Яндекс цитирования
Поисковый анализ сайта


Оценка напряженно-деформированного состояния при наплавке корпуса буксы. Часть II

3. Анализ существующих способов восстановления изношенных поверхностей корпуса буксы.

Попытки наплавить корпус показали, что наплавка опорных поверхностей «Б» (рис. 2) не вызывает особых сложностей: их можно наплавлять в свободном состоянии, не принимая специальных мер по предотвращению деформации механически обработанного внутреннего диаметра 250 мм в корпусе буксы.

При наплавке направляющих поверхностей «А» из-за малой жесткости в направлении челюстей по горизонтальной оси и больших усадочных сил от наплавленных валиков, действующих вдоль окружности буксы, происходит деформация корпуса: диаметр уменьшается в направлении челюстей (вдоль оси тележки) и увеличивается в направлении опорной поверхности по вертикальной оси. Диаметр, как по переднему, так и по заднему подшипникам выходит за ремонтный допуск, (+0,2 мм), а овальность, т. е. разница диаметров в направлении опорной поверхности и челюстей, также превышает предельное значение, равное 0,2 мм.

Предпринимались попытки восстанавливать изношенные поверхности корпусов букс:

1. Перед наплавкой корпуса буксы для увеличения жесткости внутрь корпуса устанавливают два наружных кольца подшипников. При этом наплавка ведется на пониженных режимах с использованием специальной раскладки швов, обеспечивающей максимально равномерный прогрев буксы и с последующей проковкой каждого шва молотком. Однако при этом способе не устраняется причина, приводящая к деформации посадочного отверстия Æ250 мм, а, следовательно, выход годной продукции должен быть низким. Данные о замерах диаметра 250 мм в корпусах букс до наплавки и после ее отсутствуют. Имеются сведения, что при деповском ремонте ранее наплавленных по такой технологии корпусов букс наружные кольца приходится выбивать и устанавливать только с помощью кувалды, если вообще они могут быть установлены, что является недопустимым.

2. Уменьшение погонной энергии наплавки. Это приводит к снижению остаточных напряжений, так как уменьшается зона пластических деформаций и вследствие этого деформация корпуса буксы по диаметру 250 мм. Направляющие челюстей корпуса буксы предварительно фрезеруют, чтобы устранить неравномерный износ. Затем, используя пластинчатый электрод из нержавеющей стали, к каждой направляющей приваривают пластины изготовленные из стали Ст3, подбирая толщину которых получают чертежный размер  мм в челюстях без последующей механической обработки.

Малый объем расплавленного слоя металла (толщина пластинчатого электрода 0,8 мм) и кратковременность процесса горения электрода позволили получить незначительные остаточные напряжения, а, следовательно, и небольшие остаточные деформации корпуса буксы.

Однако металлографическим исследованием наплавленного ребра корпуса буксы установлено, что несплавление между накладкой и пластинчатым электродом достигает 60% площади накладки, а между пластинчатым электродом и металлом ребра корпуса буксы - 20%. При таком количестве несплошностей, являющихся концентраторами напряжения, необходима серьезная проверка несущей способности соединения. Кроме того, этот способ требует тщательной подготовки каждого элемента и соединения в целом под сварку, что значительно снижает производительность процесса.

3. Восстановление корпусов букс путем наплавки опорной поверхности с последующей ее механической обработкой на размер 173±1 мм и приварки пластин из Ст3 на направляющие челюстей с помощью электрозаклепок и обварки их по торцам. Перед приваркой направляющие челюстей фрезеруют с таким расчетом, чтобы после приварки пластин получить чертежный размер 328 мм. Малый объем наплавленного металла и низкое тепловложение дают возможность получить малую деформацию корпуса. Однако, несмотря на предварительную механическую обработку направляющих из-за деформации пластин во время их приварки не обеспечивается плотное их прилегание, т.е. всегда имеется зазор между пластиной и поверхностью корпуса. Такой зазор является конструктивным трещиновидным концентратором напряжений. В нем неизбежно будет происходить окисление приваренных пластинок и замерзание попадающей влаги в осенне-зимне-весенний период с положительным объемным  ее эффектом, вызывающим появление сил отрывающих эти пластинки. Как будет вести себя такое соединение в условиях ударных нагрузок при условии малой площади соединения, могут показать только эксплуатационные испытания и в условиях роспуска вагонов на сортировочных горках. При использовании данного способа затруднительно обеспечить требуемую износостойкость восстанавливаемых поверхностей, т.к. применение привариваемых пластинок из высокопрочной закаленной стали приведет к их отпуску и как следствие к резкому снижению износостойкости.

4. Способ наплавки с интенсивным охлаждением наплавляемой буксы в ванне с водой. При этом наплавка осуществлялась электродом диаметром 3 мм на малом токе с интенсивным проковыванием каждого шва молотком. Несмотря на приемлемые результаты по деформации корпуса буксы по диаметру 250 мм, необходимо отметить малую производительность этого метода и его низкую технологичность. Кроме того, работа по наплавке в воде может приводить к попаданию водорода в жидкий металл наплавки, что приведет к его охрупчиванию и как следствие к образованию трещин в сварном соединении.

Анализ рассмотренных выше способов показывает, что, независимо от метода восстановления изношенных поверхностей, общим для них является стремление уменьшить уровень остаточных напряжений.


4. Способ уменьшения остаточных напряжений и деформаций при наплавке корпуса буксы

Методы уменьшения остаточных напряжений и деформаций известны.

К ним относятся:

- создание в детали или узле предварительной деформации обратного знака, наплавка с малыми погонными энергиями;

- раскладка швов в определенном порядке, а также последующая пластическая деформация наплавленного металла.

Для создания в корпусе буксы предварительной деформации обратного знака было разработано специальное приспособление, основным элементом которого является силовой механизм (гидравлический домкрат), упруго деформирующий корпус буксы перед наплавкой в направлении направляющих челюстей.

При наплавке швы накладываются в определенной последовательности, способствующей уменьшению разогрева основного металла и сохраняющей благоприятную схему нагружения корпуса буксы. В процессе наплавки производят проковку каждого слоя металла молотком массой 1,2 кг.

После полной наплавки направляющих челюстей и проковки швов букса охлаждается в нагруженном состоянии в течение 30 мин при температуре окружающего воздуха цеха с целью релаксации остаточных напряжений.

После полного охлаждения наплавленного корпуса производится контроль диаметра 250 мм и в случае положительного результата корпус подается на механическую обработку наплавленных поверхностей.

Также необходимо отметить некоторые моменты, которые в той или иной степени определяют качество при выполнении данных работ.

Работа по восстановлению изношенных поверхностей в корпусах букс начинается и заканчивается после механической обработки наплавленных поверхностей замером посадочного отверстия диаметром 250 мм. Соответствующие замеры выполняются или электронным прибором для контроля размеров и формы внутренней части корпуса буксы или нутромером с индикатором часового типа с точностью измерения 0,01 мм. При этом большое значение имеет температура окружающей среды и соответственно температура самого корпуса буксы, которая должна соответствовать температуре колесно-роликового производственного участка, где происходит монтаж буксовых узлов.


sader


При изменении температуры корпуса на 20°С внутренний диаметр изменяется в среднем на 0,07 мм (Рис. 4). Это может оказать решающее значение на фактический диаметр 250 мм, когда он имеет предельные значения близкие к верхнему или нижнему полю допуска.

Для наплавки корпуса применяются разжимающие гидравлические домкраты с усилием 35 тонн. Это связано с тем, что с одной стороны такой запас по усилию при необходимой нагрузке 11 тонн дает возможность работать при пониженном давлении масла в гидросистеме равном 150 атм. С другой стороны такой запас по усилию позволяет применить правку корпусов букс, имеющих размер после наплавки, выходящий за пределы поля допуска. Как правило, это происходит в направлении челюстей, когда диаметр 250 мм принимает отрицательный допуск. Это значит, что в швах на трущихся поверхностях челюстей после наплавки остались растягивающие остаточные напряжения, которые деформируют корпус в этом направлении. Для их снятия необходимо пластически деформировать эти швы. Для этой цели корпус буксы после наплавки и замера внутреннего диаметра 250 мм снова надевается на нагружающее устройство и деформируется усилием в 2-3 раза превышающем рабочее, т.е. усилием от 20 т и выше (рис.5).

ghgtttttt
Величина деформирующего усилия зависит от величины коробления корпуса буксы после наплавки и времени выдержки под нагрузкой в процессе правки. Чем больше время выдержки, тем меньшая величина усилия требуется для исправления большего коробления.

Оценка напряженно-деформированного состояния корпуса буксы выполнена методом конечных элементов с помощью программного пакета ANSYS Workbench (10.0). Сделан анализ напряжений и деформаций, возникающих при наплавке опорной и направляющих поверхностей корпуса.


Последнее обновление (12.01.11 11:24)

 
Что-то новенькое
Что-то новенькое
Блог для разработчиков /a>.
Регистрация доменов iregs.ru низкие цены.