СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КОЛЁС РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА Российский патент 2004 года по МПК C21D9/34 

Описание патента на изобретение RU2222613C1

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к способам восстановления работоспособности цельнокатаных колес железнодорожного транспорта.

Известен способ восстановления профиля поверхности катания колес рельсового транспорта, включающий механическую обработку заданного профиля, многократный импульсный отжиг поверхностного слоя путем нагрева выше Ас1, охлаждения ниже Ar1, нагрева ниже Ac1, подстуживания и ускоренного охлаждения со скоростью 50-60oС/с, осуществляемого после завершения промежуточного превращения [1].

Известен способ восстановления профиля поверхности катания колес рельсового транспорта, включающий механическую обработку и многократную термообработку путем импульсного нагрева поверхностного слоя металла выше Ac1, охлаждения ниже Ar1, нагрева ниже Ac1, подстуживания: при первых двух циклах термообработки в течение 9-19 с, при третьем цикле - в течение 3-6 с и ускоренного охлаждения со скоростью 50-60oС/с до начала перлитного превращения [2].

Недостаток данных способов [1, 2] заключается в том, что они не обеспечивают восстановления работоспособности колес, потерявших свою общую и усталостную прочность из-за износа и переточек обода.

Это вызвано тем, что указанные способы термообработки [1, 2] не обеспечивают требуемую общую и усталостную прочность колес, снижающуюся при уменьшении толщины обода.

Задача изобретения - увеличение ресурса цельнокатаных колес - может быть осуществлена за счет восстановления при ремонте прочности и усталостной прочности изношенных колес.

Т. е. , цельнокатаные колеса, например для грузовых вагонов, не могут иметь рабочую толщину обода менее 24 мм при выпуске из текущего отцепочного ремонта, т. к. не обеспечивают требуемую общую и усталостную прочность. Восстановление при ремонте показателей общей и усталостной прочности для колес с толщиной обода менее 24 мм позволит продолжить использование в эксплуатации таких колес, повысить их ресурс на 10-15% и уменьшить общую потребность транспорта в цельнокатаных колесах.

Данной обработке могут подвергаться как новые колеса, поступающие в эксплуатацию под подвижной состав с нагрузкой на ось 25-30 тc, так и колеса, прослужившие некоторый срок, в процессе их ремонта.

Технический результат достигается тем, что в способе восстановления работоспособности колес рельсового транспорта первоначально колесную пару предварительно обтачивают для восстановления геометрии профиля поверхности катания. Затем на внутренней и наружной поверхностях дисков цельнокатаных колес напротив друг друга, захватывая зоны переходов диска в обод и диска в ступицу создаются локальные упрочненные зоны в виде сплошных линий различной геометрической формы за счет термической обработки токами высокой частоты, плазменным нагревом или иной другой обработки, обеспечивающей тот же эффект, что способствует повышению общей и усталостной прочности колеса. Ширина участков термообработанного металла 25÷50 мм. В глубину диск упрочняют на 1,5÷2,0 мм с каждой стороны.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показаны схемы локального упрочнения колес; на фиг.2 представлена схема проведения опыта; на фиг.3 изображен график изменения твердости.

На поверхностях диска 2 (фиг.1) образованы упрочненные слои металла 1 от ступицы к ободу (фиг.1г), которые могут иметь различную геометрическую форму (фиг.1а, 16, 1в и др.).

Способ заключается в следующем. Были взяты три колеса производства Выксунского металлургического завода, работавшие под грузовыми вагонами, оборудованными композиционными тормозными колодками, и изъятые из эксплуатации по причине достижения минимально допустимой в эксплуатации толщины обода (табл.1).

Термоупрочненные зоны - в виде "ребра жесткости" наносились равномерно с внутренней и наружной стороны диска колеса напротив друг друга. Полосы наносились в направлении от ступицы к ободу, захватывая зоны перехода диска в обод и диска в ступицу, с использованием пламени кислородно-ацетиленовой газовой горелки.

Для проведения эксперимента на поверхности дисков колес были нанесены термоупрочненные зоны различной формы (фиг.1а, 1б, 1в):
а) в виде спирали;
б) в виде 6 радиальных изогнутых спиц;
в) в виде 6 радиальных зигзагообразных спиц.

Термообработка проводилась со следующими режимами: скорость нагрева составляет 140-170oС/с при плотности энергии 4-5 кВт/см2. Температура закаливания tзак=830-850oС. Охлаждение воздушное и на массу колеса.

Затем были проведены усталостные испытания данных упрочненных колес. Испытания проводились на пресс-пульсаторе ЦДМ-200 ПУ при частоте нагружения 5 Гц, при t=12-18oС.

При проведении испытаний использована методика блок-программного нагружения, разработанная Всероссийским Научно-исследовательским Институтом Железнодорожного Транспорта.

Результаты испытаний представлены в табл.2.

Усталостные испытания, проведенные во ВНИИЖТе, показали, что блочное нагружение стандартных колес с черновой поверхностью диска и толщиной обода 45 мм приводит их к разрушению после 1,2-1,3 млн. циклов, тогда как колеса, имеющие толщину обода, минимально допустимую в эксплуатации (22-24 мм), подвергнутые локальному термоупрочнению дисков, выдерживали без образования трещин более 1,6-3 млн. циклов нагружения, за исключением колеса 1, где усталостная трещина появилась через 1,49 млн. циклов.

Для пояснения сущности получаемого эффекта рассмотрим пример с пластинами, локально упрочненной и неупрочненной.

Был выполнен эксперимент по определению их жесткости до и после термообработки. Для этого образец 4 (фиг.2) с одной стороны закрепили, а с другой приложили нагрузку Р=200 кгс и измерили перемещение свободного конца, которое составило 0,392 мм. Далее была проведена локальная термообработка образцов с обеих сторон.

Перемещение упрочненных образцов составило 0,343 мм. Затем, определив жесткость для неупрочненных и упрочненных образцов, получили, что жесткость увеличилась на 12,5%.

Измерение твердости обработанных образцов велось алмазной пирамидой по Виккерсу (ГОСТ 2999-75). По результатам измерений были построены графики изменения твердости в зависимости от ширины образца (фиг.3). Из графика видно, что после термообработки твердость увеличилась. Максимальное ее значение составило в середине образца на глубине h=1,5 мм и равно 214 кгс/мм2. Твердость неупрочненного образца составляет 187 кгс/мм2. Глубина, на которой произошли изменения твердости, составляет 4,8 мм.

Предлагаемые мероприятия по повышению работоспособности, качества функционирования колеса улучшают его способность выдерживать циклические напряжения, вызываемые в нем статическими и динамическими нагрузками.

В табл. 3 приведено доказательство достижения положительного эффекта предлагаемого способа по сравнению со способом-прототипом.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1433992, кл. С 21 D 9/34, 1987.

2. Авторское свидетельство СССР 1608234, кл. С 21 D 9/34, 1988.

Похожие патенты RU2222613C1

название год авторы номер документа
Способ термической обработки цельнокатаных железнодорожных колес 2016
  • Яндимиров Александр Арсентьевич
  • Васенина Елена Маратовна
  • Седышев Игорь Александрович
  • Вилков Сергей Алексеевич
  • Баикин Дмитрий Владимирович
RU2632507C1
Способ термической обработки цельнокатаных железнодорожных колёс из легированной стали 2016
  • Филиппов Георгий Анатольевич
  • Гетманова Марина Евгеньевна
  • Гриншпон Александр Семёнович
  • Яндимиров Александр Арсентьевич
  • Павлова Наталья Владимировна
  • Васенина Елена Маратовна
RU2616756C1
Способ восстановления профиля поверхности катания колес рельсового транспорта 1987
  • Машнев Михаил Михайлович
  • Продан Николай Семенович
  • Иванов Игорь Александрович
  • Богданов Анатолий Филатович
  • Будюкин Алексей Митрофанович
  • Урушев Сергей Викторович
SU1420041A1
Сталь и цельнокатаное колесо, изготовленное из неё 2016
  • Филиппов Георгий Анатольевич
  • Изотов Владимир Ильич
  • Яндимиров Александр Арсентьевич
  • Павлова Наталья Владимировна
  • Васенина Елена Маратовна
  • Седышев Александр Игоревич
RU2615425C1
Способ восстановления профиля поверхности катания колес рельсового транспорта 1983
  • Машнев Михаил Михайлович
  • Продан Николай Семенович
  • Князев Владимир Иванович
  • Захаров Валентин Сергеевич
SU1157095A1
ЦЕЛЬНОКАТАНОЕ КОЛЕСО ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА 2008
  • Кушнарев Алексей Владиславович
  • Киричков Анатолий Александрович
  • Петренко Юрий Петрович
  • Сухов Алексей Владимирович
  • Иванов Александр Олегович
  • Шестак Василий Данилович
  • Комоватов Александр Васильевич
RU2376149C1
Способ восстановления профиля поверхности катания колес рельсового транспорта 1988
  • Иванов Игорь Александрович
  • Продан Николай Семенович
  • Урушев Сергей Викторович
  • Машнев Михаил Михайлович
  • Богданов Анатолий Филатович
  • Жуков Дмитрий Александрович
  • Губенко Светлана Ивановна
  • Зимин Николай Вячеславович
  • Заболотнев Александр Георгиевич
SU1608234A1
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ КОЛЕС РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА 2020
  • Новиков Сергей Васильевич
  • Гершман Иосиф Сергеевич
RU2754627C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС ИЗ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛИТКОВ 1997
  • Комратов Ю.С.
  • Кузовков А.Я.
  • Чернушевич А.В.
  • Петренко Ю.П.
  • Одиноков С.Ф.
  • Фетисов А.А.
  • Шегусов А.М.
  • Паршин В.А.
  • Валетов М.С.
  • Парышев Ю.М.
RU2119841C1
ЦЕЛЬНОКАТАНОЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ КОЛЕСО И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2004
  • Королев С.А.
  • Волков А.М.
  • Кондрушин А.И.
  • Голышков Р.А.
  • Крошкин В.А.
  • Яндимиров А.А.
  • Роньжин А.И.
  • Пашолок И.Л.
  • Разумов А.С.
RU2259279C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 222 613 C1

Реферат патента 2004 года СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КОЛЁС РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к способу восстановления работоспособности колес железнодорожного транспорта. Техническим результатом изобретения является увеличение ресурса цельнокатаных колес. Технический результат достигается термической обработкой диска колеса с двух сторон напротив друг друга в виде различных сплошных линий, захватывая переходы диска в обод и диска в ступицу, причем нагрев поверхностного слоя металла производят до температуры полной аустенитизации. 3 ил., 3 табл.

Формула изобретения RU 2 222 613 C1

Способ восстановления работоспособности колес рельсового транспорта, включающий механическую обработку профиля поверхности катания колес и термообработку, отличающийся тем, что термически обрабатывают диск колеса с двух сторон напротив друг друга в виде различных сплошных линий, захватывая зоны перехода диска в обод и диска в ступицу, причем нагрев поверхностного слоя металла производят до температуры полной аустенитизации.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2004 года RU2222613C1

Способ восстановления профиля поверхности катания колес рельсового транспорта 1988
  • Иванов Игорь Александрович
  • Продан Николай Семенович
  • Урушев Сергей Викторович
  • Машнев Михаил Михайлович
  • Богданов Анатолий Филатович
  • Жуков Дмитрий Александрович
  • Губенко Светлана Ивановна
  • Зимин Николай Вячеславович
  • Заболотнев Александр Георгиевич
SU1608234A1
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ КАТАНИЯ КОЛВСоi-'J 1972
SU433222A1
Способ восстановления профиля поверхности катания колес рельсового транспорта 1985
  • Машнев Михаил Михайлович
  • Микеров Юрий Кузьмич
  • Князев Владимир Иванович
  • Богданов Анатолий Филатович
  • Жуков Дмитрий Александрович
SU1315077A1
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ КОЛЕС 1997
  • Чкалов Л.А.
  • Квасов М.И.
  • Шарадзе О.Х.
  • Кулемин В.Н.
RU2127768C1

RU 2 222 613 C1

Авторы

Иванов И.А.

Кононов Д.П.

Урушев С.В.

Шадрина Н.Ю.

Даты

2004-01-27Публикация

2002-07-01Подача