Разработка системы диагностирования шейки и предподступичной части (открытые) оси колесной пары

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»

Пояснительная записка к расчетно-графической работе по дисциплине

«Техническая диагностика подвижного состава (часть 1)»

Разработка системы диагностирования шейки и предподступичной части (открытые) оси колесной пары

Выполнил

студент гр. МРС-4-028 Р.Нухов

Ростов-на-Дону 2020

Реферат

Расчетно-графическая работа содержит: 19 страниц, 4 рисунка, 1 таблицу, 7 библиографических источников.

ШЕЙКА ОСИ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ, ПРЕДПОДСТУПИЧНАЯ ЧАСТЬ, СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ, НЕИСПРАВНОСТИ, ПОЛЮСНОЕ НАМАГНИЧИВАНИЕ, СУСПЕНЗИЯ, ДЕФЕКТОСКОП МД-12ПШ, СПОСОБ ПРИЛОЖЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОНТРОЛЯ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА МАГНИТОПОРОШКОВОГО КОНТРОЛЯ

В пояснительной записке необходимо рассмотреть ось колесной пары и предподступичную часть, их неисправности; выбрать систему методов контроля и способ контроля; рассчитать параметры контроля оси колесной пары.

Содержание

ось колесный пара деталь

Введение

1. Назначение оси колесной пары

2. Дефекты оси колесной пары

3. Техническая характеристика оси колесной пары

4. Система методов контроля детали

5. Способ, средства и особенности технологии контроля

6. Расчет параметров контроля способом приложенного магнитного поля

Заключение

Список использованных источников

Введение

Современные технологические процессы изготовления продукции машиностроения во многих случаях сопровождаются промежуточным контролем качества изделий. В связи с этим важное значение приобретают неразрушающие методы контроля качества, которые позволяют не только обнаруживать дефекты на поверхности или в толще изделия, но и определять их форму и размеры, а также пространственное положение. Каждый из этих методов обладает определенными преимуществами, что позволяет с большей точностью выявлять те или иные типы дефектов. Процессы образования и роста дефектов ставят под угрозу возможность безаварийной эксплуатации подвижного состава. Обеспечение безопасности движения за счет своевременного обнаружения заводских и усталостных дефектов в ответственных элементах пути и подвижного состава приносит огромный экономический эффект и служит сохранению человеческих жизней. Решение этой проблемы достигается современными физическими методами неразрушающего контроля.Практика показывает, что правильная организация контроля, а также умелое использование того или иного метода контроля, разумное сочетание этих методов позволяют с большой надежностью оценить наличие дефектов контролируемых изделий.

Неразрушающий контроль (НК) - эффективное, а в ряде случаев - единственно возможное средство предотвращения нарушения безопасности движения на железнодорожном транспорте из-за изломов рельсов, основных деталей подвижного состава, а также сварных соединений в конструкциях пути, подвижного состава и искусственных сооружений.

В данной расчетно-графической работе предстоит разработать систему диагностирования и контроля оси колёсной пары и предподступичной части, используя дефектоскоп МД-12ПШ.

1. Назначение оси колесной пары

Ось колесной пары (рисунок 1) - наиболее ответственная деталь ходовых частей вагона. Конструкция оси, ее материал и технология производства строго регламентированы. Размеры и конструкцию оси определяют в зависимости от величины допускаемой нагрузки, типа подшипника, применяемого в буксовом узле, и назначения колесной пары (с тяговым приводом или без него, с типовым дисковым или колодочным тормозом и т.д.). В колесных парах грузовых и пассажирских вагонов в основном применяют ось РУ1 (унифицированная роликовая под подшипники качения). Ось изготавливается ковкой из осевой стали ОсВ с последующей нормализацией и отпуском. У оси различают следующие участки: буксовые шейки, предподступичные части, подступичные части, шейки под моторно-осевые подшипники тягового двигателя и среднюю часть. Диаметры отдельных частей различны и переходы должны быть плавными; их называют переходными галтелями. На концах оси имеется резьба для гаек роликоподшипников, паз для стопорной пластины и два отверстия М16 для болтов, крепящих пластину.

После обточки подступичные части и шейки оси колесной пары накатывают роликами и шлифуют. Особое внимание уделяют обработке переходных галтелей, так как от этого зависит степень концентрации напряжений и усталостная прочность оси.

Центр движущего колеса коробчатой конструкции изготавливается отливкой, состоит из удлиненной ступицы, обода и соединяющей их средней двустенной части с облегчающими отверстиями. На обод насаживают бандаж. Канал, закрываемый пробкой, предназначен для подачи масла под давлением при распрессовке колесной пары. После отливки колесные центры отжигают для снятия внутренних напряжений.

Рисунок 1 Ось колёсной пары

2. Дефекты оси колесной пары

Наиболее опасными дефектами являются поперечные трещины 1 (рисунок 5). Выполненный анализ большого количества осей с изломами в средней части показал, что подавляющее большинство трещин имеет усталостный характер и вызван многократным повторением циклических нагрузок, усиленных дополнительным влиянием загрузки вагонов сверх установленных норм, неравномерным распределением груза по кузову, усталостью металла, наличием концентраторов напряжений, а также дефектами поверхностей катания колес (ползун, выщерблина и т.д.), вызывающими дополнительные динамические нагрузки. При обнаружении поперечных трещин в оси независимо от других параметров колесная пара подлежит расформированию. Продольные трещины 2 образуются вследствие наличия в поверхностных слоях металла дефектов Технологического происхождения в виде неметаллических включений, закатов, плен, забоин. Оси колесных пар с продольной трещиной длиной более 25 мм заменяются исправными. Браковка наклонных трещин 3 зависит от угла наклона б к образующей оси. При угле наклона 30° и менее, трещина относится к продольным, а при угле б, а более 30° - к поперечным.

Трещины можно обнаружить с помощью ультразвуковой или магнитной дефектоскопии, либо визуально (в условиях ПТО) по ряду внешних признаков. Практикой установлено, что пленка краски в зоне расположения трещины плотно не прилегает к оси, а в некоторых случаях вздувается в виде пузыря или отслаивается. Более глубокие трещины могут быть обнаружены летом по скоплению пыли, а зимой по наличию инея. Объясняется это тем, что в трещине концентрируется влага, к которой летом прилипает пыль, а зимой влага превращается в иней.

Кольцевые выработки на средней части оси 4 возникают от трения вертикальных рычагов и горизонтальных тяг, неправильно собранной или неправильно отрегулированной рычажной передачи тормоза или их падения на ось. Значительная глубина истирания может привести к излому оси, поэтому колесные пары с протертостью оси глубиной, более 2,5 мм бракуются. Забоины и вмятины 5 - механические повреждения, которые характеризуются образованием местного углубления, возникающего в результате пластической деформации от удара каким-либо предметом (чаще всего в процессе погрузки или выгрузки колесных пар). Оси колесных пар бракуются по этим дефектам, если диаметр оси в месте его расположения меньше допускаемого.

Рисунок 2 Дефекты оси колесной пары

В данной расчетно-графической работы мы рассмотрим трещины шейки оси и предподступичной части, чем и как их обнаружить. Дефекты оси колесной пары представлены в таблице 1.

Таблица 1

Анализ неисправностей оси колесной пары

3. Техническая характеристика оси колесной пары

Для оси колесной пары применяется сталь ОсВ.

Химический состав:

- углерода 0,40 - 0,48;

- кремния 0,15 - 0,35;

- марганца 0,55 - 0,85;

- никеля до 0,3;

- серы до 0,045;

- фосфора до 0,04;

- хрома до 0,3;

- меди 0,25;

- железа ? 97.

Марка: ОсВ.

Класс: Сталь конструкционная углеродистая качественная.

Использование в промышленности: оси вагонов железных дорог широкой колеи.

Особенности стали ОсВ: углеродистые стали - самый распространенный конструкционный материал. По объему применения стали этого класса превосходят все остальные. К углеродистым относятся стали с содержанием 0,1-0,7% С, при содержании остальных элементов не более: 0,8% Мn, 0,4% Si, 0,05% Р, 0,05% S, 0,5% Си, 0,3% Сг, 0,3% Ni. В табл. 9.1 приведен химический состав и механические свойства сталей, нашедших применение при изготовлении сварных конструкций с использованием электрошлаковой сварки.

По способу производства различают мартеновскую и конвертерную стали, по степени раскисления (в порядке возрастания) кипящую, полуспокойную и спокойную.

4. Система методов контроля детали

В соответствии с заданием в данной расчетно-графической работе мы рассмотрим систему методов контроля: визуальный, измерительный, магнитопорошковый методы.

В основе магнитопорошкового метода лежит использование свойств магнитных частиц концентрироваться на неоднородностях магнитного поля объекта, которые указывают на наличие дефектов шейки оси колесной пары и предподступичной части.

Среди многих методов неразрушающего контроля деталей подвижного состава, других транспортных средств, широкого спектра деталей механизмов и машин нефтегазовой промышленности лидирующее место занимает магнитопорошковый контроль (МПК).

Этот метод характеризуется простотой, сравнительно низкой трудоемкостью, высокой чувствительностью. По чувствительности к обнаружению поверхностных дефектов он занимает вторую строчку после капиллярного метода контроля деталей.

При МПК выявляются волосовины, трещины, расслоения, непровары, надрывы, флокены, закаты, т.е. тонкие поверхностные нарушения сплошности, и подповерхностные дефекты, которые образуют магнитные поля рассеяния на контролируемых поверхностях намагниченных деталей.

Метод широко используется на любых стадиях жизненного цикла продукции: при производстве, ремонте и техническом обслуживании. Палитра его применения достаточна, разнообразна - дефектоскопия, структураскопия, толщинометрия. Его можно использовать для контроля деталей с немагнитными покрытиями (краской, хромом, кадмием и т.д.).

Магнитопорошковый метод применяется для выявления подповерхностных дефектов, находящихся на глубине до 1,5…2,0 мм. От глубины залегания дефекта зависит ширина наслоения над ним ферромагнитного порошка. Если глубина залегания дефекта более 3…4 мм, то выявить его практически невозможно (если дефект не очень велик), так как полоса наслоения порошка становится размытой и неясной.

Выбор способа МПК осуществляется в зависимости от магнитных свойств материала деталей и требуемой чувствительности контроля.

Под чувствительностью МПК понимают минимальные размеры (ширину раскрытия и протяженность) дефектов, выявляемых в заданных условиях с помощью этого метода. ГОСТ 56512-2015.

При шероховатости более 10 мкм условные уровни чувствительности не нормируются.

5. Способ, средства и особенности технологии контроля

Обеспечение взаимодействия магнитного поля с объектом контроля возможно при его намагничивании. Схемой намагничивания определяется направление магнитного потока, которое оказывает существенное влияние на чувствительность МПК. При МПК существуют циркулярный, полюсный и комбинированный схемы намагничивания. Выбор схемы намагниченности зависит от формы и размеров объекта исследования, а также ориентации возможных дефектов. Для контроля детали магнитопорошковым методом используют циркулярную схему намагничивания, которая осуществляется с помощью дефектоскопа МД-12ПШ.

МД12-ПШ (рисунок 3) - дефектоскоп магнитопорошковый служит для обнаружения поверхностных поперечных трещин в шейках и предступичных частей осей вагонных колёсных пар, хвостовиках автосцепок, валов и тд.

Диаметр рабочего отверстия 200 мм. Он предназначен для контроля шеек оси колесных пар и других деталей диаметром или максимальным размером поперечного сечения не более 150 мм. Намагничивающее Устройство дефектоскопа выполнено в виде круглого соленоида с рабочим отверстием диаметром 200 мм. Магнитное поле по мере удаления от торцов корпуса соленоида симметрично убывает. Помещенные внутрь соленоида протяженные детали постоянного сечения намагничиваются симметрично относительно торцов корпуса соленоида. Предназначен для обнаружения поверхностных поперечных трещин во внутренних шейках и средних частях осей локомотивных колесных пар.

Принцип действия МД-12ПШ (выявления дефектов) основан на явлении притяжения частиц магнитного порошка в местах выхода на поверхность магнитного потока, связанного с наличием в контролируемой детали нарушений сплошности. Намагничивание контролируемой детали производится намагничивающим устройством. В намагниченных деталях дефекты вызывают перераспределение магнитного потока и выход части его на поверхность. На поверхности детали создаются локальные магнитные полюсы, притягивающие частицы магнитного порошка, в результате чего место дефекта становится видимым.

Рисунок 3 Дефектоскоп МД-12ПШ

Магнитный контроль в зависимости от физико-химических свойств, его формы и размеров, типа и расположения искомых дефектов, а также мощности намагничивающих устройств, проводят способом приложенного магнитного поля (СПП) или способом остаточной намагниченности (СОН).

Способ контроля выбирают в зависимости от магнитных свойств материала проверяемого объекта. Для этого выполняют следующие операции: а) определяют марку материала проверяемого объекта, используя техническую документацию на его изготовление; б) определяют значение коэрцитивной силы Н_с и остаточной индукции В_r материала объекта, используя соответствующие справочники по магнитным свойствам сталей.

Исходя из положения точки с координатами H_с и В_r, делают заключение о возможности применения того или иного способа контроля, руководствуясь следующим: если на графике точка (Н_с, В_r) расположена выше кривой, то возможен контроль объекта как СОН, так и СПП; если точка (Н_с, В_r) расположена ниже кривой, то рекомендуется контроль СПП. Также рекомендуется применить способ СПП, если Н_с?10. Способ остаточной намагниченности (СОН) в основном применяют при контроле объектов, изготовленных из магнитотвердых материалов, когда их коэрцитивная сила составляет более 9,5-10,0 А/см, и в которых процессы технического намагничивания и перемагничивания осуществляются в сильных магнитных полях.

При контроле качества сварки магнитными дефектоскопами используется явление электромагнетизма. Прибор создает вокруг исследуемой области магнитное поле, поток линий которого, проходя через металл, искривляется в местах дефектов. Это искажение фиксируется определенными способами, из которых в сварочном производстве используются два -- магнитопорошковый и магнитографический. При первом, на поверхность сварного соединения наносят сухой или влажный (в смеси с маслом, керосином или мыльным раствором) ферромагнитный порошок (например железный), который скапливается в местах дефектов, свидетельствуя, таким образом, о наличие несплошностей.

7. Расчет параметров контроля способом приложенного магнитного поля (СПП)

Установим способ МПК при подтверждении дефекта в шейке оси и предподступичной части, изготовленных из стали ОсВ. Условный уровень чувствительности - В. Термообработка - нормализация с последующим отпуском.

Способ контроля детали определяется из зависимости остаточной магнитной индукции от коэрцитивной силы (рисунок 4).

Кривая 1 - геометрическое место точек равной удельной магнитной энергии материала.

Рисунок 4 График для выбора способа магнитопорошкового контроля

Для стали ОсВ Тл, а А/см.

При =4,8 А/см (ГОСТ 56512-2015) требуется СПП с применением дефектоскопа МД-12ПШ.

Намагничивание материалов изделий определяется:

- напряженностью намагничивающего поля, А/см;

- силой намагничивающего тока, А;

- видом (родом) тока.

Для обеспечения выявляемости дефектов требуется, чтобы в контролируемой зоне объекта контроля была создана соответствующая напряженность магнитного поля, задаваемая в нормативно-технических документах.

Величину напряженности определим при известной коэрцитивной силе материала оси колесной пары:

Н = 15,2+1,1^.Нс

Н = 15,2+1,1^.4,8=20,48 А/см.

Рассчитываем величину магнитного потока, если дефектоскоп МД-12ПШ имеет следующие размеры: диаметр рабочего отверстия d=200 мм.; масса блока 45 кг., масса намагничивающего устройства 9 кг; напряжение питания катушки U=220±10% В, а ток I=45 А.

Значение намагничивающего тока:

Определим ток в соленоиде для намагничивания шейки оси и предподступичной части РУ1(гаечный) длиной 310 мм и диаметром 130 мм с целью обнаружения трещин.

Определим удлинение детали:

Определим намагничивающую силу:

Определим ток в соленоиде:

Заключение

В результате выполнения расчетно-графической работы были решены основные задачи, связанные с контролем шейки оси колесной пары и предподступичной части (рисунок 1), контроль которых проводится системой методов: визуальный осмотр, магнитопорошковый и измерительный метод.

В первую очередь мы описали назначение оси колесной пары, характеристику стали ОсВ и основные неисправности (трещины поперечные), которые возникают при её эксплуатации (рисунок 2). Описали дефектоскоп МД-12ПШ (рисунок 3) для обнаружения дефектов: его характеристики, назначение и принцип действия.

Основным методом неразрушающего контроля был выбран магнитопорошковый метод. Были решены основные задачи магнитопорошкового контроля, такие как выбор схемы намагничивания, обоснование выбора способа контроля. Определили значения Н_с, В_r по рисунку 4 для стали ОсВ, которые равны Н_с = 4,8 А/см, что и позволило в дальнейшем определить и выбрать СПП и В_r = 0,9 T; значение намагничивающего тока, который составил 102,74 А, а также величину напряженности при известной коэрцитивной силе материала оси колесной пары H=20,48 А/м; рассчитал намагничивающую силу, равную 10274 Ампер витков и удлинение детали, равное .

Список использованных источников

1. Криворудченко, В.Ф. Современные методы технической диагностики и неразрушающего контроля деталей и узлов подвижного состава железнодорожного транспорта: учеб. пособие для вузов ж.-д. транспорта / В.Ф. Криворудченко, Р.А. Ахмеджанов. М.: Маршрут, 2005. 436 с.

2. Магнитопорошковый метод неразрушающего контроля деталей вагонов: руководящий документ. РД 32.159-2000. М., 2000.

3. Неразрушающий контроль деталей вагонов. Общие положения: руководящий документ. РД 32.174-2001. М., 2001.

4. Криворудченко, В.Ф. Технические средства ультразвукового контроля деталей подвижного состава: практ. пособие к лабораторным работам по дисциплинам «Основы технической диагностики», «Диагностическое обеспечение безопасности в вагонном хозяйстве»

5. Физические основы неразрушающего контроля (магнитопорошковый, вихретоковый и ультразвуковой методы). Технические средства неразрушающего контроля деталей подвижного состава: учебно-метод. пособие / Г.Г. Газизова [и др.]. М.: Научно-производственная группа «Планета», 2005. 302 с.

6. http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/stk/OsV

7.https://studbooks.net/2454795/tehnika/naznachenie_ustroystvo_kolesnoy_pary

Размещено на Allbest.ru