Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Российский Университет Транспорта (РУТ (МИИТ)) (кафедра "Технология транспортного машиностроения и ремонта подвижного состава", профессор)
сотрудник
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
сотрудник
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 73.29 Железнодорожный транспорт
Выяснены причины протекания коррозионных процессов в местах подверженных возникновению наибольших контактных напряжений. Изучен способ снижения и исключения коррозионных процессов и продления долговечности, как хребтовой балки, так и вагона в целом. Определены условия формирования коррозионных пятен и разработана технология, обеспечивающая увеличение долговечности узлов.
подвижной состав, технология, остаточные напряжения, коррозионные процессы, элементы
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. ГОСТ Р 55182-2012. Вагоны пассажирские локомотивной тяги. Общие технические требования. - М. : Стандартинформ, 2019.- 24 с.
2. Положение о продлении срока службы пассажирских вагонов, курсирующих в международном сообщении. - М. : ОАО «ВНИИЖТ», 2014.- 24 с.
3. Вагоны пассажирские. Руководство по капитальному ремонту (КР-2) ЛВ1.0030 РК. Утверждено распоряжением ОАО «РЖД» от 11.01.2019 №26/р. - Москва. 2019. - 155 с.
4. Вагоны пассажирские. Руководство по капитальному ремонту ЛВ1.0031 РК. Утверждено распоряжением ОАО «РЖД» от 10.01.2019 №11/р. - Москва. 2019. - 233 с.
5. Филиппов В. Н. Кузова вагонов. Общее устройство. Учебно-методическое издание / В. Н. Филиппов, Ю. А. Шмыров, И. В. Козлов, Т. Г. Куркина. - Москва, 2012. - 71с.
6. Степнов М. Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник / М. Н. Степанов. - Москва : Машиностроение, 1985. - 232 с.
7. Биргер И. А. Остаточные напряжения / И. А. Биргер. - М. : Машгиз, 1963г.-232с.
8. Подзей А. В. Технологические остаточные напряжения / А. В. Подзей, А. М. Сулима, М. И. Евстигнеев, Г. З. Серебренников. - Москва : Машиностроение, 1973. - 216 с.
9. Бутусов Д. С. Коррозионное растрескивание под напряжением газопроводов / Д. С. Бутусов, С. И. Егоров, А. П. Завьялов, Д. М. Ляпичев. - Москва : Издательский центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2015. - 80 с.
10. Петров Л. Н. Коррозия под напряжением монография / Л. Н. Петров. - Киев, Вища шк., 1986. - 141 с.
