Анализ способов восстановления подбоек ВПРМ

Важнейшей задачей железнодорожного транспорта в рамках реализации современных требований к транспортной системе, направленных на обеспечение безопасности движения поездов, увеличения скоростей движения, сохранности грузов, качества перевозок пассажиров, является повышение надежности и долговечности путевых машин, позволяющих полностью ликвидировать ручной труд, повысить производительность за счет уровня механизации и автоматизации выполнения путевых работ, сократить время выполняемых операций и потерь, связанных с необходимостью предоставления временных интервалов в графике движения поездов для производства ремонтных технологических операций.

Не маловажным является поддержание путевой техники в исправном, работоспособном состоянии, снижение уровней отказов до возможно минимального уровня.

Решение поставленных задач зависит от создания освоения и внедрения прогрессивных ресурсосберегающих технологических методов, направленных на улучшение качества и износостойкости деталей, снижения себестоимости их изготовления и восстановления, и, как следствие, повышения производительности машин, улучшений условий труда обслуживающего персонала.

Анализ деятельности ремонтного производства показывает, что эффективность использования машин и механизмов зависит от правильной организации их эксплуатации и возможности экономичного и эффективного восстановления изнашиваемых деталей, что в свою очередь приводит к сокращению технологических операций на изготовление или ремонт вышедших из строя деталей и сокращения расхода материала.

Характер взаимодействия основных рабочих органов путевых машин — подбоек, скребков, ковшей, ножей и т. д. обусловлен процессами активного абразивного изнашивания в результате взаимодействия с балластом (учет фракционного состава обязателен), земляным полотном и рядом прочих комплексных причин — интенсивные динамические нагрузки, вибрация и т. д.

По причине невозможности остановки выполнения работ в технологическое «окно», предоставляемое для выполнения комплекса путевых работ, кроме как при отказе рабочего органа, агрегата, узла или механизма, износ рабочего органа путевой машины может достигать значительной величины. Около 60 % деталей имеют износ более 20 % от исходной массы и могут быть успешно восстановлены. [2, с.68]

Анализ износа показал, что износ рабочей поверхности лопатки подбойки ВПРМ (выправочно-подбивочно-рихтовочных машин) в процессе работы достигает по высоте 20 мм и более, что требует многослойной наплавки, для обеспечения оптимизированных геометрических размеров лопатки.

Количество наплавляемых слоев при этом достигает 8–10, что существенно снижает качество наплавляемого металла.

Затраты на материалы при устранении дефектов различными способами, по данным НИИАТа, колеблются от 0,3 до 36 % от полной себестоимости ремонта. [2,с.97]

К примеру, вибродуговая наплавка — 2,2 %, наплавка под флюсом — 6,5 %, металлизация электродуговая — 8,0:, наплавка в углекислом газе — 12.6 %. При этом восстановление деталей путем замены части изношенной детали механической обработкой составляет 36 % от себестоимости ремонта. [1, с.93]

Следует также учитывать тот факт, что рабочие поверхности изнашиваются неодинаково, к примеру, торцевые и боковые поверхности изнашиваются менее интенсивно, чем нижняя кромка лопатки.

Характер износа обусловлен интенсивностью изнашивания рабочих поверхностей в процессе контакта лопатки и щебня, с учетом гранулометрического состава обрабатываемого щебня, удельных давлений по мере заглубления лопатки в щебень, а так же расположения подбойки в подбивочном блоке относительно шпалы.

Геометрия и характер износа лопатки — абразивный с микрорезанием поверхностных слоев ставят задачу поиска способа и отработки технологии восстановления, позволяющего получить высоко износостойкие восстановленные поверхности, при значительной степени износа основного тела лопатки.

Ремонтные предприятия применяют следующие способы восстановления подбоек выправочно-подбивочно-рихтовочных машин: электродуговая ручная и механизированная наплавка легированными проволоками; электродуговая наплавка проволоками сплошного сечения (под слоем флюса или в среде защитных газов); плазменное напыление; индукционная наплавка. [1 с.94]

Недостатки существующих методов: недостаточная износостойкость нанесённого слоя металла, значительный разброс механических свойств, трудность последующей механической обработки, наличие технологических дефектов, таких как, неоднородность структуры наплавленного металла, образование различного рода включений, неравномерность поверхностной твердости наплавленного металла по площади детали, концентрация растягивающих напряжений, снижение усталостной прочности, коррозионной стойкости и т. д.

Достоинства: высокая производительность, возможность использовать остаточный ресурс долговечности детали по прочности, применение недорогой и несложной в изготовлении, монтаже и эксплуатации оснастки, а также увеличение экономической эффективности восстановления деталей путевых машин. [3,с.20]

Целесообразность выбора способа восстановления деталей определяется, как очевидно, сокращением затрат на материалы и снижением стоимости работ, связанных с устранением дефектов, предшествующих механической обработке, технологичностью ремонтного процесса, выбором наплавочных материалов, конкретными условиями ремонтного производства и требованиями к восстанавливаемой детали.

В настоящее время для восстановления лопаток ВПРМ применяется большая группа наплавочных материалов, различных по структуре, химическому составу, характеристик наплавляемого металла.

Один из наиболее распространенных и доступных в массовом ремонтном производстве способов ремонта лопаток — наплавка электродами типа Т-590 в два слоя, а при повышенном износе, с наращиванием изношенной части лопатки, путем приварки пластин из рессорной стали с предварительным прогревом детали до температуры 200–250°C. Полученная твердость HRC 60–62. [2, с 126]

Однако данный способ не обеспечивает требуемого ресурса подбоек по сравнению с оригинальными деталями.

Плазменное напыление и индукционная наплавка, несмотря на достижение однородности металла обрабатываемой поверхности и наплавленной поверхности, не дают ожидаемых результатов, т. к. оптимальная толщина наплавляемого металла находится в пределах 2–5 мм, а износ лопатки превышает указанные размеры и имеет не линейные формы.

Наиболее универсальными, по сравнению с электродами, порошковыми лентами и проволоками сплошного сечения являются порошковые проволоки на основе хрома и никеля, которые дают высокую твердость наплавленного слоя, высокую износостойкость материала в условиях абразивного изнашивания, а содержание марганца значительно повышает ударную вязкость наплавленного металла

Заслуживает внимания способ восстановления подбоек посредством наплавки порошковой проволокой ПП-1–506 или ПП-Пм-41 (условное обозначение ПП-Нп-80 Х20РЗТ-н-с ГОСТ26101–84). [4]

Предварительно выполняют длительную прокалку проволоки до температуры 150–200°C, чтобы избежать насыщения жидкого металла водородом вследствие взаимодействия с окружающим воздухом или влагой на поверхности детали, во флюсе или в покрытии электрода.

Иначе, это может послужить причиной образования газовых раковин и пор и последующего хрупкого разрушения жидкого металла в холодном состоянии [1, с.102]

Напыление с сопутствующим оплавлением самофлюсующего порошка ПГ-12Н-03 по ТУ48–4706–156–87 позволило получить твердость наплавленного слоя HRC 62–65. [4]

Применение флюса позволяет достигать высокой производительности наплавочного процесса, сформировать наплавленный слой металла с заданным химическим составом и физико-механическими свойствами.

Данный способ требует значительного времени на восстановление. Однако анализ результатов восстановления и технико-экономических показателей показывает, что данный способ дает лучшие результаты упрочнения рабочих поверхностей лопаток.

Достаточно распространённый способ восстановления лопаток — электродуговая наплавка электродами марки ЦНИИ-4 НР-70, несмотря на невысокие антифрикционные свойства наплавленного металла, обеспечивается необходимый ресурс работы подбоек.

Способ позволяет восстанавливать рабочие поверхности подбоек в необходимом диапазоне размеров, наплавлять легированные конструкционные стали, придавая, таким образом, заданные свойства наплавляемому металлу.

Низкая себестоимость процесса восстановления позволяет применять данный способ на малых ремонтных предприятиях, в условиях создания определенных прочностных и износостойких характеристик наплавленного металла при отсутствии высокотехнологичного оборудования и оснастки.

Все перечисленные способы восстановления изношенных поверхностей лопаток дают в результате величину относительной износостойкости, способствующую продлению ресурса работы подбойки, однако, не достаточную для обеспечения безотказной работы с заданной производительностью и качеством выполняемых работ подбивочного блока ВПРМ.

К вопросу о качестве выбранных способов восстановления лопатки следует отнести и результаты изменения формы подбойки, приведение её от прямоугольной формы к оптимизированной.

Отмечено, что интенсивность изнашивания подбоек с оптимизированным профилем за время приработки в три раза меньше, чем у подбоек стандартной прямоугольной формы, а за период эксплуатации в 1,5 раза меньше.

Задача получения рабочей поверхности с высокой износостойкостью при изменяющихся значениях удельных давлений и абразивного износа при заглублении лопатки в балласт, при относительно невысокой себестоимости ремонта, позволяет применить решение по внедрению легирующих элементов в тело нового слоя и получения приблизительной однородности с основным телом лопатки.

Также требуется отработка режимов наплавки, подготовительных работ, формирования наплавочного шва в горизонтальном положении лопатки с учетом оптимизированных геометрических параметров подбойки.

Опыт отечественных и зарубежных предприятий, исследования многих авторов свидетельствуют о целесообразности восстановления изношенных деталей.

Анализ способов повышения долговечности восстановленных лопаток показал, что выбор метода восстановления изношенных поверхностей подбойки ВПРМ зависит от:

-       от площади и геометрии изношенных поверхностей;

-       состояния изношенной поверхности;

-       требуемых качеств восстановленной детали — твердость, износостойкость, ударная прочность, ресурс работы;

-       технологических возможностей конкретного ремонтного производства (малое или специализированное ремонтное предприятие);

-       себестоимости ремонта и экономической целесообразности восстановления детали.

Скорость абразивного изнашивания лопаток может быть снижена правильным подбором способа восстановления её физико-механических свойств в зависимости от исходного состояния дефектной детали и оптимизацией её геометрических параметров, т. к. это существенно влияет на характер износа рабочих поверхностей лопатки при подбивке балласта.

Литература:

1.         Бабич А. В., Манаков А. Л., Щелоков С. В. Ремонт машин: Учебное пособие.-Новосибирск.: СГУПС,2012.-237 с.

2.         Бойко Н. И. Повышение качества поверхности деталей машин ресурсосберегающими технологиями: Учебник для вузов. — Ростов н/Д: РГУПС, 1995.-254 с.

3.         Бушмин А. П. Прогрессивные способы восстановления и ремонта деталей сельхозмашин: Справочник.- Краснодар: Кн.изд-во, 1985.-159 с., ил.

4.         http://www.remplazma.kz/patent4.htm