CC BY
30
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)
ЕКСПЛУАТАЦ1Я ТА РЕМОНТ ЗАСОБ1В ТРАНСПОРТУ
УДК 629.46.027.2:629.488
Л. А. МУРАДЯН1*, Д. О. ПОДОСЬОНОВ2*
1 Каф. «Вагони та вагонне господарство», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет зал1зничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншро, Укра!на, 49010, тел. +38 (056) 373 15 19, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0003-1781-4580
2*Регюнальна фшя «Придшпровська зал1зниця», пр-т Дмитра Яворницького, 108, Дншро, Укра1на, 49038, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-7058-5230
П1ДВИЩЕННЯ М1ЖРЕМОНТНОГО РЕСУРСУ В1ЗК1В ВАНТАЖНИХ ВАГОН1В.
МОДЕЛЬ ГЕОМЕТРП ЗНОСУ П1ДП'ЯТНИКА
Мета. У науковш робот необхщно: 1) проанал1зувати техшчний стан вантажних вагошв та технолопчш методи, що застосовуються при ремонл; 2) встановити можлив1 шляхи для тдвищення ресурсу в1зшв вантажних вагошв; 3) розробити математичну модель для описання геометри зносу вихщно! поверхш тдп'ятника надресорно! балки в1зка на вщповвдному життевому цикл1 вантажного вагона. Методика. Для виршення комплексно! задач1 тдвищення м1жремонтного ресурсу в1зшв вантажних вагошв було викорис-тано методи синтезу, анал1зу та системного пвдходу. Кр1м того, використовуеться апарат математичного моделювання, ф1зики твердого тша, теорп тертя та зношення твердих тш. Результати. Проведений анал1з техшчного стану вантажних вагошв показав, що до 15 % несправностей припадае на в1зки. Окремим елеме-нтом в1зка, що ремонтуеться, е надресорна балка. При цьому найчастше ввдновлюеться пвдп'ятник. Знос тдп'ятника вщбуваеться нер1вном1рно, а технолопчш методи, що застосовуються при ремонп, не дозволя-ють забезпечити р1вном1рний знос, через що виникае необхвдшсть у передчасному ремонтт Одним 1з спосо-б1в шдвищення ресурсу тдп'ятника пвд час ремонту е застосування наплавлення чи напилювання, але 1з забезпеченням дискретно! мщносп та зносостшкосп у поздовжньому та поперечному напрямках вщповвдно до оа вагона. Для встановлення меж розподшення вщновлюваного матер1алу по д1аметру пвдп'ятника було розглянуто втомний процес зносу пвд час взаемодп з п'ятником та описано геометрш поверхш зносу пвдп'ятника. Наукова новизна. У робот було проанал1зовано техшчний стан в1зшв вантажних вагошв за критер1ем зносу. Показано, що динашка несправностей в1зшв мае позитивний характер. Кр1м того, значне м1сце серед деталей, що ремонтуються, займае надресорна балка, особливим 1 навантаженим м1сцем яко! е тдп'ятник. Для описання геометри зносу вперше запропоновано математичну модель визначення вихщно! поверхш шдп'ятника на ввдповщному життевому цикл в1зка вантажного вагона. Практична значимкть. Результати роботи дозволяють установити геометрш поверхш зносу пвдп'ятника надресорно! балки в1зка при взаемодп з п'ятником вантажного вагона з позици протжання втомного зносу, тобто, за критер1ем мщ-ностт
Ключовi слова: вантажш вагони; в1зки; м1жремонтний пробщ геометр1я зносу; надресорна балка; технолопчш методи
Вступ
Зал1зничний транспорт у всьому свт займае значну частину ринку послуг, яю пов'язат з оргашзащею та забезпеченням перев1зного процесу [4-6, 8-11]. Головним завданням затз-ниць е тдвищення р1вня безпеки руху по!зд1в, на яку впливають надшшсть i безвщмовшсть рухомого складу, лшш електропередач та зв'язку, пристро!в блокування, стан i профiль колii.
На безпеку руху поiздiв та техшко-економiчнi показники перевiзноi роботи у ПАТ
«Украiнська затзниця» значною мiрою впливае технiчний стан вантажного вагонного госпо-дарства [4, 7, 8]. Для тдвищення техтко-економiчних показникiв останнiм часом роз-глядаеться можливiсть збiльшення мiжремонт-них пробтв вантажних вагонiв без зниження рiвня безпеки руху поiздiв. Досягнення такоi мети можливе на основi використання двох ш-дходiв. Перший - пов'язаний з розробкою но-вих зразкiв вантажного рухомого складу зi зб> льшеним мiжремонтним пробном та виготов-ленням нових окремих елеменлв для вагонiв, що експлуатуються, наприклад, вiзкiв та колю© Л. А. Мурадян, Д. О. Подосьонов, 2017
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)
них пар з шдвищеними ф1зико-механ1чними та триботехшчними властивостями. Другий -пов'язаний i3 застосуванням нових, бшьш ефе-ктивних, технологiй ремонту вантажних ваго-нiв, що забезпечують необхiдне шдвищення мiцнiсних та зносостiйких властивостей юную-чих експлуатованих зразкiв для збшьшення !х мiжремонтного пробiгу.
Перший варiант, дiйсно, е найнеобхiднiшим, оскiльки бшьше 80 % експлуатованого вантаж-ного рухомого складу е морально зношеним. Але, враховуючи наявнi фiнансовi ресурси, ПАТ «Укра!нська залiзниця» не мае можливос-тi одночасно замiнити декшька тисяч зразкiв вагонно! технiки, що експлуатуеться i якiй про-довжено термш служби, оскiльки для цього не-обхiдно залучати валютнi кредити та лiзинговi кон' юктури.
На цей час, з урахуванням економiчного стану Укра!ни, другий напрям е найбiльш при-йнятним, оскiльки не потребуе залучення знач-них фiнансових вкладень для ПАТ «Украшська затзниця».
На основi звiтiв ПАТ «Укрзалiзницi» про стан безпеки руху на затзницях Укра!ни було виконано аналiз несправностей вантажних ва-гонiв, що призвели до транспортних подш у 2013-2015 рр. Слщ зазначити, що несправно-ст вiзкiв вантажних вагонiв мають позитивну динамiку - вiд 7 % у 2013 рощ до 15 % у 2015 рощ вщ загально! кшькост вiдмов вагонiв. У 2014 р. вщбулось збiльшення на 10 %, а в 2015 р. - на 45,5 % порiвняно з попередшм роком [4, 7].
Крiм того, бшьше 80 % вiзкiв вантажних ва-гошв е морально та фiзично зношеними, що з кожним подальшим роком експлуатаци буде призводити до накопичення дефектiв в металi з утворенням трщин через зниження втомлюва-но! мiцностi, а також призводити до раптових вiдмов вагонiв [4-6, 8-14].
В цей час експлуатащя вагонного парку вщ-буваеться в умовах пщвищеного використання вантажопiдйомностi вагона i високих швидко-стей руху. В результат навiть при русi на пря-молiнiйних дiлянках - сила шерци досягае зна-чень, що достатш для вiдриву п'ятникiв вщ по-верхнi пiдп'ятника [4].
При обстеженнях надресорних балок вста-новлено [4, 6], що глибина зношв опорних по-
верхонь шдп'ятниюв, упорних поверхонь зов-шшшх i внутрiшнiх буртiв рiзко зросла. Зазна-чене вiдбуваеться при шдвищенш iнтенсивнос-тi перемiщень п'ятникiв вщносно пiдп'ятникiв. Додатковий вплив вiдбуваеться при кромочному обпиранш п'ятникiв на тдп'ятники i насту-пний !х вiдносний поворот пiд час проходжен-ня кривих, що в результат призводить до максимально! глибини зносу опорно! поверхш пiдп'ятникiв, штенсившсть такого зносу може складати до 1 мм в рш.
В експлуатаци вантажних вагошв вiдбува-еться нерiвномiрний знос пiдп'ятника, що пов'язаний з штенсившстю проходження ваго-шв по кривих кол^ малого радiуса [4, 8]. При цьому вщбуваеться нерiвномiрне збiльшення навантажень у вiзку вантажного вагона (розва-нтаження одного буксового вузла, надмiрне збiльшення навантаження на протилежний бук-сових вузол тощо).
Мета
Проанатзувати технiчний стан вантажних вагонiв та технолопчш методи, що застосову-ються пiд час ремонту. Встановити можливi шляхи для пiдвищення ресурсу вiзкiв вантажних вагонiв. Розробити математичну модель для описання геометр^ зносу вихщно! поверхнi пiдп'ятника надресорно! балки вiзка на вiдповi-дному життевому циклi вантажного вагона.
Методика
Ресурс шдп'ятника можна пiдвищити за ра-хунок застосування сталей з полшшеними ме-ханiчними властивостями. Аналiз умов роботи i результатiв експлуатац^ надресорних балок вiзкiв вантажних вагонiв з низьколегованих сталей марок 20ГЛ, 20ФЛ i 20ГФЛ, що вiдно-сять до ферито-перлггного класу, показав [4, 8], що щ деталi при робоп в умовах сухого тертя i наявностi високих контактних i ударних навантажень мають низьку зносостшюсть при iнтен-сивностi зносу робочих поверхонь 1,2-2,0 мм на 100 тис. км пробку.
Застосування на затзничному транспортi маловуглецевих i низьколегованих зварюваль-них матерiалiв забезпечуе мiжремонтний пробiг вiдремонтованих деталей усього в 160 тис. км, що вщповщае 2 рокам експлуатаци [4, 8]. Де-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)
таль за весь термш служби шддаеться ремонту наплавленням до 10 раз1в. При щор1чн1й потре-6i в ремонт вантажних вагошв в 100 тис. оди-ниць витрати затзничного транспорту на вщ-новлення литих деталей вантажних вагонiв об-числюеться мiльярдами гривень. Зменшити знос робочих поверхонь литих деталей вагонiв намагалися в останнi 10-15 рокiв за рахунок застосування рiзних способiв поверхневого змщнення i установки прокладок зi зносостш-ко! сталi [4, 8]. Досвщ застосування об'емно-поверхневого гартування, електро^мпульсно! обробки, iндукцiйного, плазмово-порошкового, дугового наплавлення високолегованим дротом ферито-мартенситного класу литих деталей вагошв i встановленням на них зносостшких еле-ментiв зi сталi 30ХГСА показав [4, 8], що на сьогодш не iснуе унiверсального, ефективного i надiйного захисту вiд зносу при терть Наяв-нiсть ударних навантажень в зонi контакту деталей надресорно! балки не дозволило застосу-вати матерiали високо! твердосп, яким власти-ва пiдвищена крихюсть.
У випадку збiльшення мiжремонтного про-бiгу експлуатованих вантажних вагонiв виникае необхщшсть у пiдвищеннi фiзико-механiчних та триботехшчних властивостей основних деталей вiзка, таких як: надресорна балка i бiчнi рами. Слiд зазначити, що при вщчепленш вантажних вагошв в поточний ремонт - понад 20 % таких вщчеплень пов'язанi з наднормати-вною величиною зносу взаемоддачих поверхонь тертя, що в 1,2-1,5 разу перевищуе гранично допустим значення [4]. Пюля виконаного ремонту у понад 15 % вантажних вагошв не забезпечуеться регламентований нормативний пробк- в 120 тис. км. Щд час ремонту вантажних вагошв понад 80% складових деталей вщ-новлюються технологiчними методами [1, 4, 8]: наплавленням або напилюванням i, у разi потреби, в комплекс з механiчною обробкою. При використаннi цих технологiчних методiв для ремонту деталей вiзка не забезпечуеться величина нормативно встановленого мiжремо-нтного пробiгу, а значення ресурсу складае 65-75 % вiд ресурсу нових зразкiв.
Низька якiсть застосовуваних технолопчних методiв вiдновлення всiх, а особливо наванта-жених, деталей вiзка вантажного вагона е головною причиною шдвищено! iнтенсивностi !х
зносу [4, 8, 14], що, в свою чергу, через можли-ву втрату працездатного стану деталей вiзка призводить до зниження безпеки руху по!здiв та збiльшення фiнансових витрат, необхщних для виконання позапланових ремонтв вiзкiв.
Завдання, що полягае у забезпеченш нормативно встановленого мiжремонтного пробiгу вантажного вагона з використанням технолопчних методiв пiдвищення фiзико-механiчних та триботехнiчних властивостей складових деталей вiзка е актуальним, виршення якого повинно грунтуватись на застосуванш сучасних, бiльш ефективних, методах забезпечення необ-хiдного рiвня зносостшкосп i мiцностi вщнов-люваних деталей вiзка вантажного вагона.
Пiд час експлуатацшних дослiджень пiдп'ятникiв вимiрювались дiаметри: за по-довжнiм напрямком щодо вагона - дiаметр Dx та поперечним напрямком - дiаметр Dy (рис. 1).
Рис. 1. М1сця вим1ру д1аметр1в шдп'ятника
Fig. 1. Places of measuring the center pad diameters
Результати
Виконаний анатз експлуатацiйних зносiв п'ятникiв i шдп'ятниюв показав, що за по-довжшм напрямком щодо вагона, дiаметри Dx як пiдп'ятника, так i п'ятника змшюються ште-нсивнiше, нiж Dy, тобто в поперечному напрям-ку вагона (вщбуваеться овалiзацiя). Оскiльки Dx > Dy, то необхiднiсть ремонту деталей п'ятникових вузлiв буде визначатись зносом дiаметрiв Dx.
Основнi результати зношв п'ятникових вуз-лiв та прогнозш пробiги вантажних вагонiв на-веденi в табл. 1.
Наука та прогрес транспорту. Вкннк Дншропетровського нацюнального ушверситету затзничного транспорту, 2017, № 1 (67)
Узагальнеш даш про зноси п'ятникових вузлiв Summary data on wear of center plate arrangements
Таблиця 1
Table 1
Величини
Середня штенсившсть зносу, мм/104 км
Вим1рювання тсля 137,7 тис. км, мм
Нормативт граничш значення, мм
Прогнозш пробки, тис. км
За статистично максимальным / мшмальним значен-ням
За математичним очжуванням
Ддаметр тдп'ятника
Ддаметр п'ятника
0,308
0,076
305,4
298
308
294
З даних таблиц випливае, що знос тдп'ятника вщбуваеться значно штенсившше, шж знос п'ятникiв. Це тдтверджуеться i результатами вимiрiв тсля пробту вагонiв понад 137,7 тис. км. Найбшьший вимiряний дiаметр тдп'ятника становив 305,4 мм, тобто величина зносу дорiвнюе 5,4 мм, або 1,8 %, тодi як най-менший вимiряний дiаметр п'ятникiв склав 298 мм, тобто знос становить 2 мм, або 0,67 %.
Прогнозш експлуатацшт пробки, що пе-редбачають появу перших ознак граничного зносу мають такi значення:
- за шдп'ятниками - 170 тис. км;
- за п'ятниками - 252 тис. км.
Математичне очшування граничного значення дiаметрiв шдп'ятниюв спостертаеться при пробiгу в 240 тис. км, тодi як за дiаметром п'ятникiв - при пробту в 745 тис. км.
Порiвняно з старотиповими вiзками мод. 18100, iнтенсивнiсть зносу пiдп'ятникiв нижче вдвiчi. Проте, зносостiйкiсть пiдп'ятникiв варто шдвищувати, щоб гарантовано забезпечити ресурс в 300 тис. км - до першого деповського ремонту.
Одним iз способiв пiдвищення ресурсу шдп'ятниюв пiд час ремонту е застосування наплавлення чи напилювання, але iз забезпеченням дискретно!' мiцностi та зносостшкост у поздовжньому та поперечному напрямках вiдповiдно до осi вагона. При цьому, поверхня в напрямку дiаметра Dx пiдп'ятника повинна вщновлюватись бiльш мiцним та зносостiйким матерiалом, а поверхня в напрямку дiаметра Dy, - менш мiцним.
170
252
240
745
Для встановлення меж розподшення вщнов-люваного матерiалу на дiаметрi пiдп'ятника необхщно розглянути втомний процес зносу шд час взаемодii з п'ятником i описати геомет-рiю поверхнi зносу тдп'ятника.
Розглянемо змiну форми перерiзу пiдп'ятника з математичноi точки зору, враху-вавши напружено-деформований стан ро6очо! поверхнi [1-3]. Для цього спрямуемо вюь ОХ вздовж вантажного вагона, а ОУ i OZ - у взае-мно-перпендикулярних напрямках перерiзу вагона (рис. 2).
Тодi координати точок поверхш тдп'ятника вщповщно до рис. 2 визначимо за виразами:
X = f (У, г, Cj B(y, z, Cj); У = f (x,z,c2)±ylB(x,z,c2); z = f (x,y,C3)±ylB(x,y,C3);
(1) (2) (3)
де f (y, z, c ), f (x, z, c2) , f (x, y, C3) - функци,
що характеризують деформащю стиску в пере-рiзах ХОУ, ХОZ, YOZ пiдп'ятника, що вщбу-ваються в процесi експлуатац^; сь с2, с3 - конс-танти форми поверхш; ±VB(y, z, Cj) ,
^B(x, z,c2) , ±VB(x, y, C3 ) - девiаторнi части-
ни тензора деформацiй, що вiдповiдають за по-верхневу змiну пiдп'ятника, а шд коренем роз-мiщенi функци перемщення точок п'ятника вiдносно тдп'ятника у вщповщних напрямках
руху.
HayKa Ta nporpec TpaHcnopTy. BicHHK flHinponeTpoBCbKoro Ha^oHanbHoro yHiBepcHTeTy 3ani3HHHHoro TpaHcnopTy, 2017, № 1 (67)
dx = pl; dy = pm; dz = pn,
(4)
w, =-
dA —<
dy
dA --<
dz
i f(У, z) dA —, = = —pm -
Vf (y, z, Ci) dy
f f (y, z) ;
dA . dA
u =— dx +--<
dx dz
dA f
+ir pn + L ^; (5)
dz Vf (y, z, Ci)
f f (x, z) dA . A-= —pl +
Vf ( x, z, C2) dx
f f (x, z) ;
&F Vf (x, z, C2)
dA --pn
; (6)
dA dA
uz =— dx +--c
dx dy
f f (x, y) dA , --= ^pl"
4f (x, y, C3) dx
Phc. 2. 3MiHa $opMH nign'aTHHKa
Fig. 2. Reshape of center pad
Cnig BigMiTHTH npo BigcyTHicTb ^aKTopa Hacy b piBHaHHax (1-3), to6to 3a gonoMororo цнх piB-HHHb Mo^Ha onucaTH TpaeKTopiro pyxy tohok no-BepxHi nign'aTHHKa. flna BH3HaneHHa 3Mi^eHHa tohok 3 onopHoi' noBepxHi Ha 3HomeHy noBepxHro Heo6xigHo po3Knacra цi piBHaHHa b pag TeHnopa i o6Me^HTHCb noxigHHMH nepmoro nopagKy, ocKinbKH bh^hh nopagoK He 6yge 3giHCHroBaTH cyireBoro BnnuBy Ha Hanpy^eHo-ge^opMoBaHHH CTaH nign'aTHHKa.
fle^opMa^ro Marepiany nign'aTHHKa y Bigno-BigmM toh^ Mo^Ha BH3HaHHTH nogoB^eHHaM a6o CTHCKyBaHHaM nimHHoro HaBama^eHoro eneMeH-Ta noBepxHi, ^o npoxogHTb Hepe3 цro ToHKy. Ko-opguHaTH TaKoro HaBaHTa^eHoro eneMeHTa no BigHomeHHro go BignoBigHoi' tohkh 6ygyTb gopi-BHroBaTH [2, 3]:
dA
f f (x, y)
-pm +--.
dy Vf(x, y, C3)
. (7)
B npoцeсi TepTa Ta 3HomyBaHHa pagiyc HaBa-HTa^eHoro eneMeHTa nign'aTHHKa 6yge 3MiHroBa-THCb BignoBigHo go Bupa3y:
(
pi =p
dux
dx
dUy
dy
1 +1
+m2—y. + n2
\
duz
dz
(
+lm
dux
dUy }
dy dx
\
,( dux duz +nl I —x + —z I dz dx
mn
( duy duz}
dz dy
. (8)
J J
BigHocHa ge^opMa^a HaBam-a^eHoro eneMeHTa nign'aTHHKa npu TepTi gna BignoBigHHx oceH CTaHoBHTb [1-3]:
ge p - pagiyc HaBaHTa^eHoro eneMeHTa; l, m, n -cnpaMoByroni KocHHycH, ^o Bigo6pa^yroTb yMo-bh HaBaHTa^eHHa TepTaM.
Bu3HaHHTH 3Mi^eHHa ux, uy, uz HaBama^eHoro eneMeHTa b пpoцeсi pyxy B3goB^ oceH OX, OY, OZ nig Hac ge$opMa^i' Mo^Ha Ha ocHoBi TaKux BHpa3iB:
dux
dx
■ = s„
duy _y
dy
duz
■ = s yy ; ,, =szz '
dz
(9)
dK +duy
dy dx
dux + duz dz dx
' = Sxy; + ,, = S xz?
duy duz —y + —2
dz dy
= s
yz
(10)
BignoBigHo go 3aKoHa TyKa [2], Teroopu ge-^opMa^H i Hanpy^eHb Mo^Ha nogaTH gna 3ara-
Наука та npo^ec тpaнcпopтy. BicKm Днiпpoпeтpoвcькoгo нaцioнaльнoгo yнiвepcитeтy зaлiзничнoгo тpaнcпopтy, 2017, № 1 (67)
(11)
львдго випадку в тaкoмy виглядк а x = X© + 2ms x ;
аy = X© + 2m£y ;
а z = X© + 2ms z ;
X yz = MY yz ; Xzx = MY zx ;
Xxy = MYxv ,
дe аx, аy, аг - нopмaльнi нaпpyжeння наван-
тaжeнoгo eлeмeнтa тдп'ятника вздoвж oceй кoopдинaт; X, m - пружш cтaлi Лaмe наванта-жeнoгo eлeмeнтa пiдп'ятникa;
dux duy
© = sx
s =
- +
duz
dx dy dz
тху, Tzx, Tyz - дoтичнi нaпpyжeння;
Y yz
du duy — + —y
dy dz
Y zx
dux + duz dz dx
Y yx
duy.
dx dy
Якщo ocтaнню cиcтeмy piвнянь (11) шдста-вити y piвняння piвнoвaги, то oтpимaeмo:
dа x dx
xy
dx x
dx dа „
dy
dx
yx
dz dx
x = 0
dy
dа.
dx dx
dz dx
dz dx
dy
y-+y = 0.
+ z = 0
(12)
zy
Пюля пepeтвopeнь i cпpoщeнь, стогема piв-нянь (12) нaбyдe вигляду:
(X + M)íf l + MVu + x = 0
(X + M)
(X + M)
( d©^
dy d©
+ MV2uy + y = 0 + MV2uz + z = 0,
(13)
w2 d2 d2 d2
дe V = —- +--- +--- - oœpaTOp Лaплaca.
dx dy dz
Рoзв'язyючи cиcтeмy дифepeнцiaльниx piв-нянь (13) для вiдпoвiдниx пoчaткoвиx yмoв з вpaxyвaнням orop^ro cтaнy пiдп'ятникa мoж-на визначити знaчeння змiщeнь ux, uy, uz з викo-pиcтaнням виpaзiв (5-7), а пюля - визначити гeoмeтpiю пoвepxнi пiдп'ятникa (вирази (1-3)) на вщговщшму життeвoмy циклi вaнтaжнoгo вагона.
Наукова новизна та практична значимкть
У po6O^ бyлo пpoaнaлiзoвaнo тexнiчний cтaн вiзкiв вaнтaжниx вaгoнiв за кpитepieм знo-cy. Пoкaзaнo, щo динaмiкa нecпpaвнocтeй вiзкiв мae гозитивний xapaктep. Кpiм тoгo, знaчнe мювд cepeд peмoнтyeмиx дeтaлeй зaймae на-дpecopнa балка, ocoбливим i нaвaнтaжeним мi-cцeм якoï e шдп'ятник. Для oпиcaння гeoмeтpiï знocy впepшe зaпpoпoнoвaнo мaтeмaтичнy мo-дeль для визнaчeння виxiднoï пoвepxнi пiдп'ятникa на вщговщшму життeвoмy циклi вiзкa вантажшго вaгoнa.
Рeзyльтaти poбoти дoзвoляють усташвити гeoмeтpiю пoвepxнi знocy пiдп'ятникa нaдpeco-pнoï балки вiзкa при взaeмoдiï з п'ятникoм ван-тaжнoгo вагона з гозици пpoтiкaння втoмнoгo знocy, тoбтo за кpитepieм мiцнocтi.
Висновки
Bикoнaний aнaлiз тexнiчнoгo cтaнy вантаж-ниx вaгoнiв пoкaзaв, щo дo 15 % нecпpaвнocтeй пpипaдae на вiзки. Окpeмим eлeмeнтoм вiзкa, щo peмoнтyeтьcя, e нaдpecopнa балка. При ^o-му нaйчacтiшe вiднoвлюeтьcя шдп'ятник. Знoc пiдп'ятникa вiдбyвaeтьcя нepiвнoмipнo, а тex-нoлoгiчнi мeтoди, щo зacтocoвyютьcя пiд чac peмoнтy, нe дoзвoляють зaбeзпeчити piвнoмip-ний знoc, чepeз щo виникae нeoбxiднicть у ш-peдчacнoмy peмoнтi. Одним iз cпocoбiв пiдви-щeння pecypcy пiдп'ятникiв шд чac peмoнтy e зacтocyвaння нaплaвлeння чи напилювання, aлe iз зaбeзпeчeнням диcкpeтнoï мiцнocтi та знococтiйкocтi у пoздoвжньoмy та пoпepeчнoмy нaпpямкax вiдпoвiднo дo oci вaгoнa. Для вста-нoвлeння мeж poзпoдiлeння вiднoвлювaнoгo мaтepiaлy пo дiaмeтpy пiдп'ятникa бyлo poзгля-нyтo втoмний пpoцec знocy шд чac взaeмoдiï з п'ятникoм i oпиcaнo гeoмeтpiю пoвepxнi знo-cy пiдп'ятникa. При цьoмy бyлo зaпpoпoнoвaнo
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)
математичну модель для визначення вихщно! життевому цикл в1зка вантажного вагона.
геометри поверхш шдп'ятника на вщповщному
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Барановський, Д. М. Визначення залишкового ресурсу трибосистем / Д. М. Барановський // Проблеми трибологи. - 2009. - № 4. - С. 127-129.
2. Дяченко, С. С. Ф1зичш основи мщносп та пластичносп метал1в : навч. поаб. / С. С. Дяченко. - Харк1в : Вид-во ХНАДУ, 2003. - 226 с.
3. Иванова, В. С. Синергетика. Прочность и разрушение металлических материалов / В. С. Иванова. -Москва : Наука, 1992. - 160 с.
4. Мурадян, Л. А. Повышение надежности грузовых вагонов с применением новых технологий изготовления и восстановления рабочих поверхностей / Л. А. Мурадян, В. Ю. Шапошник, Д. О. Подосенов // Електромагштна сумюшсть та безпека на зал1зничному транспорт!. - 2016. - № 11. - С. 49-54.
5. Мямлин, С. В. Крышка люка универсального полувагона / С. В. Мямлин, Д. Н. Барановский, И. Ю. Кебал // Бюллетень научных работ Брянского филиала МИИТ. - 2015. - № 2 (7). - С. 45-48.
6. Мямлш, С. В. Працездатшсть, ефектившсть експлуатаци та довгов1чшсть дизел1в спещального самохь дного рухомого складу зал1зниць / С. В. Мямлш, Д. М. Барановський. - Дншропетровськ : Маковець-кий, 2011. - 267 с.
7. Мямлш, С. В. Розробка конструкцш та машинобуд1вних технологш створення вантажних вагошв нового поколшня // Вагонний парк. - 2014. - № 10. - С. 4-9.
8. Эксплуатационные испытания полувагонов нового поколения / О. М. Савчук, В. К. Бруякин, Л. А. Мурадян [и др.1 // Вагонний парк. - 2009. - № 7-8. - С. 8-11.
9. Damage calculation and fatigue life prediction for freight car body / F. Zhao, J. Xie, Y. Yuan, X. Shi // Advanced Materials Research. - 2013. - Vol. 652-654. - P. 1357-1361. doi: 10.4028/www.scientific.net/amr.652-654.1357.
10. Experimental Investigations on Operational Reliability of Diesel Locomotyves Engines / L. P. Lingaitis, S. Mjamlin, D. Baranovsky, V. Jastremskas // Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability. -2012. - Vol. 14, № 1. - P. 5-10.
11. Myamlin, S. V. Investigation of dynamic characteristics of gondola cars on perspective bogies / S. V. Myamlin, V. M. Bubnov, Ye. O. Pysmennyi // Наука та прогрес транспорту. - 2014. - № 5 (53). -С. 126-137. doi: 10.15802/stp2014/30789.
12. Myamlin, S. V. The modeling of economic efficiency of products carriage-building plant in conditions of dynamic pricing / S. V. Myamlin, D. M. Baranovskiy // Проблеми економ1ки транспорту : зб. наук. пр. Дшпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. ак. В. Лазаряна. - Дншропетровськ, 2014. - Вип. 7. -С. 61-66.
13. Prediction methodology of durability of locomotives diesel engines / L. P. Lingaitis, S. Mjamlin, D. Baranovsky, V. Jastremskas // Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability. - 2012. - Vol. 14, № 2. - P. 154-159.
14. Zhao, F. Influence of small stress cycles on the fatigue damage of C70E car body / F. Zhao, J. Xie // J. of Mechanical Engineering. - 2014. - Vol. 50. - Iss. 10. - P. 121-126. doi: 10.3901/jme.2014.10.121.
Л. А. МУРАДЯН1*, Д. А. ПОДОСЕНОВ2*
1 Каф. «Вагоны и вагонное хозяйство», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 19, эл. почта [email protected], ОЯСГО 0000-0003-1781-4580
2*Региональный филиал «Приднепровская железная дорога», пр-т Дмитрия Яворницкого, 108, Днипро, Украина, 49038, эл. почта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-7058-5230
ПОВЫШЕНИЕ МЕЖРЕМОНТНОГО РЕСУРСА ТЕЛЕЖЕК ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ.
МОДЕЛЬ ГЕОМЕТРИИ ИЗНОСА ПОДПЯТНИКА
Цель. В научной работе необходимо: 1) проанализировать техническое состояние грузовых вагонов и технологические методы, применяемые при ремонте; 2) установить возможные пути для повышения ресурса тележек грузовых вагонов; 3) разработать математическую модель для описания геометрии износа исходной поверхности подпятника надрессорной балки тележки на соответствующем жизненном цикле грузового вагона. Методика. Для решения комплексной задачи повышения межремонтного ресурса тележек грузовых вагонов были использованы методы синтеза, анализа и системного подхода. Кроме того, используется аппарат математического моделирования, физики твердого тела, теории трения и износа твердых тел. Результаты. Проведенный анализ технического состояния грузовых вагонов показал, что до 15 % неисправностей приходится на тележки. Отдельным элементом ремонтируемой тележки является надрессорная балка. При этом чаще всего восстанавливается подпятник. Износ подпятника происходит неравномерно, а технологические методы, применяемые при ремонте, не позволяют обеспечить равномерный износ, из-за чего возникает необходимость в преждевременном ремонте. Одним из способов повышения ресурса подпятника при ремонте является применение наплавки или напыления, но с обеспечением дискретной прочности и износостойкости в продольном и поперечном направлениях соответственно оси вагона. Для установления границ распределения возобновляемого материала по диаметру подпятника были рассмотрены усталостный процесс износа при взаимодействии с пятником и описано геометрию поверхности износа подпятника. Научная новизна. В работе было проанализировано техническое состояние тележек грузовых вагонов по критерию износа. Показано, что динамика неисправностей тележек имеет положительный характер. Кроме того, значительное место среди ремонтируемых деталей занимает надрессорная балка, особенным и нагруженным местом которой является подпятник. Для описания геометрии износа впервые предложена математическая модель определения исходной поверхности подпятника на соответствующем жизненном цикле тележки грузового вагона. Практическая значимость. Результаты работы позволяют установить геометрию поверхности износа подпятника надрессорной балки тележки при взаимодействии с пятником грузового вагона с позиции протекания усталостного износа, то есть, по критерию прочности.
Ключевые слова: грузовые вагоны; тележки; межремонтный пробег; геометрия износа; надрессорная балка; технологические методы
L. A. MURADIAN1*, D. O. PODOSONOV2*
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&тзничного транспорту, 2017, № 1 (67)
1 Dep. «Cars and Rolling Stock», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 373 15 19, e-mail [email protected], ORCID 0000-0003-1781-4580
2*The Regional Branch «Prydniprovska Railway», Dmytro Yavornytskyi Av., 108, Dnipro, Ukraine, 49038, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-7058-5230
IMPROVING TBO OF FREIGHT CAR BOGIES.
GEOMETRY MODEL OF CENTER PAD WEAR
Purpose. The scientific work is aimed to: 1) analyze the technical condition of freight cars and technological methods used in the repair; 2) identify possible ways to improve resource of freight car bogies; 3) develop a mathematical model to describe the wear geometry of the original surface of bogie center pad at the corresponding life cycle of a freight car. Methodology. In order to solve the problem complex of increasing TBO of freight car bogies the methods for the synthesis, analysis and systematic approach were used. In addition, the use of mathematical modeling unit, solid state physics, the theory of friction and wear of solids. Findings. The analysis of the technical condition of freight cars has shown that up to 15% of the faults falls on the bogies. A separate element of the repaired bogie is a bolster. At this the center pad is recovered most often. The center pad wear is uneven and the technological methods used for the repair, do not allow providing uniform wear due to which there is a need in premature repairs. One of the ways to improve the center pad resource during repair is the application of welding or sputtering deposition, but with providing discrete strength and durability in the longitudinal and transverse directions of the car axis, respectively. In order to establish the boundaries of the distribution of renewable material along the center pad diameter it was considered the fatigue wear process in cooperation with center plate and described the geometry of the surface of the center pad wear. Originality. Technical condition of freight car bogies according to wear criterion was analyzed in the paper. It is shown that the dynamics of bogie faults has a positive character. In addition, a significant place among the repaired parts takes the bolster, and a special loaded place is the center pad. To describe the geometry of wear for the first time a mathematical model for determining the initial surface of the
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)
center pad in the relevant life cycle of freight car bogie was proposed. Practical value. The results allow us to establish the geometry of the wear surface bolster center pad when interacting with center plate of freight car from a position of occurrence of fatigue wear, that is, on the strength criterion.
Keywords: freight cars; bogies; TBO; wear geometry; bolster; technological methods
REFERENCES
1. Baranovskyi, D. M. (2009). Vyznachennia zalyshkovoho resursu trybosystem. Problems of Tribology, 4, 127-129.
2. Diachenko, S. S. (2003). Fizychni osnovy mitsnosti ta plastychnosti metaliv. Kharkiv: KhNAHU Press.
3. Ivanova, V. S. (1992). Sinergetika. Prochnost i razrusheniye metallicheskikh materialov. Moscow: Nauka.
4. Muradian, L. A., Shaposhnyk, V. Y., & Podosonov, D. O. (2016). Improving the reliability of freight wagons with the use of new manufacturing technologies and regeneration of working surfaces. Electromagnetic Compatibility and Safety on Railway Transport, 11, 49-54.
5. Myamlin, S. V., Baranovskyi, D. M., & Kebal, I. Y. (2015). Manhole Cover of Universal Gondola Car. Bulletin of Scientific Works of Bryansk Branch of MIIT, 2(7), 45-48.
6. Myamlin, S. V. (2014). Rozrobka konstruktsii ta mashynobudivnykh tekhnolohii stvorennia vantazhnykh vahoniv novoho pokolinnia. Car Fleet, 10, 4-9.
7. Myamlin, S. V., & Baranovskyi, D. M. (2011). Pratsezdatnist, efektyvnist ekspluatatsii ta dovhovichnist dyzeliv spetsialnoho samokhidnoho rukhomoho skladu zaliznyts. Dnipropetrovsk: Makovetskyi.
8. Savchuk, O. M., Bruyakin, V. K., Muradyan, L. A., Mishchenko, A. A., Korobka, B. A., & Mozheyko, Y. R. (2009). Ekspluatatsionnyye ispytaniya poluvagonov novogo pokoleniya. Car Fleet, 7-8, 8-11.
9. Zhao, F. W., Xie, J. L., Yuan, Y. Q., & Shi, X. L. (2013). Damage calculation and fatigue life prediction for freight car body. Advanced Materials Research, 652-654, 1357-1361. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.652-654.1357.
10. Lingaitis, L. P., Myamlin, S. V., Baranovskyi, D. M., & Jastremskas, V. (2012). Experimental Investigations on Operational Reliability of Diesel Locomotyves Engines. Maintenance and Reliability, 14(1), 5-10.
11. Myamlin, S. V., Bubnov, V. M., & Pysmennyi, Y. O. (2014). Investigation of dynamic characteristics of gondola cars on perspective bogies. Science and Transport Progress, 5(53), 126-137. doi: 10.15802/stp2014/30789
12. Myamlin, S. V., & Baranovskyi, D. M. (2014). The modeling of economic efficiency of products carriage-building plant in conditions of dynamic pricing. The Problems of the Transport Economics: Proc. of the National University named after Academician V. Lazaryan, 7, 61-66.
13. Lingaitis, L. P., Myamlin, S. V., Baranovskyi, D. M., & Jastremskas, V. (2012). Prediction methodology of durability of locomotives diesel engines. Maintenance and Reliability, 14(2), 154-159.
14. Zhao, F., & Xie, J. (2014). Influence of small stress cycles on the fatigue damage of C70E car body. Journal of Mechanical Engineering, 50(10), 121-126. doi: 10.3901/jme.2014.10.121
Стаття рекомендована до публгкацИ' д.т.н., проф. I. Е. Мартиновим (Украта)
Надшшла до редколеги: 10.10.2016 Прийнята до друку: 10.01.2017
д. т.н., проф. С. В. Мямлтим (Украта);
