Исследование триботехнических своств пары трения колесо-рельс после плазменного упрочнения
Статья - Разное
Другие статьи по предмету Разное
?актеризуется отсутствием стадии приработки, т.к. некоторое время (порядка 500 км) гребень работает практически без истирания. Однако под действием переменных контактных напряжений и твердых частиц абразива, попадающих в область контакта гребня с головкой рельса, начинают протекать процессы микрорезания отдельных блоков металла. Частицы износа отделяются в виде чешуек. С учетом смешанного типа изнашивания гребня в виде ударноабразивного износа, фрикционной и контактной усталости происходит разрушение тонкого поверхностного слоя глубиной 0,1-0,8 мм, что характерно для этапа приработки трущихся поверхностей [10-13]. Разрушение микрообъемов поверхностного слоя происходит циклично за Х циклов. Следовательно, интенсивность изнашивания Iп на стадии приработки в аналитической форме должна включать в себя три комплекса [10] в различных степенях:
- первый комплекс Rmax/S определяет параметры шероховатости контактирующих тел;
- второй комплекс /E напряжение состояния ;
- третий комплекс E/ - механические свойства материалов.
Однако провести аналитический расчет с учетом динамики очень сложно, т.к. один из важных факторов Р (давление), определяющий силовое воздействие пары трения, величина нелинейная. В связи с этим, второй этап (приработка) износа упрочненного гребня является наиболее динамичным по сравнению с другими этапами.
Третий этап это установившееся изнашивание, которому характерно отсутствие микровыкрашивания. Поверхность металла гребня блестящая, гладкая. Процесс установившегося изнашивания упрочненного слоя заключается в деформировании, разрушении и непрерывном воссоздании на отдельных участках гребня поверхностного слоя со стабильными свойствами. При этом скорость изнашивания tg const. По мере изнашивания упрочненного слоя его толщина уменьшается, и он уже не так воспринимает контактные нагрузки, что вызывает развитие процессов микрорезания и микроскалывания.
Четвертый этап заключается в увеличении интенсивности изнашивания упрочненного слоя катастрофический износ. После полного изнашивания упрочненного слоя износ гребней возрастает (рис.6), т.к. происходит резкое изменение физикомеханических свойств металла (структура, шероховатость, твердость, коэффициент трения и т.д.).
Рис. 6 Кривая изнашивания упрочненного слоя на гребнях колесных пар ВЛ 10 с диапазоном толщин бандажа 80-94 мм (выборка 110 к.п.)
Однако эксперименты показали, что увеличение износа протекает до определенной величины 0,5 2,4 мм, после чего наблюдается небольшое снижение интенсивности изнашивания. В дальнейшем на поверхности гребня появляются выщербины, выкрашивания, что характерно для катастрофического износа.
Таким образом, упрочненные колесные пары имеют в динамике VIII этапов изнашивания, и для каждого этапа характерны свои особенности.
Как уже отмечалось выше, в 1995-1996 г.г. допустимый износ гребней колесных пар составил 8 мм. Однако проведенные исследования показали, что после износа упрочненного слоя (3мм), интенсивность износа гребня значительно ниже, чем у неупрочненных колесных пар. Это объясняется улучшением условий контактирования гребней колесных пар и головки рельса [7].
Исследования по построению поперечного профиля гребня в процессе эксплуатации методом слепков и профилограмм показали (рис.7), что:
- выбранная схема упрочнения гребней колесных пар на участке ИркутскСлюдянка соответствует реальному механизму износа;
- при толщине гребней колесных пар в диапазоне 30-27 мм, интенсивность износа уменьшается, из-за изменения угла наклона на 10-15.
Рис. 7 Профиль поперечного сечения гребней колесных пар ВЛ 10 на участке Иркутск-Слюдянка в процессе эксплуатации
Оценка трещиностойкости и распределения остаточных напряжений в упрочненном слое колесной и бандажной стали была проведена на образцах [2]. Поэтому при проведении эксплутационных испытаний большая роль отводилась дефектоскопированию как после упрочнения. так и в процессе эксплуатации. На первых электровозах применялась цветная дефектоскопия гребней колесных пар, однако в виду большой трудоемкости и низкой производительности (4 часа на электровоз) от данного способа отказались. Кроме того, этим способом нельзя дефектоскопировать колесные пары в процессе эксплуатации, т.к. риски, борозды, выкрашивания, образующиеся в результате абразивного износа гребней, будут квалифицироваться как недопустимые дефекты и трещины.
Рис. 8 Данные ультразвуковой дефектоскопии неупрочненных колесных пар в процессе эксплуатации (выборка 68 к.п.)
Наиболее оптимальным способом является ультразвуковая дефектоскопия, которая позволяет не только выявить трещину и другие дефекты, но и указать протяженность. Ультразвуковой дефектоскопии подвергались все колесные пары до и после упрочнения. Трещины и другие дефекты отсутствовали. Несколько сложная картина была при дефектоскопировании колесных пар, находящихся в эксплуатации по причине механизма изнашивания упрочненных и неупрочненных пар.
Рис. 9 Данные ультразвуковой дефектоскопии упрочненных колесных пар в процессе эксплуатации (выборка 50 к.п.)
На рисунках 8, 9 показаны результаты дефектоскопирования неупрочненных и упрочненных колесных пар, которые дополняют данные по механизму износа. Видно, что для неупрочненных колесных пар также характерны стадии приработки, установившегося и катастрофического износа. Трещин и сильных выкрашиваний в процессе экс