Оптимизация процесса восстановления профиля поверхности катания колёс кранов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оптимизация процесса восстановления профиля поверхности катания колёс кранов

М.А. Качан, А.А. Шубин

Аннотация

В процессе эксплуатации подъемных кранов происходит износ и повреждения их ходовых частей и, в частности, профиля поверхности катания колес. Появление у колес предельного износа или других дефектов вызывает необходимость их периодической обточки по профилю катания. Проблема повышения эффективности технологического процесса механической обработки по профилю катания ходовых колес подъемных кранов при их изготовлении и ремонте является составной частью общей проблемы повышения надежности ПТМ.

Взаимодействие пути и механизма передвижения крана осуществляется через верхние слои металла колеса и рельса. В зоне пятна контакта колеса с рельсом возникает большое удельное давление. Такие нагрузки, которым подвергается каждый участок поверхности катания колеса с большой частотой циклов, вызывают износ, пластические деформации и различные виды контактно-усталостных повреждений. В целом, неисправности и дефекты крановых колес во многом схожи с дефектами железнодорожных колёсных пар, для фиксации которых разработан классификатор ИТМ1-В[1] Диагностирование осуществляется визуально, а также путём контрольных измерений. При эксплуатации допускаемый износ поверхности катания, визуально проявляющийся в виде шелушения, составляет не более 15-20% толщины обода [2] Любое повреждение поверхности катания отрицательно влияет на режимы резания при восстановлении его профиля.

Технологический процесс обточки крановых колес с целью восстановления профиля поверхности катания имеет ряд особенностей, обусловленных переменной величиной снимаемого припуска, изменением физико-механических свойств вдоль обрабатываемой поверхности и сложностью конфигурации профиля колеса, которые затрудняют проведение исследований по его совершенствованию. При обточке по профилю катания изношенных колес величина припуска колеблется в широких пределах.

Основной критерий обрабатываемости материалов - скорость резания, допускаемая режущим инструментом при определенной стойкости и других постоянных параметрах. В настоящее время для определения обрабатываемости используются различные методы, которые либо продолжительны во времени, либо недостаточно точны, что ограничивает их использование. После проведения ряд экспериментальных исследований, было установлено, что существует взаимосвязь между скоростью резания и остаточными напряжениями на обработанной поверхности, причем максимум остаточных сжимающих напряжений соответствует оптимальной скорости резания (Рис. 1), что позволило разработать способ определения оптимальной скорости резания для колесных сталей.

Рис. 1 Определение оптимальной скорости резания по остаточным напряжениям

Суть способа состоит в том, что при торцевом точении диска из колесной стали с постоянной угловой скоростью и подачей резца в радиальном направлении определяется скорость резания, соответствующая максимальной величине остаточных сжимающих напряжений. Эта скорость соответствует оптимальной скорости резания. Исследования проводились на экспериментальной установке (Рис. 2), в которой, помимо прочего, была предусмотрена возможность снятия показаний температуры в зоне резания с помощью естественной хромель-алюмелевой термопары.

Рис. 2 Схема экспериментальной установки для определения оптимальной скорости резания

Оптимизация процесса резания для повышения стойкости инструмента представляет собой использование режимов, при которых износ инструмента был бы минимален. Для определения тепловой и силовой нагрузок на инструмент при восстановлении профиля поверхности катания, а также для выбора параметра, наиболее полно отражающего динамику процесса резания, была проведена серия производственных экспериментов. В результате были выявлены наиболее сложные участки с точки зрения тепловой и силовой нагрузок на инструмент. Для обеспечения нормального протекания техпроцесса была предпринята попытка регулирования процесса с целью поддержания в зоне резания определенной температуры. Результаты испытаний показали возможность регулировки температуры за счет изменения режимов резания. механический кран колесо

Дальнейший анализ показал, что оптимальная температура резания может быть использована в качестве критерия оптимизации, что наметило значительный прогресс в области определения обрабатываемости и выбора режимов резания. В результате для каждой пары «обрабатываемый материал - инструментальный материал» стали применяться уже два соответствующих критерия - Оптимальная скорость резания и оптимальная температура резания. [3] Помимо этого, осуществление контроля в зоне резания может быть автоматизировано. Это позволит создать перспективные системы автоматического управления с обратной связью, регулирующие режимы резания для поддержания постоянной температуры, что обеспечит максимальную долговечность режущего инструмента.

Вопрос экспериментального определения оптимальных температур резания в настоящее время разработан недостаточно и определяется либо по результатам стойкостных испытаний, либо по значению оптимальной скорости резания. Однако, для получения температуры должен производиться трудоемкий процесс тарировки термопары, что отрицательно сказывается на точности результатов.

Для экспериментального определения оптимальной температуры резания при обработке колесных сталей был разработан принципиально новый способ, заключающийся в снятии показаний температуры с помощью срезных термопар при торцевом точении диска из колесной стали. Для реализации данного способа была сконструирована экспериментальная установка (Рис. 3), которая производила запись термо-ЭДС срезных термопар, а также значение термо-ЭДС естественной термопары.

Принципиальное отличие срезной термопары от естественной заключается в отсутствии рабочего спая, как такового. Рабочие элементы изначально изолированы друг от друга и от диска лаком, и замыкаются между собой непосредственно резцом при точении

Принцип работы установки заключался в следующем: В диске из колесной стали по радиусу устанавливались хромель-алюмелевые срезные термопары, которые через токосъемник выводятся к регистрирующей аппаратуре. Диск крепится в патроне станка и производится обточка его торцевой поверхности режущим инструментом.

Рис. 3 Схема установки для определения оптимальной температуры резания

Результаты исследований могут быть использованы для упрощения процесса и повышения точности определения оптимальной температуры резания при разработке методики расчета и оптимизации параметров процесса обточки крановых колес, а также при создании систем автоматизированного регулирования процесса восстановления профиля поверхности катания колеса.

Список литературы

1. Богданов А.Ф., Чурсин В.Г. Эксплуатация и ремонт колесных пар - железнодорожный транспорт, №1, 1979, с. 52-54

2. Сероштан В.И., Огаря Ю.С. Диагностика грузоподъемных машин. - М.: Машиностроение, 1992, с. 87-89

3. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки металлов. - М.: Машиностроение, 1981, 279с.

Размещено на Allbest.ru