Проектирование устройство наплавки подпятника надрессорной балки тележки грузового вагона

После центрирования и закрепления  НБ производится сканирование опорной  поверхности надрессорной балки. Сканирование производится лазерной рулеткой серии Disto. Лазерная рулетка установлена на уровне максимально допустимом из условий работы с учетом ее сканирующих способностей на надрессорной балке с максимальным износом.

Износ воспринимается контроллером в  виде шести графиков по диаметру подпятника НБ. Каждый график это кривая графически представляющая износ подпятника по окружности на одном из шести диаметров, по которой система управления судит о количестве металла необходимого наплавить на определенном участке окружности.

После выяснения износа подпятника система приступает к наплавке подпятника НБ в автоматическом режиме. При выдачи задания установке система управления определяет наиболее приемлемые условия для наплавки опорной поверхности, а именно количество проходов, задание на наплавку по секторам и отдельным окружностям одной или несколькими проволоками.

Перед началом наплавки производится продувка места наплавки между защитным кожухом и опорной поверхностью НБ углекислым газом в течении 3-4 секунд, для удаления кислорода. Наплавку начинают с предварительного закорачивания электрода с опорной поверхностью, после чего на проволоку подают напряжение источника питания и отдергивается проволока от поверхности надрессорной балки. После зажигания дуги проволоку подают к опорной поверхности. Способ наплавка пригоден для проволоки диаметром 2 мм и более. Этот способ осуществляется путем реверсирования электродвигателя подачи проволоки. Устойчивое течение процесса наплавки в углекислом газе проволокой обеспечивается как при постоянной скорости так и при подаче с автоматическим регулированием, например при связи скорости подачи с напряжением процесса наплавки. Именно последний способ предполагается использовать в разработанной установке. стабильный процесс сварки получают при пульсирующей подачи проволоки и при наплавке с вибрацией электрода. Расчет траектории наплавки и скорости отступления от нормы наплавки приведен в приложении 1. Главное для получения стабильного процесса - постоянство программы изменения скорости подачи поволоки, напряжения и тока.

Качественное окончание наплавки предполагает получение шва с заваренными кратерами без дефектов и состояния сварочной аппаратуры, обеспечивающее начало наплавки следующего шва без дополнительных настроечных операций.

Прекращение наплавки осуществляется раздельным последовательным выключением механизма подачи проволоки и снятия напряжения с наплавочных головок после обрыва дуги. Для качественного окончания наплавки и хорошего последовательного начала можно рекомендовать одновременно с отключением механизма подачи проволоки переводить питание дуги на однополупериодное напряжение.

После прохода наплавочных головок  и наплавки первого слоя металла, установка при необходимости осуществляет наплавку наиболее изношенных поверхностей по секторам или окружностям в зависимости от износа.

 

При проектировании установки принят ряд конструктивных решений:

- перемещение наплавочных головок  (трех) осуществляется на одном  приводе;

- в качестве привода головок  принят линейный привод с шарико-винтовой  передачей с усиленной направляющей;

- крепление усиленной направляющей  к подвеске привода осуществляется с помощью переработанных стандартных лап, для крепления направляющей к спинке;

- подвеска привода выполнена  в виде гнутого профиля;

- крепление подвески к валу  вращения установки фланцевое с переходом на зажимные кольца фрикционного действия;

- барабаны и конструкция вращения барабанов применена стандартной схемы с прижатием пружинной;

- вращение установки осуществляется  с помощью мотор-редуктора с  циклоидальной передачей и д.р.

 

5.3 Ремонт сваркой подпятника  надрессорной

балки тележки грузового вагона

 

При ремонте надрессорных балок  тележек моделей 18-100 и ЦНИИ-Х3 разрешается:

1) Заварка любых трещин опорной поверхности подпятникового места, не переходящих через наружный бурт на плоскость верхнего пояса и боковой стены, при условии, что суммарная длина их не превышает 250 мм;

2) Наплавка отколов наружного и внутреннего буртов подпятникового места. Если длина отколовшейся части внутреннего бурта более половины периметра или бурт отсутствует, или отверстие под шкворень имеет износ более 2 мм на сторону, бурт восстанавливают путем вварки точеной втулки высотой над опорной поверхностью подпятника 15 мм;

 

Рисунок 5.1 - Надрессорная балка тележки  модели 18-100

 

3) наплавка изношенных мест внутренней поверхности  наружного и наружной поверхности внутреннего буртов подпятникового места, если толщина наружного бурта не менее 15 мм на глубине 10 мм от верхней кромки бурта;

4) наплавка поверхности наружного бурта;

5) наплавка выработки опорной поверхности подпятникового места, если толщина поверхности в месте износа не менее 18 мм;

2. При заварке трещин и наплавке изношенных поверхностей надрессорной балки следует производить местный предварительный подогрев до температуры 250-300⁰С.

 

5.4 Сварка и наплавка в среде защитного газа

 

При ремонте вагонов наиболее распространенным  в качестве защитной среды является углекислый газ. Он защищает расплавленный  металл от соприкосновения с воздухом, который особенно вреден для сварки из-за присутствия в нем азота, вызывающего пористость и хрупкость металла  шва. Двуокись углерода выпускают в соответствии с ГОСТ 8050-85. Газ транспортируется в баллонах в жидком состоянии под давлением до 5 МПа. В стандартный баллон вместимостью 40л заливается 25 кг жидкой углекислоты. Из баллона она забирается в газообразном состоянии. Двуокись  углерода нетоксична и не взрывоопасна. Содержание ее в рабочей зоне до 0,5% объема воздуха опасности для здоровья человека не представляет, но при более высокой концентрации, что характерно для замкнутых и необеспеченных вытяжной  вентиляцией  помещений, снижается содержание кислорода в воздухе и возникает угроза для здоровья.

Расход углекислого газа для  номинальных токов 200,315, 500 и 630А соответственно составляет 600,900,1200 и 1400 л/ч.

Воздействие углекислого газа на расплавленный  металл двояко. С одной стороны - он защищает расплавленный металл от воздуха, а с другой  разлагается при высокой  температуре  на  окись углерода (СО) и кислород,  что оказывает окисляющее действие на расплавленный металл. Устранение вредного воздействия осуществляется раскислением металла кремнием и марганцем (проволока Св08ГС, Св08Г2С2 и др.). При недостатке этих компонентов раскисление идет за счет углерода, и в этом случае шов содержит много пор.

При назначении  режима следует  учитывать следующие обстоятельства. На параметры шва влияют напряжение дуги и скорость сварки. Длина (напряжение) дуги является одним из основных технологических факторов, определяющих качество сварки. Так, она оказывает существенное влияние на глубину проплавления основного металла. Наиболее глубокое проплавление получается при короткой дуге. Укорочение дуги способствует получению плотных швов и уменьшению разбрызгивания металла. Однако при очень короткой дуге шов получается узким и высоким. Скорость сварки по сравнению с током и напряжением оказывает меньшее влияние на глубину проплавления.

Сварку в среде углекислого газа производят на постоянном токе обратной полярности. Это связано с тем, что при прямой полярности характерно большое разбрызгивание металла. Хотя коэффициент плавления электродной проволоки при сварке на обратной полярности в 1,5-1,8 раза меньше, чем при прямой, это преимущество не удается использовать, так как при сварке на прямой полярности ширина шва значительно меньше, а высота выпуклости  больше, чем при сварке на обратной полярности. Кроме того, при прямой полярности увеличивается окисляемость элементов, что повышает склонность к образованию пор.

На качество сварного шва влияет и расход углекислого газа. Необходимое для сварки количество газа зависит от режима сварки и от формы и размеров изделия. Так, с увеличением расхода газа снижается значение коэффициента плавления из-за охлаждения зоны сварки поступающим газом, хотя малый расход может не обеспечить газовую защиту. Повышение расхода газа при прочих постоянных факторах ведет к некоторому увеличению выгорания раскислителей - кремния и марганца.

Технологическими преимуществами сварки в углекислом газе являются относительная  простота процесса сварки, возможность получения качественных соединений при различной конфигурации швов и расположении их в пространстве, возможность полуавтоматической и автоматической сварки швов, отсутствие необходимости применения флюсов или покрытий, доступность наблюдения за процессам сварки,  малая зона термического влияния и относительно небольшие деформации изделий в связи с высокой концентрацией дуги.

 

 

5.4 Выбор наплавочной головоки

 

Из рассмотренного ряда наплавочных  головок для наплавки с среде  углекислого газа и принимая во внимание конструктивные особенности наплавочного агрегата, принимаю для производства наплавочную головку Французской фирмы «SAF» из серии TM 700.

 

 

 

 

 

 

Наплавочная головка обладает целым  рядом конструктивных особенностей: - возможность торцевого крепления на механизме вращения; - предусмотрено специальное охлаждение, обеспечивающее возможности не прилипания шлака;- удобный подвод как наплавочного тока, так и подвод проволоки, газа и охлаждающей жидкости.

Охлаждающая жидкость – LIQUISAF.

Характеристики - 700 A ,100 %.

 

5.6 Расчет сварочного соединения

Метод расчета соединения выполненных  угловыми швами следующий.

Вариант действия центральной силы на тавровое с угловыми швами. При  таком варианте внешнего нагружения сварного соединения начинается в точках лежащих на плоских площадках, расположенных по углом 45 градусов, так как площадь сопротивления нагружению здесь минимальна. Нагружения, действующие по площадкам и вызывающие их разрушение, обозначим через . Углом наклона напряжений сдвига будем пренебрегать, тем самым  упрощая расчетную модель.

 

При таких допущениях напряжения можно  рассчитать по формуле, полученной из уравнения равновесия,

 

 МПа,

где   мм – катет шва;

 мм - длина сварного шва;

 Н – сила действующая  на шов.

 

Условие прочности выполняется.

 

 

5.7 Расчет фланцевого соединения

 

Фланцевое соединение применяется  преимущественно для соединения валов, а также для крепления на валах деталей дискового или барабанного вида.

Крутящий момент передается призонными болтами или специальными элементами, работающими на срез, а отчасти силами трения, возникающими на стыковых поверхностях при затяжке стяжных болтов.

Увеличение диаметра расположения элементов, передающих крутящий момент, уменьшает окружную силу и дает возможность увеличить число элементов.

Преимуществом фланцевых соединений является практически беззазорная передача крутящего момента, достигаемая посадкой призонных болтов с натягом. Силы трения, возникающие на стыке при затяжке болтов, предупреждают микросмешения сопрягаемых поверхностей, поэтом фланцевые соединения почти не подвержены наклепу, свариванию и фрикционной коррозии, которые часто встречаются в ступичных соединениях.

При расчете фланцевых соединений силу трения обычно не учитывают, относя ее в запас надежности. Предполагая, что все болты являются призонными находим диаметр расположения болтов

 

мм,

где  z, d – число и диаметр болтов мм;

- крутящий момент, Нм.

Исходя из конструктивных особенностей конструкции принимаю диаметр  расположения болтов 86 мм, это связанно с увеличенным диаметром вала и зацепления прижимных клец.

 

5.8 Анализ износов опорной поверхности надрессорной балки

 

В эксплуатации подпятниковое место  надрессорной балки испытывает сложные  переменные нагрузки.

Подпятниковые места надрессорных балок изнашиваются по внутренним граням наружного бурта, опорной поверхности и стенкам отверстий для шкворня. Наиболее интенсивно изнашиваются внутренние поверхности бурта по оси, совпадающей с продольной осью вагона. Средневзвешенная интенсивность износа составляет 0.75-0.8 мм в год. Интенсивность износа бурта вдоль вагона в 2-2.5 раза больше, чем поперек его. Скорость износа опорной поверхности подпятника составляет 0.4 мм в год. При повышенных износах в направлении продольной оси вагона пятника и подпятника появляется возможность относительного перемещения и соударения их, что может привести к повреждениям надрессорной балки, отколу внутреннего бурта подпятника и трещинам в пятнике.

При анализе случаев появления  трещин, разрушения надрессорных балок в эксплуатации было установлено, что основными их причинами явились скрытые дефекты в литье, горячие трещины литейного происхождения, несоответствие металла техническим условиям на литьё по химическому составу и механическим свойствам, в результате усталостных явлений металла, из-за наличия на поверхностях деталей острых забоин или ожогов от электросварки, которые явились концентратором напряжений.

 

5.9 Расчет геометрических параметров барабана

 

Находим объем металла необходимого для наплавки одного подпятника, исходя из максимального износа.

 

(5.6.1)

 

где – площадь подпятника

– толщина  наплавляемого слоя 5мм.

 

(5.6.2)

 

где - площадь всего подпятника

- площадь шкворневого отверстия

 

(5.6.3)

 

м2

 

м2

 

 

 

При полной мощности производства в смену наплавляется 42 балки.