х4 мм с точностью обработки ±0,1 мм. Рабочую сторону образцов располагали со стороны внутренней спинки сепаратора по направлению литья (продольное направление) с целью уменьшения разброса результатов экспериментов (рис. 5). Стороны образцов обрабатывались и не являлись границами исходных заготовок. Для измерения геометрических параметров изготовленных образцов в качестве объективного прибора контроля авторами был использован толщиномер МТ-05 с постоянной нагрузкой. Выбор данного метода был основан на свойствах стеклонаполненного полиамидного материала, являющегося композитным материалом с непостоянной объемной плотностью. Такое измерение полностью соответствовало определению размеров образцов объемной плотности, согласно стандартам ISO 534:2005. Точность составляла 0,01 мм, погрешность: ± 0,5 %.
Подготовительные процессы соответствуют технологическим операциям подготовки полимерных материалов при проведении промышленных испытаний.
Испытание образцов полимерных материалов осуществлялось на установке маятникового копра модели 2083 КМ-0,4. Данное оборудование применяется для испытания материалов с высокой ударной вязкостью под воздействием динамических грузов и предназначено для определения па-
раметров пластиков и их композитов. Испытание образцов из полиамида производилось на дву-хопорный изгиб (метод Шарпи), по ГОСТ 9454, ГОСТ 9455, ISO148-2-1998, ASTM-\370, EN 100045-1.
Эксперименты были проведены при постоянных режимах работы, неизменной потенциальной энергии топора (Рр = const = 2J). Испытанию подвергались полиамидные образцы серией по семь-девять образцов одного геометрического размера. Образцы подвергались однократному воздействию независимо от их состояния после испытаний. Ударную вязкость образцов без надрезов в кДж/м (кгс см/см) вычисляли по формуле
А (4)
an =
b • s
где Ап - энергия удара, затраченная на разрушение образца без надреза, Дж (кгс см); Ь - ширина образца по его середине, мм (см); 5 - толщина образца по его середине, мм (см). Производились вычисления среднеарифметического результата испытаний. Данные заносились в таблицу. Вычисленные значения, округленные до двух значащих цифр, представлены в виде графика (рис. 6).
Для определения твердости образцов был использован прибор ТЭМП-3. Используемый метод динамического контроля измерения твёрдости полимеров характеризуется широким диапазоном и малой погрешностью измерений вместе с простотой обслуживания в процессе измерения твердости. Наличие широкого спектра преобразователей позволяет использовать прибор в любых случаях применимости динамического метода. Измерение производилось по шкале Лейба, которая соответствует всем требованиям стандарта А8ТМ А956. Также данный прибор позволяет автоматически отстраиваться от влияния положения.
Все это позволило оценить состояние исследуемого материала в смоделированных условиях, соответствующих реальным условиям эксплуата-
Рис. 5. Изготовление образцов на станке СФ67
Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
ции. Кстати будет отметить, что пространственное измерение твердости в ходе эксплуатационных нагрузок позволило выявить очаги и уровни изменений, возникшие в материале в процессе его работы, а также определить характер и зону воздействия источника разрушений. Также это дало возможность существенно повысить достоверность оценки состояния полимера, особенно в стадии его активной эксплуатации.
Обработанные данные будут представлены в ближайшее время.
Таким образом, в смоделированных условиях соответствующих реальным климатическим условиям эксплуатации регионов Урала, Сибири и Дальнего Востока были определены твердость и ударная вязкость образцов полиамидных сепараторов.
Комплексное представление полученных экспериментальных результатов твердости, ударной вязкости образцов полиамида и статистики отбраковки стеклонаполненных полиамидных сепараторов отображено на графике рис. 6.
Анализ данных, полученных в ходе эксперимента и представленных на графике, позволил определить причины возникновения неисправностей полиамидных сепараторов в процессе их эксплуатации.
На графике авторами были определены 3 характерные зоны. В рамках данных исследований
им были присвоены термины осеннего разрушения, зимнего разрушения и весеннего разрушения соответственно. Были найдены условия, при которых образуется повышенное изнашивание, как деформационное, так и усталостное. Эти условия обозначены зонами 1 и 3, соответствующими осеннему (163 ед.) и весеннему (160 ед.) разрушениям.
Зона 2 зимнего разрушения, является самой благоприятной для эксплуатации подвижного состава. Статистические исследования браковки сепараторов ЛВЧД-7 г. Иркутска подтверждают это, также показывая в этот период минимальное количество отбракованных сепараторов.
Несмотря на кажущуюся идентичность наибольшей динамики выбраковки сепараторов в осенний и весенний периоды эксплуатации (163 и 160 ед.), физические причины возникновения усталостных разрушений полиамидных сепараторов подшипниковых узлов подвижного состава ОАО «РЖД» в эти периоды имеют разную природу. При упрочнении конструкционных материалов, вызванном снижением температуры среды, изменение твердости сопровождается уменьшением пластичности, которая напрямую зависит от влажности.
Из полученных в ходе исследований результатов можно сделать вывод, что кинетикой разру-
54
51
800
750
Лето - осень Осень Зима Зима-весна Весна
Твердость Ударная вязкость -*-Отбракованныхсепараторов
Рис. 6. Экспериментальные данные твердости, ударной вязкости и отбраковки стеклонаполненных
полиамидных сепараторов
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
шения полиамидных сепараторов подшипников буксовых узлов подвижного состава ОАО «РЖД» является:
- в осенний период эксплуатации - высокая пластичность в сочетании с малой твердостью, активирующая деформационные формы изнашивания;
- в весенний период эксплуатации - высокая твердость в сочетании с малой пластичностью, что вызывает усталостные разрушения.
Практическую значимость полученных результатов можно определить после разработки технологии подготовки и восстановления работоспособности полиамидных сепараторов в демисезонные периоды эксплуатации подвижного состава, что является темой дальнейших исследований.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГОСТ 10589-87 Полиамид 610 литьевой. Введ. 1988-07-01. М. : Изд-во стандартов, 1987. 12 с.
2. ГОСТ 22372-77. Материалы диэлектрические. Методы определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь. Введ. 1978-01-01. М. : Изд-во стандартов, 1977. 12 с.
3. Триботехнические основы повышения износостойкости рельс, колес и колесных подшипников / Громаковский Д.Г. и др. // Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин : тр. Меж-дунар. науч.-техн. конф. Самара, 25 нояб. 2003 г. Самара, 2003. С. 207-212.
4. Громаковский, Д.Г., Ибатуллин И.Д. Новый метод оценки пластичности материалов // Аку-стико-эмиссионный метод диагностики на железнодорожном транспорте : сб. докл. СПб., 2003. С. 51-56.
5. Геккер, Ф.Р., Хайрамиев С.И. Влияние динамического контактного взаимодействия насилу трения скольжения // Машиноведение. 1985. №5. С. 88-93.
6. Богинский О.И. Укреплять безопасность движения // Вагоны и вагонное хозяйство. 2007. № 4 (12). С. 10-13.
7. Лившиц А.В., Машович А.Я. Филиппенко Н.Г. Аспекты электротермической обработки материалов электромагнитным полем высокой частоты // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2011. Вып. 2. (30). С. 135-140.
8. Финкель В.М. Физические основы торможения разрушения. М. : Металлургия, 1977. 360 с.
9. Лихачев В.А., Малинин В.Г. Структурно-аналитическая теория прочности. В 2 ч. СПб : Наука, 1995.
10.Закревский В.А., Похотин В.А. Автоионизационный механизм разрыва химических связей в макромолекулах // Высокомолекулярные соединения. 1981. Т. 23А, № 3. С. 658-667.
11. Гайдамака А.В., Борзилов И.Д., Дунай Л.М. Исследование напряженного состояния конструкции сепаратора крупногабаритных роликовых подшипников // Вестн. ХГПУ. 1997. Вып. 7. С. 5-7.
12. Гайдамака А.В., Алифиренко В.Ю. Влияние геометрии маслоудерживающей канавки в гнездах сепаратора со стороны поверхностей трения колец на напряженно-деформированное сотояние его конструкции // Вестн. ХГПУ. 2010. Вып. 40. С. 79-82.
13.Демкин Н.Б. Качество поверхности и контакт деталей машин. М : Машиностроение, 1981. 244 с.
14. Ибатуллин И.Д. Кинетика усталостной повреждаемости и разрушения поверхностных слоев: монография. Самара: Изд-во Самар. гос. техн. ун-та, 2008. 387 с.
15. Филиппенко Н.Г. Математическая модель процесса высокочастотной обработки полимерных материалов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2012. Вып. 1 (33). С. 76-79.
16.Аверин Н.А., Русанов О.А., Иванов С.Г. Исследования нагруженности полиамидных сепараторов для буксовых подшипников методом конечных элементов // Вестник ВНИИЖТ. 2007. № 3. С. 24-29.
17. Работоспособность букс можно повысить / Аверин Н. А. и др. // Локомотивы. 2006. № 12. С. 36
