Moscow, Moscow, Russian Federation
Russian University of Transport (MIIT) (Department of Technology of Transport Engineering and Repair of Rolling Stock, Professor)
Moscow, Moscow, Russian Federation
Moscow, Moscow, Russian Federation
Moscow, Moscow, Russian Federation
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
GRNTI 73.29 Железнодорожный транспорт
In the paper there is considered a car basic bearing element – center sill which because of long operation is subjected to corrosion destruction (on surface and in depth). The elimination of such corrosion spots mechanically is not effective and results in local decrease of a unit thickness and also in some cases in through corrosion. The authors of the paper have carried out investigations in places where intensive corrosion took place. For this there were cut out four fragments of the center sill and carried out etching-out and measuring residual stresses and a deformation value from etching depth of each fragment through Davidenkov’s method and CNIITMach’s procedure. As a result of the investigation carried out there is offered a fulfillment of center sill strengthening in the area of intermediate and end girder welding by means of shot cleaning in these areas, and also by additional corrosion resistant coating application on these surfaces. The investigations are carried out through Davidenkov’s method and on the basis of CNIITMach’s procedure. The work novelty: there are defined conditions for corrosion spot formation and technology is developed to ensure units life increase. According to the results of the investigations carried out there is made a conclusion: for the purpose of decrease and exclusion of corrosion processes and service life increase of both the center sill and a car in the whole it is necessary to carry out strengthening center sill elements in the areas of intermediate and end girders welding by means of the shot cleaning fulfillment in these places, and also an additional corrosion resistant coating application on these areas.
rolling-stock, technology, residual stresses, corrosion processes, elements
Введение
Статистический анализ данных за 2010 – 2020 гг. показывает, что спрос на плацкартный подвижной состав в период летних пассажирских перевозок постоянно растет. Необходимо отметить, что темп пополнения парка плацкартных вагонов за последние 10 лет снижен более чем на 40% от его выбывания по сроку службы. Поэтому обеспечить покрытие потребности в пассажирских перевозках можно только путем продления срока службы вагонов при проведении капитально-восстановительного ремонта с безусловным обеспечением требований безопасности движения его основных несущих элементов.
Основным несущим элементом плацкартного и межобластного вагона является хребтовая балка. Она участвует в процессе передачи нагрузки от кузова вагона на рельсы, поэтому при оценке технического состояния пассажирского вагона состояние хребтовой балки имеет первостепенное значение [1].
Именно состояние хребтовой балки определяет эксплуатационный ресурс вагона, который может быть продлен на более длительный период, чем заложено в нормативной и конструкторской документации [2].
Оценка технического состояния основного несущего элемента
Визуальный осмотр хребтовых балок данных типов вагонов после длительной эксплуатации показал наличие на них коррозионных пятен по длине. Наибольшие коррозионные разрушения (по площади и глубине) наблюдаются в районе приварки к шкворневым и поперечным балкам вагонов с котловой и не котловой сторон (рис.1).
Наличие коррозионных пятен в указанных местах фиксируется уже в начальный период эксплуатации. С увеличением срока службы вагона происходит рост коррозионных пятен по площади и глубине. При проведении плановых ремонтов эти пятна удаляются механическим путем [3, 4], а при дальнейшей эксплуатации возникают и растут вновь. Такая технология приводит к локальному уменьшению толщины балки и отмечены случаи сквозной коррозии в этих местах после длительной эксплуатации вагона (рис. 2).
Рис. 1. Коррозионные пятна на хребтовой балке плацкартного вагона
Рис. 2. Сквозная коррозия хребтовой балки пассажирского вагона
В то же время механические испытания хребтовых балок списанных вагонов показали, что их прочностные характеристики соответствуют техническим требованиям РТ.
Это говорит о том, что если избежать коррозионных процессов в отмеченных местах, то эти можно продлить долговечность хребтовой балки и вагона в целом.
Анализ наличия и распределения остаточных напряжений с целью снижения и исключения коррозионных процессов
Изучалось наличие и распределение остаточных напряжений по длине хребтовой балки. Для проведения исследований из хребтовых балок вагонов вырезано по 3 фрагмента. По одному с котловой и не котловой сторон вагона в районе приварки к шкворневым балкам вагонов. И по одному в средней части балки на значительном удалении от привариваемых элементов рамы. Вырезка осуществлялась с использованием угловой шлифовальной машиной для исключения нагрева металлических элементов (рис. 3).
Рис. 3. Хребтовая балка плацкартного вагона [5]; 1, 2,3 – фрагменты
Далее для проведения исследования из каждого элемента хребтовой балки вырезано по 4 фрагмента размером 5х60 мм непосредственно для проведения нижеизложенного исследования (вырезка осуществлялась гидроабразивным способом в целях исключения нагрева вырезанных фрагментов хребтовой балки и предотвращения изменения структуры металла исследуемых образцов).
В дальнейшем проводилось вытравливание и измерение остаточных напряжений и величины деформации от глубины травления каждого элемента по методу Н.Н. Давиденкова, по методике ЦНИИТМаша [6, 7, 8].
Результаты исследований свидетельствуют о наличии значительных остаточных напряжений в исследуемых местах хребтовой балки. Их распределение характеризуется широкой амплитудой значений, как отрицательных, так и положительных (рис. 4).
Отмечено, что на поверхностях хребтовой балки, где наблюдается интенсивная коррозия (котловая и некотловая стороны) фиксируются значительные положительные (растягивающие) остаточные напряжения, в других местах балки, не затронутых коррозией (рис. 4,5,6). Фиксируются отрицательные (сжимающие) напряжения.
Рис. 4. График распределения остаточных напряжений
по глубине хребтовой балки (котловая сторона)
Рис. 5. График распределения остаточных напряжений
по глубине хребтовой балки (середина)
Рис. 6. График распределения остаточных напряжений
по глубине хребтовой балки (не котловая сторона)
Заключение
В процессе проведения исследования установлено, что в вырезанных фрагментах хребтовой балки, изготовленной в 1980 году с некотловой и котловой сторон вагона (в районе приварки к шкворневым элементам) фиксируются растягивающие напряжения. Их наличие инициирует [9] в этих местах при эксплуатации вагона протекание интенсивных коррозионных процессов, которые и ограничивают длительность жизненного цикла вагона.
Таким образом, с целью снижения и исключения коррозионных процессов [10] и продления долговечности, как хребтовой балки, так и вагона в целом необходимо осуществлять упрочнение элементов хребтовой балки в районе приварки промежуточных и концевых балок путем проведения на данных участках дробеструйной обработки, а также нанесения на эти участки дополнительного антикоррозионного покрытия.
1. GOST R 55182-2012. Vagony passazhirskie lokomotivnoy tyagi. Obschie tehnicheskie trebovaniya. - M. : Standartinform, 2019.- 24 s.
2. Polozhenie o prodlenii sroka sluzhby passazhirskih vagonov, kursiruyuschih v mezhdunarodnom soobschenii. - M. : OAO «VNIIZhT», 2014.- 24 s.
3. Vagony passazhirskie. Rukovodstvo po kapital'nomu remontu (KR-2) LV1.0030 RK. Utverzhdeno rasporyazheniem OAO «RZhD» ot 11.01.2019 №26/r. - Moskva. 2019. - 155 s.
4. Vagony passazhirskie. Rukovodstvo po kapital'nomu remontu LV1.0031 RK. Utverzhdeno rasporyazheniem OAO «RZhD» ot 10.01.2019 №11/r. - Moskva. 2019. - 233 s.
5. Filippov V. N. Kuzova vagonov. Obschee ustroystvo. Uchebno-metodicheskoe izdanie / V. N. Filippov, Yu. A. Shmyrov, I. V. Kozlov, T. G. Kurkina. - Moskva, 2012. - 71s.
6. Stepnov M. N. Statisticheskie metody obrabotki rezul'tatov mehanicheskih ispytaniy: Spravochnik / M. N. Stepanov. - Moskva : Mashinostroenie, 1985. - 232 s.
7. Birger I. A. Ostatochnye napryazheniya / I. A. Birger. - M. : Mashgiz, 1963g.-232s.
8. Podzey A. V. Tehnologicheskie ostatochnye napryazheniya / A. V. Podzey, A. M. Sulima, M. I. Evstigneev, G. Z. Serebrennikov. - Moskva : Mashinostroenie, 1973. - 216 s.
9. Butusov D. S. Korrozionnoe rastreskivanie pod napryazheniem gazoprovodov / D. S. Butusov, S. I. Egorov, A. P. Zav'yalov, D. M. Lyapichev. - Moskva : Izdatel'skiy centr RGU nefti i gaza imeni I.M. Gubkina, 2015. - 80 s.
10. Petrov L. N. Korroziya pod napryazheniem monografiya / L. N. Petrov. - Kiev, Vischa shk., 1986. - 141 s.
