3.3 Тепловой способ формирования колесных пар

Тепловой способ формирования колесных пар - это способ получения неразъемного соединения, при котором нагретое до 250-280С колесо свободно находит на посадочное место оси.

Нагрев колес под посадку может быть осуществлен в нагревательных устройствах индукционнного типа, а также в печах, работающих на жидком топливе.

При тепловом способе посадки колеса на ось применяют два метода контроля прочности соединения: косвенный и прямой.

Косвенный метод - это проверка размеров посадочных поверхностей сопрягаемых деталей предельными калибрами.

Прямой метод - это проверка сформированной колесной пары на осевой сдвиг колес приложением в течении 20с контрольной нагрузкой в 1,5 - 2 раза превышающей усилие запрессовки.

Тепловой способ формирования колесных пар имеет ряд преимуществ перед способом холодной напрессовки. Применяя этот способ модно обеспечить комплексную механизацию процесса, увеличить надежность и долговечность колесных пар за счет повышения прочности осей, упростить технологический процесс, так как исключается зависимость качества соединения.

Наряду с положительным качествами тепловой способ обладает существенными недостатками: увеличивается себестоимость изготовления колесных пар из-за больших затрат на нагрев колес; нет достаточно эффективного способа контроля надежности соединения и защиты зоны контакта ступицы колеса и оси от фреттинг-коррозии.

При механической запрессовке происходит срез микронеровностей и взаимное внедрение более крупных выступов сопрягаемых поверхностей. Образуется неравномерное прилегание поверхностей контакта с наличием участков с зазорами и повы­шенной пластической деформацией поверхностных слоев металла, зачастую сопровождаемой микротрещинами или отрывами микрочастиц металла. При тепловой сборке соединений характерно плотное и равномерное прилегание сопряженных поверхностей с отсутствием задиров и пластических дефор­маций в зонах контактирования деталей, что в сравнении с механическими запрессовками существенно повышает фактическую площадь контакта, а следовательно, и их прочность.

Следует отметить отрицательное влияние нагрева на напряженное со­стояние деталей сложного профиля (например, цельнокатаных колес при тепловой сборке колесных пар). Так как температура металла в разных точ­ках колеса неодинакова, то в нем возникают дополнительные температур­ные напряжения, которые, наряду с другими технологическими факторами, в сочетании с напряжениями от рабочих нагрузок являются причиной образования трещин колес.

4 Новые технологии формирования колесных пар

Вопросы формирования колесных пар вагонов до настоящего времени не решены в полной мере. Случаи сдвига колес на осях свидетельствуют, что применяемый процесс сборки колесных пар механической запрессовкой нельзя считать удовлетворительным. Чтобы повысить прочность сопряжения, исключить существенные недостатки механической налрессовки колес на оси колесных пар вагонов, нужны новые технологии. В технике различают продольно-прессовые посадки (механическая запрессовка, гидропрессовая сборка с радиальной и торцевой подачей масла высокого давления в зону сопряжения деталей), поперечно-прессовые соединения с гарантированным натягом (тепловая сборка, сборка с использованием холода, прессо-клеевые соединения). Метод тепловой сборки осей с колесами при формировании и ремонте колесных пар тепловозов и путевых машин РТМ 24.040.71-85 применяют на колесных парах, у которых предусмотрен маслосъем колес с использованием масла под высоким давлением. После окончательной механической обработки (накатки, шлифовки) подступичные части оси покрываются герметизирующим эластомером ГЭН-150В. Нагрев ступицы колеса при помощи индукционного нагревателя или в электропечах (температура нагрева при тепловой сборке 240 ... 260°С). Сопряжение оси с колесом производится в приспособлении, обеспечивающем правильное положение деталей при сборке. Охлаждение осуществляется естественным путем. Каждую сформированную колесную пару проверяют на прочность сопряжения трехкратным приложением аксиального сдвигающего усилия (для электровозов и тепловозов Род, = 650 ± 80 кН на 100 мм диаметра подступичной части оси колесной пары, для мотор-вагонного подвижного состава Ред, = 550 ± 20 кН на 100 мм диаметра оси) с записью индикаторной диаграммы. Сдвиг оси в ступице не допускается.

Известно применение прессо-клеевых соединений колесных пар вагонов на железных дорогах Германии. Использован тепловой способ сборки (поперечно-прессовое сопряжение) соединений с уменьшенными натягами (0,030-0,055% от диаметра сопряжения) при нанесении эпоксидной смолы на подступичные части осей колесных пар. Температура нагрева ступицы 150°С. Прочность прессово-клеевых соединений с уменьшенными натягами в сопряжении колес с осями при крутящих и сдвигающих аксиальных нагрузках оказывается достаточной для условий эксплуатации колесных пар, сформированных с натягами 0,06-0,10 мм. При распрессовке соединений для смены элементов при ремонте колесных пар выполняют предварительный индукционный нагрев ступицы колеса, что способствует разжижению эпоксидной смолы и обеспечивает относительное смещение сопряженных элементов по жидкостной эпоксидной прослойке. Применение технологии сборки, основанной на использовании тепла для нагрева охватывающей детали и глубокого холода для охлаждения охватываемой, позволяет избежать опасности повреждения посадочных поверхностей в процессе сборки, исключить дополнительные напряжения материала деталей в зоне посадок от сил трения, обусловливаемых явлением сдвига при механической запрессовке. При этом достигается более высокий коэффициент запаса прочности, характеризующийся отношением ко­эффициента трения покоя к коэффициенту трения движения.

В машиностроении все большее распространение получают гидропрессовые соединения. При гидропрессовом способе сборки и разборки напряженных посадок реализуется расклинивающий эффект масляной прослойки между контактирующими поверхностями деталей. Осуществляется гидропрессование с помощью нагнетания различным образом жидкого минерального масла под высоким давлением в зону сопряже­ния соединений с гарантированным натягом. При таком формировании можно получать соединения, обладающие высокой несущей способностью, но значительно менее напряженные по сравнению с механическими напрессовками. При гидропрессовой сборке исключается отрицательное влияние остаточных температурных напряжений и обеспечивается возможность многократного монтажа и демонтажа соединений без повреждения поверхностей деталей в виде задиров, рисок, а также снижение потребного запрессовочного (распрессовочного) усилия, что позволяет исключить необходимость применения крупногабаритных прессов большой мощности. Возможность производства многократного формирования и демонтажа соединений, замена мощных прессов малогабаритными нагружающими устройствами позволяет от­носить гидропрессовые соединения к категории легкоразъемных.

7