Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог


ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008



жүктеу 5.12 Mb.
Pdf просмотр
бет15/41
Дата15.03.2017
өлшемі5.12 Mb.
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   ...   41

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
112
Анализ  поврежденных    колец  роликовых  подшипников,  проведенный  в  лаборатории 
подшипниковых сталей, показал, что причиной образования раковин явились не явления 
усталости,  а  монтажные  задиры.  В  ходе  профилактического  осмотра  буксовых  узлов 
колесных пар вагона, отцепленного из-за износа фрикционных гасителей колебаний, было 
обнаружено  заклинивание  одной  из  букс.  Колесные  пары  были  оборудованы  буксами 
опытной  конструкции  варианта «0». Комиссионным  осмотром  установлено,  что  все 
повреждения элементов аварийной буксы практически аналогичны обнаруженным  ранее 
во время осмотра аварийной буксы  варианта «01». Аналогичны также и причины отказа. 
В  результате  обе  колесные  пары  были  забракованы  из-за  невосстанавливаемого  износа 
шеек осей и исключены из испытаний. 
В октябре  2005 года еще две колесные пары, оборудованные типовыми буксами с 
торцовым  креплением  гайкой  М110,  были  отцеплены  из-за  сдвига  букс.  В  ходе  осмотра 
установлено, что причиной этого, несмотря на применение анаэробного герметика, стало 
полное  разрушение  резьбы  М110  гаек  и  шеек  осей.  Также  было  зафиксировано 
ослабление  гаек  на  других  буксах  этих  колесных  пар.  Таким  образом,  во  время 
проведения    испытаний  из-за  отказов  узлов  было  забраковано  шесть  колесных  пар  с 
типовыми буксами и две – с опытными. 
Причиной отказа типовых букс было: 
-  разрушение торцового крепления  - 5 случаев; 
-  усталостное  разрушение  колец,  потеря  натяга  посадки  и  проворот  внутреннего 
кольца на шейке оси – 1 случай. 
Причиной  отказа  опытных  букс  явилось  образование  раковин  из-за  дефектов 
технологического происхождения, потеря натяга посадки и проворот внутренних колец по 
шейке  оси.  Промежуточный  (плановый)  осмотр  буксовых  узлов  колесных  пар  грузовых 
вагонов после пробега 200 тыс.км проводился на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. 
Всего  было  осмотрено  по 6 колесных  пар,  оборудованных    буксами  сравниваемых 
конструкций. Из них среди колесных пар с типовыми буксовыми узлами 4 имели торцовое 
крепление шайбой и 4 болтами М20, а две – гайкой М110. 
Колесные пары с опытными буксами имели торцовое крепление гайкой М110. 
Одна  из  колесных  пар  с  типовыми  буксами  была  отцеплена  из-за  чрезмерного 
нагрева. Осмотры  оставшихся типовых буксовых узлов показали, что в смазке трех букс 
были обнаружены следы латуни, свидетельствовавшие о повышенном износе сепараторов. 
Все  буксы  с  торцовым  креплением  шайбой  и  болтами  М20  имели  значительное  
ослабление  болтов.  Ослабление  торцового  крепления  гайкой,  как  в  опытных,  так  и 
типовых    буксах  не  наблюдалось,  однако  в  последних  они  были  установлены  с 
применением анаэробного герметика. 
Среди  типовых    подшипников  зафиксированы  два  случая  образования  раковин  на 
внутренних  кольцах,  возникновение  которых  вызвано  накоплением  усталостных  
повреждений  в  результате  повторяющихся    знакопеременных  нагрузок.  Опыт 
эксплуатации  типовых  букс  свидетельствует    о  том,  что  подобные  раковины  часто 
встречаются среди эксплуатируемых  подшипников. Хорошо  изучена и форма подобных 
раковин.  Установлено,  что  на  внутренних  кольцах  они  зарождаются,  как  правило,  у 
рабочего  борта  и,  развиваясь,  приобретают  форму  вытянутой  в  высоту  трапеции,  что  и 
подтвердилось в процессе испытаний. 
Результаты осмотра подшипников представлены в  таблицах 1 и 2. 
Обнаружены также и два сепаратора со ступенчатым износом центрирующей 
поверхности. Продукты  подобного  износа засоряют смазку, ухудшая  ее качество. Кроме 
того, износ сепаратора может сопровождаться внедрением микрочастиц латуни в металл 
борта, приводя к быстрому разрушению последнего.  
По  этим  причинам  и  в  соответствии  с  требованиями  действующей  нормативно-
технической документации  указанные подшипники были забракованы. 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
113
Аналогичные дефекты среди опытных подшипников не были обнаружены. 
Появление  на  дорожках  качения  внутренних  колец  опытных  подшипников 
монтажных  забоин  свидетельствовало  о  несовершенстве  используемой  технологической 
оснастки.  В  ходе  осмотра  шариковых  подшипников  вновь  были  обнаружены  начальные 
раковины  на  шарах.  По  форме  и  глубине  они  аналогичны  раковинам,  выявленным  при 
осмотрах  буксовых  узлов  колесных  пар    пассажирских  вагонов,  технологическое 
происхождение  которых  установлено  экспертизой  лаборатории  «КазГосстандарт». 
Поэтому  было  решено  отказаться    от  проведения  повторной  экспертизы.  Другие  
повреждения,  перечисленные  в  таблицах,  не  являются  основанием  для  браковки 
подшипников. 
 
Таблица 1- Основные дефекты роликовых подшипников 
 
Типовые 
Опытные 
Виды дефектов 
шт. 
% к числу 
осмотренных 
шт. 
% к числу 
осмотренных 
Всего осмотрено  
20 
 
24 
 
Усталостные раковины внутреннего 
кольца 
2 10,0 -  - 
Износ центрирующей  поверхности 
сепаратора 
2 10,0 -  - 
Монтажные забоины на дорожке 
качения внутреннего кольца 
- - 

37,5 
Износ центрирующей  поверхности  
борта 
6 30,0 -  - 
«Елочка» на бортах колец и роликах 11 
55,0 
21 
87,5 
Темные полосы на дорожках качения 
колец и роликов 
13 65,0 18 75,0 
Точечная коррозия на дорожках 
качения и бортах колец 
3 15,0 
14 
58,3 
                                              
Таблица 2- Основные дефекты шариковых подшипников 
                
Количество замечаний 
Виды дефектов 
шт. % 
к числу осмотренных 
Всего осмотрено  
12 
 
Начальные  раковины  на  шариках  (количество 
подшипников) 
6 50,0 
Количество замененных шариков 9 
4,6 
Точечная коррозия на кольцах  

41,7 
Задиры на кольцах по шагу шаров 3 
25,0 
 
Таким образом, в результате промежуточного осмотра среди  подшипников типовых 
букс  четыре  подлежали  браковке,  а  также  пришлось  забраковать  из-за  отказа  буксы  в 
целом одну колесную пару. 
Техническое состояние опытных подшипников позволяло продолжить испытания. 
Поэтому  после  завершения  осмотра  неисправные  типовые  подшипники  были 
заменены  исправными,  все  подшипники  были  смонтированы  с  установкой  на  прежние 
места и испытания буксовых узлов были продолжены. 
Испытания  буксовых  узлов  колесных  пар  грузовых  вагонов  были  полностью 
завершены в декабре 2005 года после достижения всеми колесными парами пробега 200 
тыс.км. 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
114
В  ходе  осмотров  был  выявлен  целый  ряд  неисправностей,  как  у  опытных,  так  и 
типовых  буксовых  узлов.  Среди  типовых  букс  преобладало    ослабление  усилия  затяжки 
торцового  крепления.  Например,  половина  букс  с  шайбовым  креплением  имела 
ослабленные болты. Несмотря на применение анаэробного герметика, ослабленные гайки 
М110х4 были  обнаружены в 25% осмотренных букс. Кроме того,  на одной из колесных 
пар  резьба  М110  на  оси  и  гайке  была  сдеформирована  и  изношена.  Дальнейшая 
эксплуатация данной колесной пары была невозможна. 
Основные  замечания по осмотренным подшипникам изложены в таблицах 3 и 4. 
В  ходе  осмотров  у  типовых  подшипников  вновь  были  обнаружены  раковины  на 
наружных и внутренних кольцах подшипников, ступенчатые износы сепараторов.   
 
 Таблица 3- Основные дефекты роликовых подшипников 
 
Типовые 
Опытные 
Виды дефектов 
шт. 
% к числу 
осмотренных 
шт. 
% к числу 
осмотренных 
1 2 



Всего осмотрено  
96 
 
116 
 
Раковины  на дорожке качения  
наружного кольца 
1 1,04 -  - 
Раковины  на дорожке качения  
внутреннего кольца 
1 1,04 
13 
11,20 
Раковины на роликах - 
 

5,17 
Трещины наружного кольца 1 
1,04 


Трещины внутреннего кольца 1 
1,04 
- - 
Трещины приставного кольца 1 
1,04 
- - 
«Елочка» на бортах колец и роликах 75 
78,13 
97 
83,62 
Темные полосы на дорожках качения 
колец и роликах 
41 42,79 52 53,44 
Рифленые полосы на дорожках 
качения колец 
- - 

3,44 
Коррозия (точечная) 26 
27,08 
58 
50,0 
Намины на дорожках качения колец и 
роликах  
46 47,91 77 66,37 
Монтажно-демонтажные забоины на 
дорожках качения внутренних колец 
3 3,13 
26 
22,41 
Износ центрирующей поверхности 
сепаратора 
6 6,25 6 5,17 
В том числе браковочный 2 
2,08 


 
Таблица 4- Основные дефекты шариковых подшипников 
 
Количество замечаний 
Виды дефектов 
шт. % 
к числу осмотренных 
Всего осмотрено 57 
 
Раковины 
на 
шариках 
(количество 
подшипников) 
26 45,61 
Количество шариков с раковинами 42 
4,60 
Точечная коррозия на кольцах  
39 
68,42 
Намины на дорожках качения колец 33 57,89 
Монтажно-демонтажные забоины  
22 
38,59 
 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
115
Среди    повреждений,  ранее  не  наблюдавшихся,  следует  отметить  трещины 
наружного  и  внутреннего  кольца,  а  также  излом  приставного  кольца.  Повреждения 
подобного  рода  очень  часто  встречаются  в  эксплуатации.  Их  появление  связано  с 
воздействием  на  борта  подшипников  значительных  осевых  сил,  в  особенности,  если 
прочность бортов предварительно  ослаблена износом типа «елочка». 
На  опытных  подшипниках  также  были  обнаружены  раковины.  Однако  они  имеют 
совершенно иное происхождение, чем раковины на типовых подшипниках. Отметим, что 
среди  несущих  элементов  подшипников  наиболее  часто  из  строя  выходят  наружные 
кольца  подшипников,  затем  внутренние,  и  на  последнем  месте  находятся  ролики. 
Раковины на опытных подшипниках развивались исключительно  на внутренних кольцах 
передних  подшипников.  Начальные  раковины  обнаружены  также  на  роликах  из  шести 
опытных  подшипников,  в  то  время  как  наружные  кольца  оставались  неповрежденными. 
Это  объясняется  тем,  что  в  процессе  монтажа  буксовых  узлов  на  внутренних  кольцах 
передних  подшипников образовались многочисленные задиры и забоины и, что раковина 
расположена  напротив  подобного    монтажного  задира.  Поэтому  было  высказано 
предположение,  что  именно  последние  являясь  значительными  концентраторами 
напряжений, вызывают развитие раковин. 
Анализ  поврежденных  колец  и  роликов,  выполненный  в  лаборатории 
«КазГосстандарт», полностью подтвердил высказанное выше предположение. 
Выводы 
Причиной  раковинообразований  на  дорожках  качения  внутренних  колец 
подшипников  и  роликов  является  несовершенство  технологии  монтажа  и  используемой 
при  этом    технологической  оснастки.  Все    остальные  повреждения,  обнаруженные  при 
осмотре  цилиндрических  роликовых  подшипников,  неоднократно  встречались  в  ходе 
предшествующих  осмотров.  Происхождение  указанных  повреждений,  за  исключением 
износов типа «елочка», не связано с особенностями той или иной конструкции буксы. 
В  шариковых  подшипниках  вновь  выявлены  многочисленные  начальные  раковины 
на  шарах.  По  форме  и  глубине  они  напоминали  раковины,  которые  были  обнаружены 
ранее как в ходе осмотров подшипников из букс колесных пар грузовых  вагонов, так и у 
подшипников, эксплуатировавшихся под пассажирскими вагонами. 
 
ЛИТЕРАТУРА 
 
1. Классификация и каталог дефектов и повреждений подшипников качения. М., Транспорт, 
1976, 63 с. 
2. Инструктивные  указания  по  эксплуатации  и  ремонту  вагонных  букс  с  роликовыми 
подшипниками. М., Транспорт, 1985, 180 с. 
 
 
 
 
МЕХАНИКА ДЕФОРМИРУЕМОГО  ТВЕРДОГО ТЕЛА, СЫПУЧИХ ТЕЛ,  
ГРУНТОВ  И ГОРНЫХ ПОРОД 
 
УДК 539.376:621 
 
         Чумаков Евгений Васильевич – к.ф.-м.н. (Алматы, КазНТУ) 
 
ПРИМЕНИМОСТЬ ПРИВЕДЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ К ОЦЕНКЕ СКОРОСТИ 
ПОЛЗУЧЕСТИ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ РАБОЧИХ УСЛОВИЯХ 
 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
116
 
Известно,  что  ползучесть  относится  к  числу  основных  явлений,  отвечающих  за 
изменение формы и размеров деталей машин и механизмов. Скорость ползучести является 
количественной  оценкой  таких  изменений  и  определяет  длительность  их  эксплуатации. 
По этой причине изучение ползучести жизненно необходимо для успешного развития всех 
отраслей машиностроения. Но, несмотря на всю важность и востребованность, ползучесть  
как явление до настоящего времени остается в числе одного из самых слабо изученных. 
Причин  этому  много.  Но,  главенствующее  положение  занимает  чрезвычайно  высокая 
стоимость проведения таких исследовательских работ, обусловленная, в первую очередь, 
огромными затратами времени. На проведение одного эксперимента требуется затратить 
сотни  и  тысячи  часов.  Анализ  сложившейся  ситуации  привел  к  необходимости  поиска 
новых  подходов  к  изучению  ползучести.  Итогом  критического  рассмотрения 
систематических  экспериментальных  данных,  полученных  при  исследовании  ряда 
металлов и сплавов /1-7/, стало создание нового метода изучения ползучести /8-11/.  
 
В  основе  предложенного  метода  лежит  введение  в  анализ  двух  приведенных 
величин:  напряженности,  равной  отношению  действующего  напряжения  к  пределу 
текучести и приведенной (нормированной) температуры, равной отношению температуры 
плавления к температуре испытания.  Конечной целью исследования ползучести является 
установление  зависимостей  скорости  ползучести  от  температуры,  напряжения  и  других 
специфических  факторов.  Это  традиционный  подход  к  изучению  указанного  явления.  В 
работах /11,12/ была  показана  целесообразность  и  полезность  построения  зависимостей 
скорости  ползучести  от  приведенной  температуры  при  постоянной  напряженности  и  от 
напряженности при постоянной приведенной температуре.  
 
Проблема традиционной обработки экспериментальных результатов заключается в 
том,  что,  сравнение  деформационных  характеристик  разных  материалов  представляет 
значительные  трудности,  поскольку  такие  параметры,  как  температура  испытания  и 
напряжение  не  несут  достаточной  информации,  а  точнее,  не  отражают  физико-
механическое  состояние  металлов  и  сплавов.  Этот  тезис  поясняют  приведенные  ниже 
данные  по  изучению  ползучести  чистой  поликристаллической  меди  и  промышленного 
алюминиевого  сплава  Д16.  общность  этих  материалов  выражается  тем,  что  они  имеют 
одинаковую  ГЦК  решетку.  Для  примера,  на  рисунке 1 приведены  температурные 
зависимости скорости ползучести в традиционных координатах. Несмотря на то, что они 
описываются одним и тем же уравнением экспоненциального типа 
                         
ε&
 = В
′exp(-Q/RT)   
                                         (1) 
где 
ε&
 - скорость ползучести на установившейся стадии, В
′ - коэффициент, Q – энергия 
активации, R – постоянная  Больцмана,  Т – температура  испытания,  очевидно,  что  их 
сравнение весьма затруднительно. Температурные области сдвинуты относительно друг 
друга.  Область,  соответствующая  низким  температурам  для  меди  разной  чистоты  и 
сплава  меди  с  титаном,  для  алюминия  и  алюминиевого  сплава  попадает  в  область 
высоких  температур  и  даже  уходит  за  пределы  точки  плавления  для  алюминия  и 
алюминиевого сплава Д16.  
 Введение в анализ приведенной температуры (Тпл/Т) качественно не меняет вид 
графиков,  но  рисунок 2 убедительно  доказывает,  что  установленные  температурные 
области для двух групп исследованных металлов практически совпадают, что облегчает 
сравнительный  анализ  деформационного  поведения  разных  материалов.  Это 
справедливо    для  ряда  исследованных  материалов,  таких  как  техническая  медь (Cu 
99,95),  сплав  меди  с 4 ат.%  титана,  алюминий (Al 99.99%), высоконикелевые  сплавы 
12Х18Н10Т, 03Х20Н45М4БРЦ, 03Х20Н45М4БЧ.  
 
Развитие  уравнений  ползучести,  полученных  на  базе  теоретической  модели, 
предполагающей комбинированное движение дислокаций (скольжение и переползание) 
позволило  записать  новое  уравнение,  в  явном  виде  связывающее  скорость  ползучести 
на  установившейся  стадии,  напряжение  и  предел  текучести,  температуру  испытания  и 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
117
плавления.  Это  уравнение  экспоненциального  типа  применимо  для  описания  как 
термической, так и внутриреакторной ползучести и имеет вид 
                      
ε&
 = В
′exp/(-
Т
Т
)
η
(1
Т
1
R
Q
пл
пл
0
02
σ
σ
д

)     
             
                    
(2) 
где Q0 - энергия  активации  для  металлов  близкая  к  энергии  сублимации, 
η - 
коэффициент  пропорциональности,  Тпл – температура  плавления,  Т – температура 
испытания, 
σд – действительное напряжение, σ02 – предел текучести. Отметим, что в 
уравнение (2) входят  обе,  упомянутые  выше  приведенные  величины:  напряженность 
σд/σ02  и  нормированная  температура  Тпл/Т.  Это  дает  возможность  рассмотреть 
частные случаи. Для упрощения уравнения (2) примем Q0/Тпл = W. Тогда 
 
 
       
ε&
 = В
′exp/(-
Т
Т
η
R
W
пл
02
д
σ
σ
)
(1

)/                               
           
(3) 
Будем считать напряженность постоянной, т.е. σд/
σ02 = const.  
Тогда величиной постоянной будет и 
                           β =  
)
η
(1
R
W
02
д
σ
σ

        
                   
               
(4) 
С учетом этого, выражение (3) запишется в виде 
 
                
ε&
 = В
′exp/(-
Т
Т
β
пл
)/.  
                                   
(5) 
Уравнение (5) отражает  зависимость  скорости  ползучести  от  температуры  при 
постоянной напряженности. 
Далее рассмотрим случай, когда постоянной является температура испытания и, 
следовательно, Тпл/Т = const. Тогда  
 
 
        φ = 
R
W
.
Т
Т
пл
 
 
                                     
  
(6) 
будет также величиной постоянной. С учетом этого запишем 
 
 
       
ε&
 = В
′exp(-φ). exp(φη
02
д
σ
σ
)                                    
      
(7) 
Принимая для упрощения выражения (7) 
 
 
      B
∗ = В′exp(-φ),   
                              
    
(8) 
 
 
 
      γ = φη, 
 
                                        
 
(9) 
получим 
 
 
      
ε&
 = B
∗exp(γ 
02
д
σ
σ
). 
                            
       
(10) 
Это уравнение описывает зависимость скорости ползучести на установившейся стадии 
от напряженности при постоянной температуре.  
Совместное  решение  уравнений (5) и (10) и  расчет  коэффициентов 
β  и  γ  с 
использованием экспериментальных данных дает объединенное выражение 
 
 
 
ε&
 = 
ε′0 exp[- α(
Т
T
пл
 - 
02
д
σ
σ
)
] .                               
       
(11) 
Здесь 
α и ε′0 – коэффициенты.   
Для упрощения примем 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
118
                             (
Т
T
пл
 - 
02
д
σ
σ
) = 
θ .                                                (12) 
Величина 
θ была условно названа единым приведенным параметром.  
Использование  этого  параметра  для  построения  графиков  зависимостей 
ε&
=f(
θ)  и 
анализа экспериментальных данных по ползучести металлов и сплавов с ГЦК-решеткой 
описано в работах /9-12/.  
Но, уравнение (11) также  дает возможность решить еще одну задачу. На практике, 
при  эксплуатации  машин  и  механизмов  зачастую  приходится  иметь  дело  с 
переменными  режимами  работы.  По  этой  причине  практически  важным  является 
возможность  прогнозирования  изменения,  вследствие  указанных  причин,  скорости 
ползучести.  Из  уравнения (11) следует,  что  характеристикой  чувствительности  к 
изменению температурно-силовых условий служит коэффициент 
α, который равен 
 
 
                 
α = - Δ ln
ε&
/
Δθ.                             
                       
(13) 
 
Но,  как  правило,  наибольший  интерес  и  практическую  значимость  представляет 
изменение скорости ползучести на установившейся стадии в зависимости от 
θ, т.е.  
 
                               
Δ ln
ε&
 = - 
αΔθ.                
                               (14) 
 
Поскольку  в  величину 
θ  входят  четыре  параметра  (температура  испытания, 
температура  плавления,  напряжение  и  предел  текучести),  три  из  которых  (кроме 
температуры  плавления)  могут  изменяться,  то  рассмотрим  некоторые  варианты, 
приводящие к изменению скорости ползучести на установившейся стадии. 
Первый  из  них  связан  с  изменением  предела  текучести, 
σ02,  в  результате 
предварительной  механической,  термической,  термомеханической,  радиационной  и 
других  обработок.  При  этом  будем  считать,  что  температура,  Т,  и  напряжение,  
σд, 
остаются постоянными. Тогда, на основании уравнения (11) для двух значений 
1
02
σ
 и 
2
02
σ
 можно записать систему двух уравнений в логарифмической форме 
 
 
             
 ln
ε&
1 = ln
ε′0 -α(
1
02
д
пл
σ
σ
-
т
т
)                                   (15) 
             
 
            ln
ε&
2 = ln
ε′0 -α(
2
02
д
пл
σ
σ
-
Т
Т
)            
 
 
         
 
Вычтя  из    второго  уравнения  системы (79) первое  и  сделав  ряд  преобразований, 
получим 
 
 
 
Δln 
ε&
 (
Δσ02) = - αΔσ02 
2
02
1
02
д
σ
σ
σ
 ,      
                         
(16) 
 
 
 
Δθ(Δσ02) = 
2
02
1
02
д
02
σ
σ
σ
Δσ
  ,
                                               
(17) 
Обозначим для упрощения анализа напряженность   
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   ...   41


©emirsaba.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет