Введение
Курсовой проект по технологии производства и ремонта вагонов выполняется с целью закрепления знаний, полученных при изучении технологических и других дисциплин. В процессе его выполнения мы показываем умение пользоваться различными справочниками, нормативной документацией, технической литературой, инструкциями, приобретаем опыт в проектировании технологического процесса, конструировании, модернизации и расчёте средств механизации и автоматизации при ремонте деталей и сборочных единиц вагонов.
Разработка любого технологического процесса является комп¬лексной задачей, для решения которой в конкретных условиях про¬изводства нужно найти оптимальный вариант процесса изготовле¬ния или ремонта заданного изделия. Оптимальным является такой вариант процесса, который обеспечивает выполнение всех требо¬ваний конструкторской документации на данное изделие при наи¬меньших производственных затратах.
Разработка технологических процессов в общем случае включа¬ет комплекс взаимосвязанных работ: анализ исходных данных, определение типа производства, выбор действующего процесса-аналога, выбор исходной заготовки и метода её получения, выбор технологических баз, разработка технологического маршрута, выбор технологического оборудования, разработка технологических операций, выбор инструмента и приспособлений, нормирование технологического процесса, его тарификация, определение техники безопасности, оформление технологических документов, расчёты основных параметров производства, разработка цеховой планировки.
Любой технологический процесс может существовать в двух формах: и виде совокупности определенных действий людей и техноло¬гического оборудования и в виде комплекта документов, определя¬ющих эти действия.
Технологический процесс как комплект документов записывают на специальных бланках. Правила оформления технологической до¬кументации установлены стандартами Единой системы технологи¬ческой документации (ЕСТД), согласно которым документы подраз¬деляют на виды и выполняют строго по определенной форме. К технологическим документам относятся графические и текстовые до¬кументы, которые отдельно или в совокупности определяют техно¬логический процесс изготовления изделия и содержат необходимые данные для организации производства. К графическим документам относят карты эскизов, к текстовым — маршрутную и комплекто¬вочную карты, карту технологического процесса, операционную кар¬ту, ведомость оснастки и др.
1. Анализ исходных данных для разработки технологического процесса
1.1 Назначение и типы колесных пар
Колесные пары относятся к наиболее ответственным элементам ходовых частей вагона. Они направляют движение вагона по рельсовому пути и воспринимают все нагрузки от вагона на рельс и обратно.
Типы, основные размеры и технические условия эксплуатации Государственными стандартами, а содержание и ремонт – Правилами технической эксплуатации железных дорог и Инструкцией по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию колесных пар.
Тип колесной пары определяется типом и диаметром колес. Для вагонов магистральных железных дорог широкой колеи, кроме моторных вагонов электро- и дизель- поездов ( ГОСТ 4835), выпускают два типа колесных пар РУ1- 950 и РУ1Ш-950 с диаметром колес 957 мм. Кроме того, в эксплуатации находятся еще два типа колесных пар РУ1-950 и РУ1Ш-950 с диаметром 950 мм.
Колесная пара является тем элементом, который обеспечивает непосредственный контакт вагона и пути. От точности геометрических размеров и других параметров колесной пары в значительной мере зависит безопасность движения и ходовые качества вагона. В связи с этим стандартом ( ГОСТ 4835) регламентированы основные размеры новой колесной пары.
Расстояние между внутренними боковыми поверхностями ободьев колес составляет: для колесных пар предназначенные для скоростей движения до 120 км/ч -1440±?2 ; свыше 120 , но не более 160 км/ч - 1440±?1 . Таким образом, для вагонов на большую скорость движения, зазор между гребнем колеса и рельсом на 1 мм меньше, а следовательно, меньше и допускаемый разбег колесной пары в колее. В результате уменьшение поперечного смещения колесной пары относительно рельсов снижаются боковые силы, передаваемые от колес на рельсы, износ колес и пути, сопротивление движению, повышается устойчивость колесной пары от схода с рельсов, улучшается плавность хода вагона.
Уменьшение зазора между колесом и рельсом достигается также увеличением толщины гребня. Поэтому для вагонов, эксплуатирующими со скоростями от 120 до 140 км/ч , минимальная толщина гребня составляет 28 мм, а при скоростях от 140 до 160 км/ч – 30 мм, против альбомного размера 33.
1.2 Конструкция колёса
Вагонные колеса различаются:
конструкцией — цельные и составные (бандажные), т.е. состоящие из колесного центра, бандажа и предохранительного кольца
способом изготовления — катаные и литые;
размерами диаметра колеса (950 и 957 мм) и отверстия ступицы (190 и 175 мм);
материалом.
Цельнокатаное колесо (рисунок 1) имеет обод 1, диск 2 и ступицу 3. Ширина обода - 130мм. Переход от ступицы к ободу выполнен в форме диска, расположенного под некоторым углом к этим частям, что придает колесу упругость и снижает воздействие динамических сил. Диск слегка конусный: у ступицы колеса его толщина больше, чем у обода. Такая форма распределение металла наиболее рациональна, так как обеспечивает равнопрочность колеса относительно поперечных толчков.
Рисунок 1 – Цельнокатаное колесо
1.3 Условия эксплуатации
Безопасность движения подвижного состава в большой сте¬пени зависит от надежности колесной пары, которая характери¬зуется способностью безотказной ее работы в сложных усло¬виях эксплуатации. Надежность зависит от качественных пара¬метров колесной пары и ее напряженного состояния, возникающего под влиянием действующих нагрузок, которые приводят к появлению дефектов. На колесную пару оказывают воздействие внешние переменные статические и динамические нагрузки и постоянно, действующие силы, обусловленные посадками с натя¬гом колес на подступичные части и роликовых подшипников на шейки осей. Во время движения колесная пара нагружается пространственной системой сил, изменяющихся по величине и вре¬мени. Основная составляющая сил — вертикальная нагрузка на шейки оси — зависит от массы брутто вагона. Статическая на¬грузка на ось составляет в среднем 180—220 кН (18—20 тс). При вписывании вагона в кривую на колесную пару действует центро¬бежная сила от боковин тележки, которая достигает 50 кН (5 тс). Дополнительно колесная пара нагружается ветровой нагрузкой с удельным давлением ветра на боковую стенку вагона до 500 Н/м2 (50 кгс/м2). В результате извилистого движения колесной пары в рельсовой колее в местах контакта колес с рельсами возникают силы трения, вызывающие изгиб колес. По данным ВНИИЖТа, при движении груженого четырехосного полувагона грузоподъем¬ностью 600 кН (60 т) со скоростью 60—80 км/ч сила трения, из¬гибающая колеса в наружную сторону, достигает 50 кН (5 тс). Силы, возникающие при торможении в результате трения между колодками и колесами, вызывают дополнительное нагружение осевых шеек от 20 до 60 кН (от 2 до 6 тс), а также создают вращаю¬щий момент, стремящийся повернуть колесо на оси.
Цикл эксплуатационного нагружения колесной пары харак¬теризуется резким периодическим скачком амплитудных напря¬жений в ее элементах при прохождении стыков, крестовин и не¬ровностей на рельсах, а также от воздействия неровностей на по¬верхности катания колес. Исследуя динамику движения колеса с ползуном, например, глубиной 2 мм, Н. Н. Кудрявцев уста¬новил, что динамическое воздействие на рельс от ползуна состав¬ляет 450 кН (45 тс), что намного превышает статическую нагрузку от колесной пары на рельсы.
Большое влияние на условия работы колесных пар оказывают возрастающие скорости движения поездов. Увеличение скоростей приводит к динамическим перегрузкам колесных пар и появле¬нию высокочастотных колебаний на участках с большой жестко¬стью пути. В зимних условиях силы взаимодействия пути и подвижного состава особенно возрастают.
Комплекс вертикальных, горизонтальных, боковых и тор¬мозных сил, действующих на колесную пару, вызывает сложное напряженное состояние оси и колес. Наиболее напряженными се¬чениями оси являются подступичные части, на которые напрес¬совывают ступицы колес, а также шейки в местах напрессовки роликовых подшипников. Напряженное состояние материала в зоне напрессовок характеризуется объемным характером в резуль¬тате действия изгибающего момента, воспринимаемого осью, сил контактного давления от ступицы колеса и сил трения вследствие явлений сдвига при запрессовке колеса на ось. Контактные дав¬ления, а также напряжения от изгибающего момента распреде¬ляются по длине подступичной части неравномерно, концентри¬руясь вблизи торцов ступицы. На знакопеременные напряжения, действующие в оси от внешней нагрузки, накладываются остаточ¬ные напряжения от технологической обработки и от напрессовки в зоне сечений, ограничивающих посадку с натягом. Высокая эксплуатационная напряженность осей приводит к образованию различных дефектов, чаще всего усталостного происхождения.
Контактные давления от запрессовки вызывают напряженное состояние ступицы, а внешние боковые и торцовые нагрузки создают напряжения в диске колеса. Особенно в сложных усло¬виях работает колесо в зоне контакта его с рельсом. Под действием вертикальных сил в зоне контакта возникают большие удельные давления, вызывая объемно-напряженное состояние металла. В процессе торможения на верхние слои металла поверхности ка¬тания колеса действуют большие касательные усилия и цикличе¬ские температурные нагрузки от нагрева поверхности обода при контакте с тормозной колодкой или с рельсом при интенсивном проскальзывании колеса по нему. Высокий нагрев верхних слоев и быстрое охлаждение их при выходе из зоны контакта приводят к структурным изменениям металла на поверхности катания ко¬леса. Нормальные и касательные усилия, температурные нагрузки, структурные превращения, которым подвергается каждый участок поверхности катания колеса с большой частотой циклов, вызывают износ, пластические деформации и различные виды контактно-усталостных повреждений.
Образование дефектов и скорость нарастания износов колес¬ных пар зависят от многих факторов: условий эксплуатации, химического состава и механических свойств осевой и колесной сталей, характеристик рельсов и тормозных колодок, размеров колесной пары, качества формирования и ремонта ее, содержания ходовых частей вагона, времени года и климатических условий.
1.4 Неисправности колес
В настоящее время у колесных пар в эксплуатации наиболее часто встречаются вертикальный подрез гребня, его износ по толщине, а также остроконечный накат.
Данные неисправности происходят из-за неправильной сборки тележки, длительной работы на участках пути с крутыми кривыми, а также нарушения требования колесных пар. Эти неисправности могут вызвать сход вагона с рельсов при прохождение стрелочных переводов.
Колесные пары с вертикальным подрезом и остроконечным накатом к эксплуатации не допускаются. Выявляют такие неисправности внешним осмотром, а также изменение величины подреза гребня выполняют шаблоном ВПГ. Толщина гребня колеса, измеряется на высоте 18 мм от вершины, должна быть не более 33 мм у всех вагонов и не менее 25 мм при скорости движения до 120 км/ч, не менее 28 – при скорости движения от 120 км/ч до 140 км/ч и не менее 30 мм – при скорости движения от 140 км/ч до 160 км/ч. Измерять толщину гребня горизонтальным движком абсолютного шаблона.
Равномерным прокатом называют износ колеса из-за его взаимодействия с рельсом. Измеряется прокат вертикальным движком абсолютного шаблона.
Неравномерным прокатом называют неравномерный износ поверхности катания из-за развития поверхностных дефектов и неоднородности металла колеса. Изменение неравномерного проката выполняется абсолютным шаблоном в сечение максимального износа и с каждой стороны этого сечения на расстояние до 500 мм. Не допускается эксплуатировать вагоны колесные пары которых имеют неравномерный прокат более 2 мм для грузовых вагонов и более 2 мм – у пассажирских вагонов при проверке на пункте формирования и оборота, у колесных пар с приводном генератора от торца шейки оси – более 1 мм.
Толщина обода колеса уменьшается из-за износа в процессе эксплуатации и при обточке. Не разрешается эксплуатировать вагоны толщина обода колеса которых по кругу катания менее 22 мм у грузовых вагонов, менее 30 мм – у пассажирских, эксплуатируемых со скоростью до 120 км/ч, менее 35 мм – со скоростями 120 -140 км/ч и менее 40 мм – со скоростями от 140 до 160 км/ч. Измеряют толщину обода толщиномером.
Из-за заклинивания колесных пар на поверхности образуются ползуны и навары.
Ползуны вызывают сильные удары колес о рельсы и могут привести к их излому. Выявить ползун можно при встрече поезда сходу на слух, а после остановки внешним осмотром. Глубину ползуна определяют как разность измерений проката абсолютным шаблоном в двух местах – на ползуне и рядом с ним. Если ползун смещен от круга катания, то вертикальный движок абсолютного шаблона перемещают по прорези до совпадения с ползуном.
Колесные пары с ползуном более 1 мм необходимо заменить. Если в пути следования обнаружат ползун глубиной более 1 мм, но не более 2 мм, то такой вагон разрешается довести до ближайшего ПТО со скоростью пассажирского поезда не более 100 км/ч, грузового – 70 км/ч.
При глубине ползуна от 2 до 6 мм разрешается следование поезда со скоростью не более 15 км/ч, а при ползуне от 6 до 12 мм – со скоростью не более 10 км/ч до ближайшей станции, где колесную пару необходимо заменить. При ползуне более 12 мм разрешается следование поезда со скоростью не более 10 км/ч, при условии исключения возможного вращения колесной пары.
Навар выявляют и измеряют так же, как и ползун. Высота навара допускается у пассажирского вагона не более 0.5 мм, у грузового не более 1 мм. Если высота навара более указанных размеров, но не более 2 мм, то вагон разрешается довести со скоростью 100 км/ч для пассажирского и до 70 км/ч у грузового поездов до блажащего пункта технического обслуживания.
На поверхности катания колеса от воздействия композиционных колодок могут образоваться кольцевые выработки. Выявляют их внешним
|