Транспорт в XXI веке: состояние и перспективы
жүктеу/скачать 8,29 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Буромбаев С.А.
- Бондарь И.С.
- Машеков С.А.
- Машекова А. С.
выводы: Во-первых, колебания верхнего строения пути от ударного импульса имеют достаточно сложный характер. Элементы верхнего строения пути работают совместно, изменения в конструкции или работе хотя бы одного элемента вызывают изменения в работе каждого из них и пути в целом; Во-вторых, по характеру виброграмм, регистрируемых на элементах верхнего строения пути, можно судить о способности используемого типа скрепления гасить высокочастотные вибрации. Влияние той или иной гармонической составляющей на характер виброграмм может оцениваться путем построения графиков их спектральной МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
195
плотности дисперсии (спектрограмм). Данный метод может быть использован для сравнения работы элементов верхнего строения пути с различными типами скреплений. Литература
1. Влияние жесткости и неровностей пути на деформации, вибрации и силы взаимодействия его элементов. Тр. ЦНИИ МПС, вып. 370. М.: Транспорт, 1969. 2. Исследование взаимодействия пути и подвижного состава. Тр. ДИИТ, вып. 148. Днепропетровск, 1974 г. 3. Исаенко Э.П., Финк В.К., Квашнин М.Я. Результаты определений амплитудно- частотных характеристик в элементах железнодорожного пути.
Материалы международной НПК «Транспорт Евразии: взгляд в двадцать первый век», КазАТК, том IV, Алматы, 2008 г. 4. Фришман М.А. Как работает путь под поездами. М.: Транспорт, 1969 г.
Квашнин М.Я. – доцент, к.т.н., Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М.Тынышпаева (г. Алматы, Казахстан) Бондарь И.С. – ст. преподаватель (Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М.Тынышпаева, г. Алматы, Казахстан) Жангaбылова А.М. – аспирант (г. Москва, МГУПС)
ПУТИ СО СКРЕПЛЕНИЕМ ТИПА КПП-5 ПРИ УДАРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Априори известно, что колебания, возникающие в элементах верхнего строения пути при прохождении поездной нагрузки, представляют собой группу периодических затухающих импульсов [1-5]. В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований свободных колебаний в элементах верхнего строения пути со скреплением типа КПП-5 от ударного импульса. Энергетические аспекты ударного возбуждения изгибных колебаний в многослойных упругих конструкциях подробно изложены в работах [6-7]. Исследования выполнялись на полигоне фирмы ТОО «Магнетик», с использованием мобильного виброизмерительного комплекса. Комплекс состоит из датчиков виброскорости (велосиметров) МВ-25Д-В, которые преобразуют воздействующие на них механические вибрации в электрический сигнал. Преобразование аналогового сигнала в цифровую форму осуществляется в электронном блоке АЦП (фирмы «Л-КАРД», модель Е-14-440). Сбор цифровых данных с АЦП и общее управление измерениями реализовывается при помощи специального программного обеспечения персонального компьютера типа «Notebook». Для возбуждения колебаний в элементах верхнего строения пути, использовались следующие варианты: а) возбуждение колебаний производилось ударом резинового молотка весом около 2 кг по центру рельса между шпалами; б) возбуждение колебаний производилось ударом резинового молотка весом около 2 кг по рельсу над шпалой.
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
196
Для измерения колебаний элементов верхнего строения пути датчики устанавливались в шести различных точках: на наружной ветви упругой клеммы с внешней и внутренней стороны рельса, на середине и конце железобетонной шпалы, на балластное основание у конца шпалы, на балластное основание с внутренней стороны рельсошпальной решетки. Расположение датчиков на конструкции верхнего строения пути со скреплением типаКПП-5 показано на рисунке 1. Возбуждение колебаний по каждому варианту выполнялось от 6 до 12 раз. Длительность записи η и частота дискретизации сигнала на канал f д , при проведении исследований составляли: η = 1,024 с, f д = 1,6 кГц.Построение спектров (амплитудно- частотных характеристик) для каждой полученной реализации осуществлялось в среде MATHCAD с использованием программы быстрого преобразования Фурье. На ниже приведенных графиках амплитудно-временных зависимостей отрицательные значения соответствуют отклонению точки элемента от положения равновесия вниз, положительные – вверх. В дальнейшем результаты измерений анализировались в лабораторных условиях, в частности проводился статистический анализ характеристик полученных виброграмм и их спектров с целью изучения степени идентичности проведенных измерений при каждом варианте возбуждения колебаний. Статистический анализ экспериментальных данных позволил выявить высокую степень сходимости результатов измерений при каждом используемом варианте возбуждения колебаний. На основании статистического анализа экспериментальных данных вполне можно делать аналитические выводы о характере колебаний каждого исследуемого элемента верхнего строения пути.
1 – на середине железобетонной шпалы; 2 – на наружной ветви упругой клеммы с внутренней стороны рельса; 3 – на балластном основании с внутренней стороны рельсошпальной решетки; 4 – на наружной ветви упругой клеммы с внешней стороны рельса; 5 – на конце железобетонной шпалы; 6 – на балластном основании у конца шпалы Рисунок 1. Схема расположения датчиков на элементах верхнего строения пути со скреплением типа КПП-5
Анализ виброграмм и их графиков спектральной плотности дисперсии, полученных для различных элементов верхнего строения пути со скреплением типа КПП- 5, дал следующие результаты. Процесс колебаний, регистрируемых на наружной части упругой клеммы с внешней и внутренней стороны рельса, для скрепления типа КПП-5, происходит в противофазе (рисунок 2-а, 3-а). На полученных спектрограммах хорошо прослеживаются частоты в диапазоне 1 до 1400 Гц с основным спектральным максимумом на частоте 27 Гц (рисунок 2-б, 3-б)
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
197
0 0.01
0.02 0.03
0.04 0.05
0.06 0.07
0.08 0.09
0.1 5 2.5 0 2.5
5 мм с t c а)
0 100
200 300
400 500
600 700
800 900
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 0 1 2 3 4 5 6 E i f i Гц б) Рисунок 2. Виброграмма (а) и спектрограмма (б) отклика на ударное воздействие на наружной ветви упругой клеммы с внешней стороны рельса (основной спектральный максимум на частоте 27 Гц)
0 0.01 0.02
0.03 0.04
0.05 0.06
0.07 0.08
0.09 0.1
5 2.5
0 2.5
5 мм с t c а)
0 100
200 300
400 500
600 700
800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 0 1
3 4 5 6 E i f i Гц б)
Рисунок 3. Виброграмма (а) и спектрограмма (б) отклика на ударное воздействие на наружной ветви упругой клеммы с внутренней стороны рельса (основной спектральный максимум на частоте 27 Гц)
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
198
Колебания на середине и конце железобетонной шпалы для исследуемого скрепления типа КПП-5 отличаются по виду и характеру (рисунок 4-а, 5-а). Максимальные амплитудные отклонения на первой моде для всех равнозначных реализаций на конце шпалы в 5,5 раз больше чем на середине шпалы (рисунок 4-б, 5-б). В спектрах виброграмм, полученных на конце шпалы, прослеживаются два основных спектральных выброса на частотах 27 и 45 Гц (рисунок 4-б).Форма импульса зарегистрированного на середине железобетонной шпалы близка к классической экспоненциально затухающей синусоиде. В спектрах виброграмм, полученных на середине шпалы, регистрируются пять спектральных максимумов на частотах 29, 45, 152, 240, 529 Гц (рисунок 5-б). 0 0.01
0.02 0.03
0.04 0.05
0.06 0.07
0.08 0.09
0.1 5 2.5 0 2.5
5 мм с t c
а) 0 100
200 300
400 500
600 700
800 0 2 4 6 8 E i f i Гц б)
Рисунок 4. Виброграмма (а) и спектрограмма (б) отклика на ударное воздействие на конце шпалы (основной спектральный максимум на частоте 27 Гц, второй максимум на частоте 45 Гц) 0 0.01 0.02 0.03
0.04 0.05
0.06 0.07
0.08 0.09
0.1 2.5
1.25 0 1.25 2.5 мм с t c
а) МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
199
0 100
200 300
400 500
600 700
800 0 0.25 0.5 0.75
1 1.25
1.5 E i f i Гц
б) Рисунок 5. Виброграмма (а) и спектрограмма (б) отклика на ударное воздействие на середине шпалы (основной спектральный максимум на частоте 29 Гц, второй на частоте 45 Гц, третий на частоте 152 Гц, четвертый на частоте 240 Гц, пятый на частоте529 Гц)
Виброграммы колебаний на балластном основании у конца шпалы и с внутренней стороны рельсошпальной решетки, похожи по внешнему виду (рисунок 6-а, 7-а). В спектрах виброграмм регистрируется один основной спектральный выброс на частоте 27 Гц. Максимальные амплитудные отклонения на основной моде для всех равнозначных реализаций на балластном основании у конца шпалы в 1,3 раз больше чем на балластном основании с внутренней стороны рельсошпальной решетки (рисунок 6-б, 7-б).
0 0.02 0.04
0.06 0.08
0.1 0.12
0.14 1.6
0.8 0 0.8 1.6 мм с t c
а)
0 50 100 150 200
250 300
350 400
450 500
0 1 2 3 4 E i f i Гц
б) Рисунок 6. Виброграмма (а) и спектрограмма (б) отклика на ударное воздействие на балласте у конца шпалы (основной спектральный максимум на частоте 27 Гц)
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
200
0 0.02
0.04 0.06
0.08 0.1
0.12 0.14
1.6 0.8
0 0.8
1.6 мм с t c а)
0 50 100 150 200
250 300
350 400
450 500
0 0.5
1 1.5
2 2.5
3 E i f i Гц
б) Рисунок 7. Виброграмма (а) и спектрограмма (б) отклика на ударное воздействие на балласте с внутренней стороны рельсошпальной решетки (основной спектральный максимум на частоте 27 Гц) На основании полученных результатов исследований колебаний элементов верхнего строения пути со скреплением типа КПП-5 можно сделать следующие выводы: 1. Колебания верхнего строения пути от ударного импульса имеют достаточно разнообразный вид и сложный характер. По характеру виброграмм колебаний элементов верхнего строения пути можно судить о способности используемого типа скрепления гасить высокочастотные вибрации. 2. Влияние той или иной гармонической составляющей на характер виброграмм может оцениваться путем построения графиков их спектральной плотности дисперсии. 3. Оценку работы элементов верхнего строения пути с различными типами скреплений можно производить ударно-импульсным методом по полученным виброграммам и их спектрам.
Литература 1. Hunt, H.E.M. Measures for reducing ground vibration generated by trains in tunnels. In:. ―Noise and Vibration from High-speed Trains―, ed V.V. Krylov, Telford, 2001, Chapter 14, pp423-430 2. Jaquet,T. and Hueffmann,G. Ausbildung eines tieffrequenten Masse-Feder-Systems mittels Stahlfederelementen bei U- und Vollbahnen als Schutz gegen Erschuetterungen und Koerperschalleinwirkungen, VDI Berichte Nr.1345 (1997) S.143-160 3. Влияние жесткости и неровностей пути на деформации, вибрации и силы взаимодействия его элементов. Тр. ЦНИИ МПС, вып. 370. - М.: Транспорт, 1969.
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
201
4. Исследование взаимодействия пути и подвижного состава. Тр. ДИИТ, вып. 148. - Днепропетровск, 1974 5. Исаенко Э.П., Финк В.К., Квашнин М.Я. Результаты определений амплитудно- частотных характеристик в элементах железнодорожного пути.
Материалы международной НПК «Транспорт Евразии: взгляд в двадцать первый век», КазАТК, том IV, Алматы, 2008 6. Рабинович И.М., Синицын А.П., Лужин А.В., Теренин Б.М. Расчет сооружений на импульсное воздействие. – М.: Стройиздат, 1970 7. Махметова Н.М., Квашнин М.Я.,Абиев Б.А., Квашнин Н.М. Энергетические аспекты ударного возбуждения изгибных колебаний в многослойных упругих пластинах // Вестник КазАТК № 3 (58), 2009 Машеков С.А. – профессор, д.т.н., – КазНТУ (г. Алматы, Казахстан) Алимкулов М.М. – доцент, к.т.н., Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М.Тынышпаева (г. Алматы, Казахстан) Машекова А. С. – преподаватель (г. Алматы, Казахстан)
(Сообщение 1)
Ошибки технологии изготовления рельсов, дефекты, допущенные при производстве рельсов, проявляются в процессе эксплуатации в виде отказов, снижающих эффективность функционирования систем эксплуатации рельсов [1]. При рассмотрении причин, приводящих к отказам в жизненномцикле рельсов, важным является тот факт, что значительная часть отказов рельсов носит случайный характер и непосредственно связана со свойствами рельсов. Эти отказы, как правило, вызваны наличием скрытых дефектов, которые срабатывают под воздействием внутренних и внешних факторов. Усилия исследователей в создании теории качества продукции металлургического комплекса направлены на решение трех основных проблем [2]: на разработку технологии получения продукции, структуры и критериев количественной оценки качества, а также на
создание соответствующих комплексных систем
управления качеством, обеспечивающих органическую связь параметров качества с технологическими процессами и стадиями производства продукции. По мнению авторов работы [3], основой технического прогресса на железнодорожном транспорте является увеличение скоростей движения, массы поездов, осевых нагрузок. Увеличение вышеперечисленных параметров требует повышения качества основных узлов транспортных металлоконструкций. Такое повышение требует значительной реконструкции производства, внедрение новых технологий производства и методов контроля [1,3]. Известно, что такие мероприятия требуют довольно крупных капитальных вложений. Авторы данных работ считают, что для осуществления технико-экономического анализа и расчета эффективности капиталовложений необходимо в каждом дискретном случае точно оценить уровень повышения качества металлоизделия и ее влияние на потребительские свойства. В работе [1] отмечено, что дифференцированного подхода требует специфика работы, отказы и разрушение рельсов.
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
202
Из материаловработ [1,3] известно, что с помощью проведениялабораторных, стендовых, полигонных и эксплуатационных испытаний проверяется качество рельсов. При этом, требуется использование статистического анализа данных обо всем жизненномцикле рельсов на сети железных дорог. По мнению авторов вышеприведенных работ, данные виды испытаний не могут друг друга подменить. Они взаимно дополняют друг друга. В работе [1] отмечено, что недостаточно высоком уровне проводяться многие исследования, посвященные повышению и оценке качеств рельсов. Это связано с тем, что недостаточно комплексно проводиться исследования для всех видов испытаний.По их мнению отдельные специалисты и целые коллективы нацелены только отдельно проводить полигонные, эксплуатационные, лабораторные или стендовыеиспытания. Известно [3], что качество рельсов оценивается путем проведения лабораторных испытаний. В результате проведение данного испытания специалисты определяют: предел текучести; твердость; относительное удлинение, временное сопротивление; ударная вязкость; статическая трещиностойкость (вязкость разрушения); относительное сужение; усталостная прочность (долговечность); циклическая трещиностойкость (скорость распространения усталостной трещины); содержание неметаллических включений; износостойкость; химический состав стали; содержание газов (в том числе фракционный газовый анализ); макроструктура; микроструктура и глубина обезуглероженного слоя. При этом авторы работ [1,3] рекомендуют рассмотривать в комплексе изменение механических свойств в результате примение каких-либо технологических действии. По их мнению, повышение одного свойства не всегда приводит к повышении качества рельсов в целом. Они считают, что результаты перестраивание технологии производства рельсов часто приводит к разнонаправленному изменению их свойств. Авторы работы [4] в качестве примера приводят изменение свойств рельсов при применение объемной закалки в масле с последующим отпуском. По их мнению, к заметному повышению потребительских свойств, (своиства проявляющиеся при эксплуатации)приводит произошедшее при такой закалке увеличение прочности, пластичности, показателей трещиностойкости, ударной вязкости и сопротивления усталости. Значительно лучше сопротивляются смятию, износу и контактной усталости объемно закаленные рельсы. Однако, в начальный период эксплуатации рельсов существенным трудностям привело ухудшение обрабатываемости рельсов при сверление и разрезке. Следует отметить, что в последующем были созданы новые станки и инструменты для проведения этих технологических операций в полевых условиях, что облегчила обрабатываемость рельсов. По материалам авторов работ [4], к заметному увеличению остаточных напряжении привел рост предела текучести у объемно закаленных рельсов. Известно, что остаточные напряжение в рельсах возникают в результате холодной правки на роликоправильных машинах [1]. К увеличению степени аварийности рельсов (разрушение) привела неблагоприятная эпюра остаточных напряжений в объемно закаленных рельсах [4]. Это было связано с тем, к поперечному излому (как в нетермоупрочненных рельсах) не приводила пропущенная при дефектоскопировании поперечная усталостная трещина в головке. Поперечная усталостная трещина выйдя в шейку, меняла направление своего развития с поперечного на продольное. По мнению авторов работы [1], такая особенность объемно закаленных рельсов способствовал к проведению многочисленных исследовании по совершенствованию режимов холодной правки. При этом, была введена новые методы контроля остаточных напряжений. Данные методы были введены в зарубежные стандарты [5,6].
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
203
В работе [1] приводиться другой пример, связанный с отсутствием обыкновенной связи между механическим и потребительскими свойствами рельсов. В данном примере в качестве механических свойств используют ударную вязкость. У рельсов категории В, произведенных в японском заводе «Ниппон Стил», ударная вязкость ниже (минимальный норматив 15 Дж/см 2 ), чем у рельсов категории Т1 произведенных в России (минимальный норматив 25 Дж/см 2 ). По мнению авторов работы [1], причиной этого является меньший размер аустенитных зерен и перлитных колоний у рельсов закаленных с отдельного перекристаллизационного нагрева. У рельсов, закаленными с прокатного нагрева размер аустенитных зерен и перлитных колоний больше. Однако полигонные испытания показали, что ресурс рельсов категорииВ вдвое большем по сравнению с рельсами категории Т1. По мнению авторов работ [1,3], большое значение имеет получение рельсов с большыми величинами ударной вязкости. Однако при нахождении корреляционных зависимостей между отдельными свойствами и потребительскими свойствами очень важное значение имеет понимание физического смысла таких зависимостей. Авторы данных работ утверждают, что при этом важное значение имеет понимание причин повышение одного конкретного свойства и его влияние на повышение потребительских качеств рельсов. По данным авторов работы [3], повышение ударной вязкости и трещиностойкости увеличивают критический размер усталостной трещины, при котором ее медленное развитие по усталостным механизмам сменяется хрупким доломом по механизмам квазискола. Известно [3], что с ростом критической величины усталостной трещины увеличивается вероятность быстрого обнаружения усталостной трещины. Авторы работы [7] отмечают, что НИИЖТ стран СНГ в настоящее время не обеспечены современным оборудованием для проведения лабораторных испытаний. Дляопределение отдельных свойств данные институты не используют передовые оборудования, которые используются в научно-исследовательских центрах и рельсопрокатных заводах дальнего зарубежья. По их мнению НИИЖТ страны СНГ мало применяют компьютерную технику, имеющееся оборудование, позволяющую исключить человеческий фактор. Таким образом, в настоящее время НИИ мало применяют компьютерную технику имеющееся оборудование. Это,
прежде всего
касается оборудования для металлографического автоматического анализа неметаллических включений; газового анализа, в том числе и для фракционного газового анализа; растровой электронной микроскопии, необходимой для анализа чрезвычайно дисперсной перлитной структуры современных рельсов; для автоматического построения диаграмм Пэриса, необходимых для определения циклической трещиностойкости, и др. Из материалам приведенной в работе [3] следует, что исследованием полученные многочисленные значения свойств рельсов необходимо уметь статистически обрабатывать. При этом необходимо определять параметры, характеризующие разброс свойств, минимальный уровень свойств. По их мнению, это особенно важно при определении величины (1 – γ). Так как γ-процентное ресурс рельсов невелика и не превышает 4 – 10%. Поэтому сплошная смена рельсов происходит после выхода из строя 4 – 10% рельсов, в число которых попадают рельсы с минимальными свойствами. В работе [3] в качестве примера приводят статистические показатели, характеризующие разброс механических свойств после введения термической обработки (таблица 1). Из данной таблицы видно, что статистические показатели не изменились по сравнению с МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
204
нетермоупрочненными рельсами. По мнению авторов работы [3], в данных случаях разброс свойств определяется разбросом химического состава рельсовой стали. В настоящее время внедрена внепечная обработка жидкой стали, что привело к снижению разброса механических свойств.
Таблица 1. Коэффициенты вариации механических свойств [3] Показатели Нетермоупрочненн ые рельсы Термоупрочнен ные рельсы Временное сопротивление 3,71 3,86
Относительноеудлинение 17,8
17,3 Относительноесужение 18,7 17,2
Известно [5], что к стендовым испытаниям рельсов относятся: копровые испытания при комнатной и пониженных температурах; циклические испытания на усталость; определение остаточных напряжений; определение геометрического качества (прямолинейность, размеры). Авторы работы [3] отмечают, что копровые испытания рельсов не должны ограничиваться испытаниями на изгиб рельсовых проб на базе 1 м. Авторы данной работы использовали копер и для испытания рельсовых проб с болтовыми отверстиями. При таком испытании излом начал развиваться от третьего болтового отверстия под углом 45 градусов к продольной оси рельса. По мнению авторов работы [3], обнаружить усталостную трещину не возможно при визуальном осмотре фрагментов изломавшегося рельса. Это связано с забитости поверхности излома. В работе [8], с целью оценки возможности хрупкого разрушения рельса при динамическом воздействии в стыке по болтовому отверстию с и без концентраторов напряжения (имитация усталостных трещин), провели эксперименты на копре при температуре – 30 о С образцов рельсов на базе 0,5 м с болтовыми отверстиями. Проведенные авторами данной работы испытания показали, что, несмотря на запас энергии 100 кДж, без концентратора напряжения излом рельса не происходит. Наличие концентратора напряжения в виде реальной усталостной трещины приводит к излому даже при запасе энергии 50 кДж. По мнению авторов данной работы, внешний вид излома совпадают с изломом исследуемого рельса. Таким образом, в работе [8] проведенные испытания показали высокую вероятность наличия усталостной трещины в зоне болтового отверстия исследуемого рельса. Авторы работы [3] отмечают, что при циклическом испытаниях рельсов на пульсаторах лишь частично выполняется принцип Н. П. Щапова – А. И. Скакова. По их мнению, основным принципом является воспроизведение эксплуатационного характера разрушения рельса. Авторы данной работы частичное выполнение вышесказанного принципа объясняют тем, что усталостная трещина при эксплуатации и испытаниях появляется в виде поперечной трещины и появляются в головке рельсов. Однако, по мнению авторов данной работы, при эксплуатации рельсов данная усталостная трещина зарождается от продольной трещины контактной усталости, развивающейся на расстоянии 3–12 мм от поверхности катания, в то время как при испытаниях рельсов она зарождается непосредственно на поверхности головки. В связи с вышесказанным чистота поверхности, степень повреждение от коррозии, поверхностные остаточные напряжения оказывают существенно влияние на результаты циклических испытаний, чем на сопротивление образованию поперечных контактно-усталостных трещин в эксплуатации. МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
205
По мнению авторов работы [1], введение в проект нового стандарта на рельсы тензометрического определения остаточных напряжений в подошве (метод вырезки темплета как в европейском стандарте [9]) не должна отменять необходимости использования технологической пробы с разрезкой рельса вдоль шейки. По их мнению, первое испытание дает оценку сопротивления рельсов образования дефекта 69 (коррозионно-усталостных трещин в подошве), а второе позволяет предотвращать появление опасных переходов поперечных трещин в продольные. Необходимо особо отметить [3], что в странах СНГ в настоящее время накоплен небольшой опыт
по объективному определению геометрических качеств (прямолинейность, размеров) рельсов. Известно, что в России полигонные испытания рельсов проводятся на Экспериментальном кольце ОАО «ВНИИЖТ» по типовой методике. По мнению авторов работ [1,3], данную методику в настоящее время необходимо пересмотреть и совершенствовать. По их мнению, необходимость такого изменения в методике связано с устойчивым сохранением разница в структуре отказов на Экспериментальном кольце ОАО «ВНИИЖТ» и железных дорогах России (таблица 2). По материалам работ [3], на Экспериментальном кольце образуется трещины в болтовых отверстиях в 8–16 раз больше, чем на железных дорогах (дефект 53.1). При этом полностью отсутствует изъятие рельсов из-за бокового износа, дефектов сварки и термомеханических повреждений. По мнению авторов работ [3], все это говорит о том, что на Экспериментальном кольце недостаточно точно делается имитация всего своеобразия эксплуатационных нагружений рельсов в реальном пути. По их мнению, маленким является интенсивность полигонных испытаний. Годовая грузонапряженность за последние 7 лет существенно упала. Это привело к определенному падению осевых нагрузок. В работе [3] приведено данные многолетних опытов полигонных испытаний рельсов. В данной работе сделано прямое сравнение разных партий рельсов, уложенных на различных участках Экспериментального кольца. Авторы работ [3] отмечают, что из-за чрезмерного многообразия в различных участках кольца радиусов кривых трудно сравнивать полученные данные. В работе [1] с помощью тензометрической колесной пары определены нагруженности второго пути Экспериментального кольца ОАО «ВНИИЖТ». Результаты эксперимента показали, что боковые силы на разных участках по длинекольца существенно различаются. По мнению авторов данной работы, полученные результаты объясняют устойчивую разницу в соотношении выхода рельсов на левой и правой нитках пути Экспериментального кольца в кривых и прямых участках пути (таблица 3).
Таблица 2. Виды дефектов на Экспериментальном кольце ОАО «ВНИИЖТ» и железных дорогах Виды дефектов ЭК 2001- 2008
ЭК 2009- 2011
Желез ные дороги Выкрашивания(10,11,17) 40
44 39
Трещины (20,21) 35,6
19 17
Трещины в болт.отв. (53) 24
50 3 Сварка(18,26,38,46,56,66,86) - 0 10 Износ (44 и др.) - 0 17 ТМП (14,24,27) - 0
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
206
Таблица 3. Соотношение выхода рельсов на левой и правой нитках пути ЭК План пути Выход рельсов на нитке, % Левая
Правая Кривые
73 27
Прямые 33
67
В работе [3] сделано сопоставление особенностей проведения полигонных испытаний рельсов в Экспериментальном кольце ОАО «ВНИИЖТ» (г. Щербинка) и TTCI в г. Пуэбло (США). Сделанное сопоставление свидетельствует о преимуществах американского центра по шести позициям (одинаковость радиусов кривых, возможность испытывать рельсы на износ, реверсивное движение, осевая нагрузка, равная 35,5 тс, большому количеству сварных стыков, лубрикация штатными средствами) и проигрышу по сравнению с российским только по одной (грузонапряженности). На основе материалов вышпеприведенных работ можно сделать следующее заключение: - для проведения полигонных испытаний взамен действующей необходимо разработать новую методику рельсов . - необходимо переоборудовать Экспериментальное кольцо ОАО «ВНИИЖТ» ; - для удлинения протяженности пути с одинаковыми условиями эксплуатации необходимо уменьшить разнообразие радиусов кривых; - создать несмазываемый участок для испытания рельсов на износ; - определять скорость и продолжительность развития в рельсах поперечных усталостных трещин путем периодического изменения направления движения поезда на ЭК; - необходимо усовершенствовать методику эксплуатационных испытаний рельсов и статистического анализа их жизненного цикла на дорогах стран СНГ. Анализ требований стандартов [9,10] показывает, что для условий современного производства все более настоятельно требуются надежные методы количественной оценки качества продукции. Применяющаяся трактовка качества, как «соответствие продукции требованиям нормативно-технической документации», уже давно не устраивает специалистов. Связано это с тем, что информация о качестве, кроме полноты и надежности, должна обладать еще одним важным свойством – она должна иметь количественную форму выражения, как наиболее приемлемую для использования в современных системах управления. Таким образом, для современных процессов металлообработки необходимы надежные методы количественной оценки качества продукции [11,12,13]. В общем методологическом плане достаточно обоснованное решение проблемы количественной оценки качества объектов дает квалиметрия (от латинского quails – качество и греческого metro – измерять) – новая научная дисциплина, становление которой приходится на последние 30-35 лет. Следует отметить, что квалиметрия переживает естественный этап становления. Поэтому еще не накоплен опыт ее применения в плохо организованных системах [13]. Характерным представителем которых, в частности, является прокатное производство с технологическими процессами выплавки и разливки стали, с последующей прокаткой непрерывнолитых заготовок на различных станах, где действуют множество разнородных факторов. Кроме того, еще недостаточно исследовано и тем самым не определено множество свойств, объективно характеризующее качество продукции сложных систем. МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
207
Довольно слабыми являются разработки методов испытаний и количественных оценок свойств качества, к весьма спорным относятся применяемые методы нормирования разнородных свойств качества, требует дальнейшего совершенствования терминология квалиметрии. В работах [12,13,14] руководствуясь ГОСТ 15467-79, качество продукции металлургического передела трактовано как совокупность свойств, обуславливающих пригодность металлических профилей удовлетворять определенные требования в соответствии с их назначением. Если свойства данных объектов квалиметрии сформулировать как объективная особенность проката, которая проявляется при их создании и потреблении, то продукция технологических процессов и других смежных подразделений металлургического производства отличается множеством различных свойств, подразделяющихся на сложные и простые [12-15]. При этом всякое сложное свойство необходимо рассматривать как категорию, которая может быть подразделена, как минимум, на два менее сложных свойства. В этой связи, простое свойство должно определяться как свойство, которое не может быть подразделено. Параметром продукции считается признак, количественно характеризующий свойство и состояние продукции. В целом же специфическая особенность прокатного производства с металлургическим переделом заключается в том, что качество здесь формируется многоэтапно в различных подразделениях технологического процесса – сталеплавильном, сталеразливочном, термопластическом, механотермическом [12-15]. В каждом из подразделений функционирует типовая схема формирования качества (рисунок 1). При этом на каждом из этапов технологического процесса качество не только зависит от результатов деятельности на предыдущих стадиях производства, но и весьма существенно влияет на все последующие.
Рисунок 1. Типовая схема формирования качества продукции
Ориентируясь на приведенную иерархию показателей, в работах [12-15] сконструировали дерево свойств качества для проката (рисунок 2), выбор которых объяснили тем, что эти объекты квалиметрии в заготовительном производстве выступают как базисные, имеющие классификацию "материал-металлопродукция". Анализируя приведенные данные в работах [12-15] можно считать, что обобщенное свойство «качество проката», за характеристику которого принимается комплексный
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
208
показатель o Ê , можно трактовать как объединение сложных свойств «качество формы» 1
и «качество материала» 2
, т.е.
1 2
K K K . Необходимо отметить, что каждое из сложных свойств 1
и
2 Ê представляют в виде объединенных подмножеств менее сложных свойств 1 7 ,..., ,
k показатели которых связаны условием 1 1 2 K k k
; 2 3 4 5 6 7 ,
k k k k k
1 2 , k k – показатели свойств, характеризирующих соответственно размерность и дефектность формы прокатанных профилей; 3 7 ,..., k k групповые показатели, характеризирующие такие сложные свойства материала прокатанных профилей, как конструкционная прочность, обрабатываемость, структурная и химическая неоднородность, экономичность. Из всех известных в квалиметрии методики по нормированию свойств [12-15] в настоящей работе можно использовать методику, где производится числовая оценка показателей экспертным путем на базе преобразования натуральных значений частных откликов в безразмерную шкалу предпочтения. В таком случае необходимо использовать специально разработанную шкалу соответствия (таблица 4) между отношениями в эмпирической и числовой (психологической) системах. Базовые отметки на шкале d получают из уравнения [12-15]
exp[ exp( )] d y
(1)
при значениях у* = –0,5; 0; 0,85; 1,5; 3 соответственно.
Для перевода натурального значения i r в размерность d уравнение нормирования имеет вид. exp exp[
( ,)] d y r
(2)
Заметим, что при детальном анализе рассмотренные выше модели вызывают возражение вследствие неопределенности выбора эталонов для единичных свойств
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
209
качества, одним из очевидных следствий которой может стать субъективизм. По- видимому, удачное решение этого вопроса зависит от того, насколько полно удастся формализовать процедуру назначения квалиметрических оценок.
жүктеу/скачать 8,29 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|