CC BY
3УДК 621.9.048
Бунтаков Д.В.
студент 1 курса аспирантуры, кафедра «Электроэнергетика и электротехника» специальность 2.4.4 - «Электротехнология и электрофизика» Саратовский государственный технический институт имени Гагарина Ю.А. (г. Саратов, Россия)
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННОСТИ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ
Аннотация: в статье рассматриваются методы обработки материалов для восстановления изношенности рельсового пути. Проблема изношенности рельсового пути возникает из-за постоянного контакта колес железнодорожного подвижного состава с рельсами. Этот контакт создает трение и приводит к изнашиванию рельсов. Износ рельсов может проявляться в виде оплавления, изломов, забоев и расколов.
Ключевые слова: изношенность рельс, методы, дуговая наплавка, электроискровое легирование, ультразвуковая обработка, наплавка ультразвуком.
Изношенность рельсов является обычным явлением в железнодорожной инфраструктуре. Для их восстановления применяют различные методы обработки материалов.
Основные причины износа рельсов:
1. Тоннаж: Чем больше вес поезда, тем больше давление оказывается на рельсы, что ускоряет их износ.
2. Скорость: Повышенная скорость увеличивает силу трения между колесами и рельсами, что также способствует износу.
3. Неровность укладки: Если рельсы не уложены ровно и имеют неровности, то это приводит к дополнительному износу в местах соприкосновения колес и рельсов.
4. Присутствие песка или гравия: Частицы песка или гравия между рельсами и колесами создают дополнительные точки трения, что ускоряет износ.
5. Погодные условия: Влажность, образование льда или снега на рельсах также повышают трение, приводя к усиленному износу.
Борьба с износом рельсового пути является важной задачей для обеспечения безопасности и эффективности железнодорожной инфраструктуры.
Существует несколько технологических методов восстановления рельсов:
1. Шлифовка рельсов:
Описание: Этот метод включает в себя применение шлифовальных машин для удаления слоев изношенного материала с поверхности рельсов.
Преимущества: Улучшает геометрию рельсов, повышает их сопротивление износу и увеличивает комфортность движения поездов.
Недостатки: Не всегда эффективен для устранения серьезных повреждений.
2. Сварка рельсов:
Описание: Сварка используется для восстановления дефектов, таких как трещины и изгибы.
Могут применяться различные методы сварки, включая электросварку и термитную сварку.
Преимущества: Устранение дефектов, увеличение срока службы рельсов.
Недостатки: Требуется высокая квалификация для выполнения сварочных работ.
3. Наплавка материалов:
Описание: Процесс добавления дополнительного материала к изношенным участкам рельсов для восстановления износа.
Преимущества: Увеличение толщины рельсов, улучшение износостойкости.
Недостатки: Требует тщательного контроля качества наплавки.
Выбор метода зависит от степени износа, характера повреждений и технических особенностей конкретного участка железнодорожного пути. Комбинированный подход, включающий несколько методов, часто является наиболее эффективным [1].
В настоящее время активно исследуются различные перспективные методы восстановления изношенных частей рельсов.
Авторами [2] предложен способ восстановления изношенных поверхностей катания железнодорожного рельсового пути без его снятия с полотна. Для этого проводится зачистка изношенной поверхности до металла, ее нагрев до температуры 400-450°С и наплавка нового слоя методом электродуговой сварки. Наплавка проводится по всей длине рельса и по обе стороны изношенного участка с превышением номинального размера поверхности катания. После этого поверхность катания рельса естественным образом охлаждается и подвергается механической обработке.
Также авторами [3] предложен способ восстановления изношенных поверхностей катания железнодорожного рельсового пути без его удаления с полотна. При котором осуществляют зачистку изношенной поверхности до бездефектного металла. После происходит нагрев поврежденного участка рельса газовой горелкой до температуры ниже температуры плавления материала рельса и нанесение на рабочую поверхность рельса покрытия из порошкового самофлюсующегося сплава.
Предложен [4] способ восстановления профиля рамного рельса Р50 электродуговой наплавкой, включающий определение зон восстановления поверхности рельса, подлежащих наплавке, и их предварительную
механическую обработку. Нагрев каждого участка зоны восстановления и последующую электродуговую наплавку данного участка.
Таким образом, анализ научно-технической и патентной литературы подтверждает большую потребность в современных методиках восстановления изношенных частей рельсов.
В данной статье рассматриваются основные способы, которые используются для восстановления изношенных участков рельсов.
Дуговая наплавка.
Рис. 1. Дуговая наплавка.
Дуговая наплавка (рис. 1) является одним из методов восстановления изношенных частей рельс. Она используется для увеличения срока службы рельсов, устранения дефектов и восстановления оригинального профиля рельса.
Процесс дуговой наплавки начинается с очистки поверхности рельса от загрязнений и окислов. Затем на поврежденную часть рельса наносится слой сварочного материала при помощи дуговой сварки. Для дуговой сварки обычно используется электрод с покрытием, который плавится в дуге и образует наплавленный металл [5].
Особенностью дуговой наплавки является использование высоких температур и энергии, что позволяет наносить твердый и прочный наплавленный слой на рельс. Такой слой обычно имеет высокую стойкость к износу, ударам и другим воздействиям.
В целом, дуговая наплавка используется для устранения дефектов и восстановления поверхности рельса, что позволяет продлить его срок службы и обеспечить безопасность и комфорт при движении поездов. Электроискровое легирование.
Анод
а) Щ&Ё
/Т\
/ 1 д
Катод'
Рис. 2. Схема физических процессов в межэлектродном промежутке.
при электроискровом легировании:
а) этап оплавления, б) электрическая эрозия,
в) физико-химическое взаимодействие
Электроискровое легирование (рис. 2) - это процесс, при котором металлическое покрытие наносится на поверхность изношенных частей рельс с помощью электрического разряда.
Процесс начинается с создания электрического разряда между электродом и поверхностью рельса. В результате разряда происходит плавление поверхности рельса и улавливание плавящегося металла с электрода. Этот плавящийся металл формирует новое покрытие на поверхности рельса, укрепляя её и повышая износостойкость [6].
Основные преимущества электроискрового легирования для изношенных частей рельс:
1. Улучшение износостойкости,
2. Улучшение свойств поверхности,
3. Уменьшение издержек.
Ультразвуковая обработка и наплавка ультразвуком
Ультразвуковая обработка:
Ультразвуковая обработка - это технология, использующая ультразвуковые волны для обработки материалов. В железнодорожной отрасли ультразвуковая обработка может применяться для различных целей, включая:
1. Дефектоскопия:
Описание: Ультразвуковые волны используются для обнаружения дефектов, таких как трещины или внутренние дефекты, в структуре рельсов.
2. Ультразвуковая шлифовка:
Описание: Применение ультразвуковых волн для точной шлифовки поверхности рельсов, устранения мельчайших дефектов и улучшения геометрии.
Наплавка ультразвуком:
Наплавка ультразвуком - это процесс добавления материала к поверхности объекта с использованием ультразвуковой волны.
В контексте восстановления рельсов это может быть использовано для:
1. Наплавка изношенных участков:
Описание: Ультразвуковая энергия используется для наплавки дополнительного материала на изношенные или поврежденные участки рельсов.
Преимущества: Высокая точность нанесения материала, минимизация теплового воздействия на окружающую область.
2. Сварка ультразвуком:
Описание: Ультразвуковые волны применяются в процессе сварки, обеспечивая высокую степень проникновения и качество соединения.
Преимущества: Улучшенная прочность сварного соединения, снижение возможности дефектов.
Обе технологии, ультразвуковая обработка и наплавка ультразвуком, предоставляют инновационные методы обработки материалов в железнодорожной промышленности. Их применение может повысить эффективность восстановления рельсов и обеспечить более долгий срок их службы [7].
Схема технологической установки для наплавки с ультразвуком и металлопорошковой присадкой.
Рис. 3. Схема технологической установки для наплавки с ультразвуком и металлопорошковой присадкой:
1 - устройство для передачи ультразвуковых колебаний на электрод,
2 - волновод-концентратор,
3 - электродная проволока,
4 - корпус наплавочной головки,
5 - токовод,
6 - устройство для подачи газопорошковой смеси,
7 - наплавляемая поверхность.
Установка работает следующим образом. Устройство 1 передает от генератора через волновод-концентратор 2 продольные ультразвуковые
колебании тоководу 5, установленному в наплавочной головке. В направляющей трубке токовода 5 возбуждаются поперечные колебания, которые передаются наплавочной проволоке 3. Колебания электродной проволоки вызывают диспергирование капель расплава электрода на мелкие частицы, которые получив колебательные движения, попадают в сварочную ванну и, став дополнительными центрами кристаллизации, способствуют образованию однородной структуры.
Таким образом, анализ методов восстановления изношенности рельсового пути позволяет сделать вывод о необходимости улучшения этих методов, внесения доработок или разработки новых подходов. Развитие и совершенствование методов восстановления изношенности рельсового пути является важной задачей для обеспечения безопасности и эффективности железнодорожного транспорта. Улучшение существующих методов и создание новых подходов не только продлит срок службы рельсового пути, но также позволит снизить затраты на его обслуживание и улучшить качество транспортного обслуживания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Лисицын, А. И. О надежности рельсов в различных условиях эксплуатации и необходимых мероприятиях по ее повышению / А. И. Лисицын // Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений: сборник научных докладов по материалам заседания некоммерческого партнерства «Рельсовая комиссия» (Анапа, 7-9 октября 2020 г.). - Екатеринбург: УИМ, 2021. - С. 58-68;
2. Патент 2 382 695 Российская Федерация, Способ восстановления изношенных поверхностей / В.В. Косаревский, В.А. Морозов, патентообладатель В.В. Косаревский, В.А. Морозов, заявка 2008133389/02 от 15.08.2008, опубликован 27.02.2010, Бюл. № 6. - www.fips.ru;
3. Патент 2 421 309 Российская Федерация, Способ восстановления изношенных поверхностей катания железнодорожного рельсового пути без его снятия с полотна / М.М. Берзин, А.Н. Пурехов, патентообладатель М.М. Берзин, А.Н. Пурехов, заявка 2009146003/02 от 14.12.2009, опубликован 20.06.2011, Бюл. № 17. - www.fips.ru;
4. Патент 2 779 781 Российская Федерация, Способ восстановления профиля рельса (варианты) / В.Д. Ленкин, В.Г. Климов, патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «ГТ-Алюминотермитная сварка», заявка 2022112435 от 06.05.2022, опубликован 13.09.2022, Бюл. № 26. - www.fips.ru;
5. Козырев, Н. А. Ручная дуговая сварка : Учебное пособие для студентов / Н. А. Козырев, Р. Е. Крюков, С. Г. Рудаков. - Новокузнецк : Издательский центр СибГИУ, 2015. - 189 с.;
6. Электроискровое легирование титана и его сплавов металлами и композиционными материалами / А. Д. Верхотуров, И. А. Подчерняева, В. М. Панашенко, Л. А. Коневцов. - Комсомольск на Амуре : Институт машиноведения и металлургии, 2014. - 320 с.;
7. Электроимпульсная и ультразвуковая обработка материалов в точном литье : монография / Л. Г. Знаменский, О. В. Ивочкина, Б. А. Кулаков, В. В. Крымский, Южно-Уральский государственный университет, Российская академия естественных наук Кафедра «Литейное производство». - Челябинск : Издательский центр ЮУрГУ, 2010. - 259 с.
Buntakov D.V.
Saratov State Technical University (Saratov, Russia)
METHODS OF MATERIAL PROCESSING FOR RESTORATION OF RAIL TRACK DETERIORATION
Abstract: the article deals with methods of materials processing for restoration of railroad track wear. The problem of railroad track wear arises due to the constant contact of railroad rolling stock wheels with rails. This contact creates friction and leads to rail wear. Rail wear can manifest itself in the form of melting, fractures, fences and splits.
Keywords: rail wear, methods, arc cladding, electrospark alloying, ultrasonic treatment, ultrasonic cladding.
