CC BY
24
УДК 629.4.027.115 - 192
П. е. МИХАЛГЧЕНКО, М. О. КОСТИ (ДПТ)
ВПЛИВ СТРУКТУРИ В1ДНОВЛЮВАЛЬНИХ ШАР1В НА М1ЦН1СТЬ ПРЕСОВОГО З'СДНАННЯ БУКСОВОГО ВУЗЛА РУХОМОГО СКЛАДУ
Викладено результати експериментальних дослвджень мщносп з'еднання з гарантованим натягом буксового вузла рухомого складу зал1зниць, внутршня поверхня внутршшх кшець шдшипнишв яка була ввднов-лена електролггичним цинкуванням на 1мпульсно-реверсивному струмг Проведено пор1вняльний анал1з структури ввдновлювального шару та мщносп нерухомого з'еднань, к1льця яких були вщновлеш за запро-понованою технолопею з к1льцями ввдновленими на постшному струм^ а також невщновленими взагалг
Описаны результаты экспериментальных исследований прочности соединений с гарантированным натягом буксового узла подвижного состава железных дорог, внутренняя поверхность внутренних колец подшипников которая была восстановлена электролитическим цинкованием на импульсно-реверсивных токах. Проведен сравнительный анализ структуры восстановленного слоя и прочности неподвижного соединения, кольца которых были восстановлены по предложенной технологии, с кольцами восстановленными на постоянном токе, а также невосстановленных вообще.
The article describes results of experimental research of the coupling strength of rail rolling stock with a guaranteed tightness of the journal-box unit, the internal surface of whose internal rings of bearings was restored by electrolytic zinc-plating on the impulse-reverse currents. The comparative analysis has been conducted of structure of the restored layer and the strength of immobile couplings, whose rings were restored with the use of the proposed technology with those restored on a direct current and those not restored at all.
Нерухоме з'еднання «шийка колюно! пари -внутршне кшьце тдшипника кочення» буксового вузла е дуже вщповщальним вузлом меха-шчно! частини рухомого складу затзниць, вщ надшност роботи якого, перш за все залежить безпека руху по!зд1в.
У процес експлуатацп рухомо! одинищ тд д1ею р1зноман1тних фактор1в натяг неру-хомого з' еднання зменшуеться за рахунок змши розм1р1в шийки ос та отвору кшьця тдшипника.
Величина зносу внутршньо! поверхш внут-ршнього кшьця тдшипника та шийки ос кол> сно! пари е випадковою i досягае вщповщно величини 0,25 та 0,3 мм. Як свщчать статисти-чш дослщження [1], закон розподшення зносу шийки ос колюно! пари електровоз1в серп ВЛ е нормальним з параметрами: тш = 0,0431 мм, сш = 0,0162 мм.
Закон розподшення зносу кшець тдшип-ник1в 3042536ЛМ та 3052536ЛМ е логариф-м1чним нормальним (рис. 1) з параметрами mlg ^ =-1,615 та clg ^ = 0,338.
Закон розподшення зносу кшець шдшипнишв NU 2236 E. M. 1. C3 i NJ 2236 E. M. 1. C3 е гауссовим з параметрами: тк = 0,0352 мм,
Сш = 0,016 мм. 1 - статистичний; 2 - теоретичний
«lg Z к)
-2,602 -2,358 -2,114 -137 -1,626 -1,382 -1.138 lg Q к
Рис. 1. Закони розподшення зносу кшець щдшипнишв 3042536ЛМ та 3052536ЛМ: 1 - статистичний; 2 - теоретичний
Закон розподшення зносу шийки ос коль сно! пари електровоз1в сери ЧС е гамма-розподшенням (рис. 2).
0,10 0
0,004 0,054 0:
Рис. 2. Закони розподшення зносу шийки ос колено!' пари електровозiв сер11 ЧС:
мм
Головною причиною зносу поверхонь спря-жень деталей системи е корозiйно-абразивнi про-цеси, яю вiдбуваються в система У [2] зазначено, що в процеа експлуатаци вщ дп ряду сил та рiзних конструктивних причин внутршне юльце пщши-пника перемiщуеться навколо шийки осi з дуже малою амплiтудою. Наявнiсть перемiщень такого характеру е основними причинами пошкодження спряжених поверхонь деталей фретинг-корозiею.
Вiзуальнi спостереження за даним спря-женням буксових вузлiв електровозiв та ва-гонiв дозволяють стверджувати наявнiсть сладв фретинг-корозп в окремих мiсцях спряження. Характер пошкоджень вказуе на те, що причиною !х виникнення е вщхилення вiд правильно! геометрично! форми спряжених поверхонь (конусшсть, овальнють, огранка, корсетнiсть тощо) (табл. 1).
Таблиця 1
Характер фретинг-корозп на осьових шпиках 1 кшьцях пмшипнимв за наявносл мохибок спряжених поверхонь
Вид похибки спряжених поверхонь Конусшсть Корсетшсть Овальшсть
Розгорнутий вигляд пошкоджень фретинг-корози 1 № * '11
й1§
Iнтенсивнiсть пошкоджень фретинг-корозiею шийок осей на дiлянках розмiщення перед-нього та заднього кiлець пщшипниюв у бь льшостi випадкiв неоднакова. Обстеження шийок осей колюних пар показало, що дшян-ки шийок, розмщених пiд заднiми пщшип-никами, пошкоджеш значно сильнiше, нiж тд переднiми. Таке явище пов'язано з тим, що деформацп згину в зош розмiщення заднього пщшипника бiльшi, нiж пiд переднiм, а це, в свою чергу, сприяе бшьшому тертю мiж шийкою та кшьцем пiдшипника. Наслщ-ками фретинг-корозп е порушення точностi притискання спряжених поверхонь, а також зниження мщносп вщ втоми шийки осi. Фретинг-корозп впливае на мщшсть вщ втоми через утворення окремих глибоких точок (т-тингiв), зменшення поперечного перерiзу та утворення трiщин вщ утомленостi.
Усунення продуктiв фретинг-корозп, задирiв, забо1н, яю виникають при частих монтажних та демонтажних роботах, зменшуе номiнальний дь аметр вала, i тому е потреба у тому, щоб вводити ремонтнi розмiри на дiаметри осi та кiлець шд-шипниюв або вщновлювати одну з поверхонь спряження до номшального розмiру натягу.
У ремонтному виробництвi рухомого складу затзниць на сьогоднiшнiй день, як правило, застосовують двi технологи вщновлення натягу пресового з'еднання: нанесення еластомеру ГЕН-150(В) та електролiтичне осадження на постшному струмi цинкового покриття на вну-трiшню поверхню кшець пiдшипникiв.
Вищезазначенi технологи вiдновлення ма-ють ряд значних недолiкiв, зокрема, застосу-
вання еластомеру потребуе спещального обла-днання для вiдцентрового чи вiбрацiйного нанесення. Пiд час звичайного нанесення за до-помогою пензлика, шар полiмеру на поверхш спряження нерiвномiрний, тому пiсля його за-стигання натяг нерухомого з'еднання буксового вузла в кожнш точщ спряження також нерiв-номiрний. До того ж, експлуатацшш можливо-ст цього еластомеру змiнюються залежно вщ робочо! температури буксового вузла. Цинк осаджений на постiйному струмi з товщиною бiльшою за 20 мкм мае крупнозернисту крихку структуру, яка не завжди витримуе важких умов експлуатаци буксового вузла i починае руйнуватися. До того ж, такий цинк мае велику пористють, що значною мiрою зменшуе коро-зiйну стiйкiсть металу основи. Це е причинами частих заходiв вщремонтовано! рухомо! одини-цi на позаплановий ремонт.
Нами було запропоновано нову техноло-пю електроосадження цинку iмпульсно-реверсивним струмом (рис. 3) [3; 4]. Розгля-немо вплив форми струму на процес оса-дження металу.
Щц час перерви струму в перюд вщшчки розряд катiонiв цинку припиняеться, але над-ходження !х до деталi катоду продовжуеться, одночасно фронт дифузп не вiдходить вщ по-верхнi деталi на значну вiдстань. Виникае част-
••• • • гу 2 +
кове вирiвнювання концентрацн iонiв /и у прикатодному простор^ що дозволяе пiд час iмпульсiв протiкання струму пiдвищити !х амп-лiтуду Jт ср, а це позитивно впливае на процес
осадження металу.
'пр
Рис. 3. Форма iмпульсно-реверсивного струму:
1 - прямий 1мпульс; 2 - зворотний 1мпульс; Т - перюд коливання струму; гзв - час протжання прямого та зворотного струмш; 1т пр , 1т зв - амплiтуда прямого та зворотного струмiв;
1ср пр , 1ср зв - середне значення прямого та зворотного струмш; апр , азв - кути регулювання тиристорш,
якi формують прямий i зворотний струм; Рпр , Рзв - кутовi тривалоста прямого i зворотного iмпульсiв
У процесi дослщження було встановлено, що допустима величина середнього значення прямого iмпульсу Jпр ср, при якiй ще утворюються свiтлi
осади, складае 5,5... 6 А/дм2, а це в 2 рази вище густини постiйного струму, що значно збшьшуе швидюсть осадження цинкового шару. Для отри-мання яюсних за зовнiшнiм виглядом осадiв треба збiльшувати Jпр ср i зменшувати параметр ревер-
сування т = —— (див. рис. 3).
'зв
Чим бiльше щшиншсть iмпульсiв, тим бi-льшу густину струму можна використовувати при електролiзi i тим вища якiсть покриття. До того ж, бiльше значення кута керування апр у
межах чверт перiоду збiльшуе крутiсть фронту iмпульсу струму, що скорочуе час осадження металу i покращуе яюсть покриття.
У перiод зворотних iмпульсiв вiдбуваеться часткове розчинення осадженого цинку з И поверхш, яке приводить до збагачення катюнами металу приелектродного шару електрол^у. У таких умовах електролiзу густину струму у подальший катодний перiод можна тримати бшьшою, нiж при веденнi процесу на постш-ному струмi. До того ж, розчиняються най-бшьш активнi (з точки зору росту кристатв) мiсця деталей, тим самим поверхня нiвелюеться, активуеться, створюються умови для появи нових центрiв кристалiв та рiвномiрностi покриття у подальшому осаджеш. Крiм того, активнi дiлянки
кристатв осадженого металу пасивуються утво-ренням окисних плiвок, що ускладнюють норма-льне зростання кристалiв, подальший зрют яких стае можливим при шдвищенш потенцiалу като-дно! поляризацп деталi до значення, за яким ви-никають новi кристалiчнi зародки.
Найбшьш досконалу структуру мае цинк, осаджений в режимах Jпр ср = 3,5... 4 А/дм2,
Jзв.ср = Jпр.cр / 5 i параметрi реверсування т = 30/1; 20/1; 6/1. Цинк, осаджений на cтрумi з цими параметрами характеризуеться бшьшою однорщнютю, мае дрiбнозерниcту, гладку та щшьну структуру (рис. 4).
Значний позитивний ефект було досягнуто також застосуванням струму високо! початко-во! густини Jпрcр = 15 А/дм2 [5]. Початковi ко-
роткочаcнi «поштовхи» струму тривалютю до 30 с спричиняють збiльшення швидкоcтi вини-кнення криcталiчних зародкiв i вiдповiдно швидкоcтi поширення осаду вздовж фронту зростання кристашв. Наявнicть початкового дрiбнокриcталiчного прошарку зумовлюе фор-мування такого ж суцшьного осаду.
Процес електролiзу доцiльно заюнчувати при Jпр ср = 0 i Jзв Ф 0, тобто електрохiмiчним
полiруванням. У результат пiдвищуетьcя клас шорcткоcтi поверхнi, заокруглюються мшрови-ступи, й тим самим шдвищуються границi пружноcтi та стшюсть металу кiльця тдшип-ника проти корозп.
пр
0
в
б
Рис. 4. Поверхнева структура (а) та структура металограф1чного шл1фу (б) цинкового покриття, осадженого 1мпульсно-реверсивним струмом з параметром J ср = 3,6 А/дм2, Jзв ср = 0,7 А/дм2, т = 6/1
Для цинкових покриттiв, осаджених iмпульс-но-реверсивним струмом, характерне збiльшення
густини дислокацiй до р = 4,5 • 1011 см-2 (у порiв-
няннi з постшним струмом, для якого 11 —2
р = 0,2 •Ю см ), зменшення блоюв мозш'ки В = 40...50 нм проти 500 нм на поспйному струмi i дабнозерниста структура — розмiри зерен складають Ь = 0,7...0,8 мкм проти 15...16 мкм для стащонарного електролiзу. Наслiдком цього е велика мшротвердють цинкового шару: Яц = 1550...1600 МПа проти Яц = 700...750 МПа
на поспйному струмi. Закон розподiлення м^о-твердосп цинкового покриття е нормальним з ма-тематичним сподiванням тн = 1575 МПа i серед-ньоквадратичним вiдхиленням сн = 8,3 МПа. Коефщент вiдбиття поверхнi осадженого цинку також досить великий, Кв = 80...85 % проти Кв = 8...10 % на поспйному струм.
При густинi середнього значення струму Jпрср = 3,5...4 А/дм2 швидкють осадження цин-
ку складае 65,6...68,8 мкм/год, в той же час на постшному струмi вона не перевищуе 32,0...34,4 мкм/год. Отже, застосування iмпуль-сно-реверсивного струму дозволило в двiчi збi-льшити швидюсть процесу осадження цинку.
Дослiдження мщносп пресових з'еднань «шийка осi колюно! пари — внутрiшне кiльце шдшипника», з кiльцями вiдновленими за за-пропонованою методикою, проводили на шийках колюних пар електровозiв серil ВЛ та ЧС i на шийках колюних пар вагошв типу РУ1. Вiдновлювальний шар цинку товщиною 150 мкм осаджували на постiйному та iмпульс-но-реверсивному струмах. Величина натягу пре-сового з'еднання складала 50 мкм. Розпресовку зразк1в виконували на гiдравлiчних пресах.
Мiцнiсть пресового з'еднання визначали шляхом розпресування з'еднань. Пщ час роз-пресовки фiксували зусилля зсуву та записува-ли розпресовочш дiаграма. Середнi значення сили розпресування наведено в табл. 2.
На рис. 5 наведет дiаграми розпресування шийок осей електровоза серil ВЛ8.
Таблиця 2
Значення величини сили розмресовки натурних зразкчв пресового з'еднання
Шпика ос1 кол1сно1 пари Сила розпресовки, Рв , кН
Без покриття Цинк, осаджений на постшному струт Цинк, осаджений на 1мпульсно-реверсивному струм1
Електровоза сери ВЛ 12,8 12,5 18,2
Електровоза сери ЧС 15,4 13,3 18,9
Вагон типу РУ1 7,8 7,3 12,6
а
Р., кН 10
7,5 5
2,5 0
Р., кН 10
Р., кН 20
15
10
Ь, мм
Ь, мм
в)
Рис. 5. Дiаграми розпресовки шийок осей колтсно! пари електровоза серп ВЛ з гальвашчним покриттям:
а - без покриття; б - цинку, осадженим на постiйному струмц в - цинку, осадженим на iмпульсно-реверсивному струмi
З розпресовочно1 д1аграми рис. 2 та табл. 2 випливае, що гальвашчне покриття, яке оса-джене 1мпульсно-реверсивним струмом, шдви-щуе мщшсть пресового з'еднання буксового вузла електровоз1в у 1,2...1,45 рази, а вагошв у 1,6 рази. В той же час гальвашчне покриття товщиною 150 мкм, яке осаджено постшним струмом, зменшуе мщшсть.
Вщносна мщшсть нерухомого з'еднання бук-сових вузл1в становить: • для електровоз1в
Рт/ Рм = 0,86...0,98;
для вагошв
Рг/ Рм
¡0,94.
де Рг, Рм - сили розпресовки вщповщно з ци-нковим гальвашчним покриттям { без нього.
Отже, мщшсть пресового з'еднання з цин-ковим гальвашчним покриттям, осадженим у нестащонарних режимах, у 1,5... 1,8 рази бшьше мщност з'еднання з цинком, осадженим на по-стшному струмь
Огляд поверхонь спряжень шийок осей шс-ля розпресовки не виявив значних пошкоджень, спостерпалися лише незначш подряпини.
5
0
5
0
Експериментальш дослщження натурних зразкiв пресових з'еднань «шийка колюно! пари -внутршне кшьце шдшипника кочення» показали, що осаджений, за розробленою технолоп-ею, шар цинку забезпечуе достатню мщшсть пресового з'еднання, захист вщ корозп та ме-хашчних ушкоджень поверхонь спряження. Електролгтичне осадження в нестащонарних режимах дозволяе осаджувати досить товст шари цинку, « 400... 500 мкм. До того ж, знач-ною перевагою цинкового покриття е його зда-тшсть захищати вщслонену сталь електрох1м1-чно. При цьому цинк д1е як анод, запоб1гаючи корозп зал1за, яке е катодом.
Вищезазначеш дослщи по визначенню м1цно-сп пресового з'еднання були проведет ¡з засто-суванням статичних сил навантаження на з'еднання, а в процес експлуатацп, як вщомо, головним чином, проявляються динам1чш зусил-ля. Тому у подальших роботах дослщжуеться вплив динам1ки пресових з'еднань на !х м1цшсть.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Михалченко П. £. Вщновлення натягу пресового з'еднання буксових вузлш рухомого складу залз-ниць / П. £. Михалiченко, М. О. Костш // Залiзнич-ний транспорт Украша. - 2004. - № 5 - С. 47-49
2. Акбашев Б. З. Выбор посадок для железнодорожных роликовых подшипников: Автореф. дис... канд. техн. наук. - М., 1962. -16 с.
3. Михаличенко П. Е. Методы восстановления натяга узла «шейка колесной пары - внутреннее кольцо подшипника» // Материалы IV международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электроподвижного состава». - Новочеркасск. - 2003. - С. 183-184.
4. Костш М. О. Математична модель форми зно-шених деталей системи спряження «шийка ос колюно! пари - внутршне кшьце шдшипника» / М. О. Костш, П. £. Михалiченко // Вкник ДНУЗТ. - 2004. - Вип. 4.- С. 149-155.
5. Костин Н. А. Применение гальванотехники при ремонте подвижного состава / Н. А. Костин, А. А. Куликов. - М.: Транспорт, 1981. - 108 с.
Надшшла до редколегп 17.09.2005.
