Современные технологии ремонта и реставрации нагруженных деталей подвижного состава

Постоянное повышение отпускных цен на топливно-энергетические ресурсы и материалы требует изыскания все новых методов их экономии. Для ОАО «РЖД» это особенно важно, поскольку в структуре эксплуатационных расходов доля затрат на электроэнергию, топливо и материалы составляет более 23 %, а экономия только 1 % энергоресурсов соответствует снижению эксплуатационных расходов примерно на 1,1 млрд руб. Решение рассматриваемой проблемы требует использования новейших достижений науки и техники в технологиях ремонта подвижного состава в целом и его компонентов в частности.

В вагонных и локомотивных депо, а также на вагоно- и локомотиворемонтных заводах накопилось множество колесных пар с предельно изношенными осями и заниженными общими размерами поверхностей под моторно-осевой подшипник и посадку зубчатых шестерен. Ежегодный выход из строя по этой причине практически «здоровых» осей с изношенными буксовыми шейками со сроками отработки 10—12 лет исчисляется на различных железных дорогах от сотен до нескольких тысяч штук.

Для сокращения выбраковки вагонных осей, имеющих износ буксовых шеек до 0,065 мм на диаметр, в настоящее время используются градационные внутренние кольца подшипников и элект- роимпульсная наплавка. Но этими способами удается возвратить в эксплуатацию лишь треть всех осей с изношенными шейками.

Проведенный комплекс научно-исследовательских работ и стендовых испытаний во ВНИИЖТе позволил разработать новую технологию восстановления колесных пар на всех типах локомотивов и путевых машин с применением технологии электродуговой металлизации напылением. Процесс металлизации одной шейки оси длится около получаса. Вначале поверхность детали обрабатывается (делаются проточки, снимается наклепанный слой, шлифуется верхний слой). Электродуга расплавляет стальную проволоку, которая затем сжатым воздухом под высоким давлением распыляется на мельчайшие частицы, равномерно покрывая деталь. Далее шейку оси обрабатывают на токарном станке до нормативного диаметра. После шлифовки наждачной бумагой колесная пара готова к сборке.

Прочность сцепления с основой при электродуговой металлизации обеспечивается за счет шероховатости поверхности детали, а также за счет сил, возникающих после полного остывания покрытия из-за его усадки. Нарушение сцепления покрытия с основным металлом может произойти только при несоблюдении технологического режима или в случае приложения несвойственной нагрузки. Адгезионная прочность около 45—50 МПа, измеренная при испытаниях на отрыв, вполне достаточна для работы напыленных покрытий в неподвижных прессовых соединениях. Более того, напыленные буксовые шейки осей имеют меньший износ, образующийся под внутренними кольцами подшипников, даже по сравнению со штатными осями. Это доказали специальные длительные эксперименты. При этом пористое напыленное покрытие играет роль демпфера, гася вибрации и пики возможных динамических нагрузок. Поэтому во время работы оно испытывает в несколько раз меньшее напряжение, чем металл детали.

Все это доказано бездефектной многолетней эксплуатацией тяжело нагруженных деталей с напыленными электродуговой металлизацией покрытиями из различных металлов. Важно, что восстановление локомотивных осей, имеющих изношенные буксовые шейки на колесных парах, проводится без смены исправных элементов колесных пар.

Металлизация напылением успешно применяется при ремонте широкой номенклатуры деталей вагонов, локомотивов, электропод- вижного состава, путевой техники на многих ремонтных предприятиях железных дорог, метрополитена и других отраслей промышленности уже не один десяток лет. Например, по разработанным технологиям электродепо «Измайлово» Московского метрополитена восстанавливает предельно изношенные шейки валов эскалаторов, валов якорей тяговых двигателей, удлиненные ступицы осей колесных пар вагонов (более 2000 единиц в год). Сэкономлены миллионы рублей и десятки тонн дефицитных сплавов. Многие детали были восстановлены дважды.

Подсчитано, что стоимость восстановления двух буксовых шеек составляет всего 5 % от стоимости изготовления новой оси, срок окупаемости затрат на постройку и внедрение участка — всего от 3 до 6 месяцев, после чего стоимость восстановления понижается вдвое.

На Октябрьской железной дороге в депо Малая Вишера построен цех по ремонту колесных пар тепловоза серии ТЭП 70, которые ранее не восстанавливали. Годовой экономический эффект от строительства цеха и внедрения новой технологии для дороги составляет 130 млн руб.

Опыт показал, что металлизация напылением является, по существу, единственным способом, позволяющим восстанавливать буксовые шейки осей дефектами глубиной до 0,7 мм на сторону и более.

При участии ВНИИЖТа разработана технология восстановления сваркой и наплавкой цилиндровых крышек дизелей Д40 в местах эксплуатационных трещин и сверхнормативного местного износа. Крышки изготавливают из высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита, характеризующегося плохой свариваемостью и повышенной чувствительностью к резким изменениям температуры. Поэтому в процессе их ремонта сваркой и наплавкой в металле могут образовываться трещины и неблагоприятные структуры, ухудшающие его механические и служебные свойства. Разработанная технология обеспечивает удовлетворительное качество ремонта и надежную эксплуатацию цилиндровых крышек. Создано специальное технологическое оборудование для горячей сварки чугуна, обеспечивающее требуемый непрерывный процесс подогрева, сварки, отжига и охлаждения крышек без их выемки из рабочей камеры. Годовой экономический эффект при массовом использовании технологии составит 9 млн руб. Существенная экономия достигается и при использовании разработанной институтом технологии ремонта шеек, подступичных частей и посадочных поверхностей осей локомотивных колес способами газотермического напыления. При этом восстановление до номинальных ремонтных размеров подступичных частей и посадочной поверхности под зубчатое колесо осуществляют электродуговой металлизацией с использованием монолитной проволоки из хромистой стали, а шейки осей под моторно-осевой подшипник — газопламенным напылением шнуровых материалов.

По заказу Департамента локомотивного хозяйства ОАО «РЖД» выполнен анализ повреждаемости рам тележек грузовых и пассажирских локомотивов и разработаны предложения по совершенствованию технологии их ремонта сваркой. Восстановление сильно нагруженных, массивных деталей высокой ответственности, таких как коленчатые валы локомотивных дизелей, представляет собой сложную задачу. Ее решение требует значительных затрат времени и средств, применения оригинальных технических решений, способных обеспечить необходимые эксплуатационную надежность, экономический эффект и выдержать конкуренцию ранее разработанных ремонтных процессов. В институте разработана технология восстановления изношенных шеек стальных коленчатых валов дизелей тепловозов (на примере дизеля 5Д49) способом сверхзвукового шнурового газопламенного напыления, который, благодаря оптимальному сочетанию выбранных параметров процесса, качеству напыляемых порошковых материалов, характеру и структуре нанесенных слоев, гарантирует высокую производительность процесса, качество и надежность ремонта. Для напыления использовалась многофункциональная установка ТЕНА ТОП-ЖЕТ/2, шнуровые и порошковые материалы. Доказано преимущество этого способа восстановления коленчатых валов перед другими. В сравнении с закупкой нового вала годовой экономический эффект от его восстановления составляет 1,6 млн руб., а затраты окупаются за три месяца. С учетом прогнозируемого ОАО «РЖД» кризиса в производстве дизельных двигателей для железнодорожного транспорта эта работа имеет особую актуальность.

Для вагонного хозяйства были выполнены научно-исследовательские работы по продлению срока службы деталей и узлов как грузовых, так и пассажирских вагонов. Разработаны две усовершенствованные технологии полуавтоматической наплавки деталей автосцепного устройства, а также надрессорных балок с использованием имеющегося на ремонтных предприятиях сварочного оборудования. Широкое распространение получила наплавка гребней цельнокатаных колес грузовых вагонов. В вагонных депо действует около 100 участков по наплавке изношенных гребней. Ежегодно наплавляют от 70 до 140 тыс. колесных пар, к настоящему времени восстановлено более 1,3 млн колесных пар. Благодаря разработке наплавочной проволоки марки Св-08ХГ2СМФ с системой легирования Si-Mn-Cr-Mo-V интенсивность износа гребней в эксплуатации по сравнению с ненаправленными снизилась более чем в 20 раз и составила меньше 0,1 мм на 10 тыс. км пробега вагона. Разработана и внедрена на сети дорог единая унифицированная технологическая инструкция по наплавке гребней вагонных колесных пар.

Новым направлением являются исследования по плазменному упрочнению гребней колес подвижного состава. ВНИИЖТом и МНП-ВП «МАТТЕХ» разработан способ плазменного упрочнения гребней вынесенной электрической дугой, положительным образом отличающийся от других плазменных технологий. Эксплуатация локомотивных колес, упрочненных на ремонтных участках, организованных в трех депо Дальневосточной дороги, показала, что в сравнении с неупрочненными средний износ уменьшается в 2,7 раза, а пробег между обточками увеличивается до 60 %. С положительной стороны этот процесс зарекомендовал себя при упрочнении гребней колес пассажирских вагонов, деталей тележки грузовых вагонов и боковой рабочей грани рельсов. Проведены также исследования по разработке технологии упрочнения гребней колес электро- и дизель-поездов и завершен комплекс научно-исследовательских и конструкторских работ по увеличению межремонтного пробега пассажирских вагонов до 450 тыс. км за счет установки на них деталей и узлов повышенного ресурса.

Институтом выполнены исследования по использованию для восстановления изношенных деталей различных способов механизированной наплавки и газотермического напыления, которые в сочетании с правильно выбранными износостойкими наплавочно-напылительными материалами и оборудованием обеспечили существенное увеличение ресурса их работы после ремонта. В большом объеме и при различных условиях эксплуатации на нескольких железных дорогах сети были проведены эксплуатационные испытания деталей повышенного ресурса, положительные результаты которых позволили перейти к сетевому внедрению разработанных способов восстановления и упрочнения. На сегодняшний день специализированным оборудованием, оснасткой, технической и технологической документацией обеспечены все депо и вагоноремонтные заводы, а с трафаретом «450 тыс. км» эксплуатируется 100 % парка пассажирских вагонов.

Обследование деталей повышенного ресурса показало, что упрочненные детали могут работать значительно дольше установленного срока, а при доработке технологий и уточнении перечня деталей, требующих упрочнения, межремонтный пробег пассажирских вагонов может быть увеличен до 900 и даже до 1350 тыс. км. Для пассажирского хозяйства разработана также технология восстановления сваркой поперечных балок рам тележек типа КВЗ- цнии, поврежденных трещинами. Проходит эксплуатационную проверку технология лазерного упрочнения поверхности катания колес пассажирских вагонов с использованием С02-лазера. Гребень и поверхность катания колес обрабатывали по схеме «зигзаг» или «зигзаг» (гребень) — «кольцо» (поверхность катания) и сравнивали их износостойкость с колесами без упрочнения. Установлено, что интенсивность износа упрочненных колес на 25—30 % ниже неупрочненных. Новой для железнодорожных предприятий является технология упрочнения деталей воздействием дугового разряда в потоке жидкости (метод ПРПЖ). Достоинствами метода являются достаточно большая производительность процесса и возможность упрочнять детали большой массы и сложного профиля, а степень упрочнения сравнима с плазменной закалкой. Научные исследования в области путевого хозяйства выполняются ВНИИЖТом по следующим направлениям: сварка рельсов в стационарных условиях и в составе путевых рельсосварочных машин ЛРСМ с термической обработкой сварных стыков, сварка крестовин и остряков на стрелочных заводах, восстановление наплавкой рельсов и крестовин; восстановление и упрочнение деталей путевой техники.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >