THE INFLUENCE OF PATTERNS OF REGENERATING LAYER ON THE STRENGTH OF PRESS-FIT CONNECTION AXLEBOX SITE ROLLING STOCK

УДК 629.4.027.115 – 192

П. Є. МИХАЛІЧЕНКО, М. О. КОСТІН (ДІІТ)

ВПЛИВ

СТРУКТУРИ

ВІДНОВЛЮВАЛЬНИХ

ШАРІВ

НА

МІЦНІСТЬ

ПРЕСОВОГО

З

’

ЄДНАННЯ

БУКСОВОГО

ВУЗЛА

РУХОМОГО

СКЛАДУ

Викладенорезультатиекспериментальнихдослідженьміцностіз’єднаннязгарантованимнатягомбуксо

-воговузларухомогоскладузалізниць, внутрішняповерхнявнутрішніхкілецьпідшипниківякабулавіднов

-лена електролітичним цинкуванням на імпульсно-реверсивному струмі. Проведено порівняльний аналіз

структуривідновлювального шарута міцностінерухомого з’єднань, кільцяякихбуливідновленізазапро

-понованоютехнологієюзкільцямивідновлениминапостійномуструмі, атакожневідновленимивзагалі.

Описанырезультатыэкспериментальныхисследованийпрочностисоединенийсгарантированнымнатя

-гом буксовогоузла подвижногосостава железных дорог, внутренняя поверхностьвнутренних колец под

-шипниковкотораябылавосстановленаэлектролитическимцинкованиемнаимпульсно-реверсивныхтоках.

Проведенсравнительныйанализструктурывосстановленногослояипрочностинеподвижногосоединения,

кольцакоторых были восстановлены попредложенной технологии, с кольцами восстановленными на по

-стоянномтоке, атакженевосстановленныхвообще.

The article describes results of experimental research of the coupling strength of rail rolling stock with a guaran-teed tightness of the journal-box unit, the internal surface of whose internal rings of bearings was restored by elec-trolytic zinc-plating on the impulse-reverse currents. The comparative analysis has been conducted of structure of the restored layer and the strength of immobile couplings, whose rings were restored with the use of the proposed technology with those restored on a direct current and those not restored at all.

Нерухомез’єднання «шийкаколісноїпари –

внутрішнє кільце підшипника кочення» буксо

-воговузлаєдуже відповідальнимвузлом меха

-нічної частини рухомого складу залізниць, від надійності роботи якого, перш за все залежить безпекарухупоїздів.

У процесі експлуатації рухомої одиниці під дією різноманітних факторів натяг неру

-хомого з’єднання зменшується за рахунок зміни розмірів шийки осі та отвору кільця підшипника.

Величиназносу внутрішньоїповерхні внут

-рішньогокільцяпідшипникаташийкиосіколі

-сної пари є випадковою і досягає відповідно величини 0,25 та 0,3 мм. Як свідчатьстатисти

-чні дослідження [1], закон розподілення зносу шийки осі колісної пари електровозів серії ВЛ

єнормальним зпараметрами: m_ш =0,0431 мм,

ш 0,0162

σ = мм.

Закон розподілення зносу кілець підшип

-ників 3042536ЛМ та 3052536ЛМ є логариф

-мічним нормальним (рис. 1) з параметрами

lg к 1,615

m _ζ = − та _lg 0,338

к

ζ

σ = .

Законрозподілення зносу кілець підшипни

-ків NU 2236 E. M. 1. C3 і NJ 2236 E. M. 1. C3

є гауссовим з параметрами: m_к =0,0352 мм,

ш 0,016

σ = мм.

к

lgζ

к

lgζ

Рис. 1. Законирозподіленнязносукілець

підшипників 3042536ЛМта 3052536ЛМ:

1 – статистичний; 2 – теоретичний

Закон розподілення зносу шийки осі колі

-сної пари електровозів серії ЧС є гамма

-розподіленням (рис. 2).

0 0,10 0,20 0,30 0,40

0,254 0,214 0,174 0,134 0,094

0,054 _{, мм}

f( )

1

2

0,004

ш

ζ

ш

ζ

Рис. 2. Законирозподіленнязносушийки

осіколісноїпариелектровозівсеріїЧС:

Головною причиною зносу поверхонь спря

-женьдеталей системи є корозійно-абразивні про

-цеси, які відбуваються всистемі. У [2] зазначено,

щовпроцесіексплуатаціївіддіїрядусилтарізних конструктивних причинвнутрішнє кільце підши

-пника переміщується навколо шийки осі з дуже малоюамплітудою. Наявність переміщень такого характерує основнимипричинами пошкодження спряженихповерхоньдеталейфретинг-корозією.

Візуальні спостереження за даним спря

-женням буксових вузлів електровозів та ва

-гонів дозволяють стверджувати наявність

слідів фретинг-корозії в окремих місцях спряження. Характер пошкоджень вказує на те, що причиною їх виникнення є відхилення від правильної геометричної форми спряже

-них поверхонь (конусність, овальність, огра

-нка, корсетністьтощо) (табл. 1).

Таблиця 1

Характер фретинг-корозії на осьових шийках і кільцях підшипників за наявності похибок спряжених поверхонь

Видпохибки

спряженихповерхонь Конусність Корсетність Овальність

Розгорнутийвигляд

пошкоджень

фретинг-корозії

Інтенсивність пошкоджень фретинг-корозією шийок осей на ділянках розміщення перед

-нього та заднього кілець підшипників у бі

-льшості випадків неоднакова. Обстеження шийокосейколісних парпоказало, щоділян

-ки шийок, розміщених під задніми підшип

-никами, пошкоджені значно сильніше, ніж під передніми. Таке явище пов’язано з тим,

що деформації згину в зоні розміщення зад

-нього підшипника більші, ніж під переднім,

а це, в свою чергу, сприяє більшому тертю між шийкою та кільцем підшипника. Наслід

-ками фретинг-корозії є порушення точності притискання спряжених поверхонь, а також зниженняміцностівідвтоми шийкиосі. Фре

-тинг-корозії впливає на міцність від втоми черезутворення окремих глибоких точок (пі

-тингів), зменшення поперечного перерізу та утвореннятріщинвідутомленості.

Усуненняпродуктів фретинг-корозії, задирів,

забоїн, які виникають при частих монтажних та демонтажних роботах, зменшує номінальний ді

-аметрвала, ітомуєпотребаутому, щобвводити ремонтні розміри на діаметри осі та кілець під

-шипників або відновлювати одну з поверхонь спряженнядономінальногорозмірунатягу.

Уремонтномувиробництвірухомогоскладу залізниць на сьогоднішній день, як правило,

застосовуютьдвітехнології відновленнянатягу пресового з’єднання: нанесення еластомеру

ГЕН-150(В) та електролітичне осадження на

постійномуструмі цинкового покриттяна вну

-трішнюповерхнюкілецьпідшипників.

Вищезазначені технології відновлення ма

-ють ряд значних недоліків, зокрема, застосу

-вання еластомеру потребує спеціального обла

-днання для відцентрового чи вібраційного на

-несення. Під час звичайного нанесення за до

-помогою пензлика, шар полімеру на поверхні спряження нерівномірний, тому після його за

-стиганнянатягнерухомогоз’єднаннябуксового вузла в кожній точці спряження також нерів

-номірний. До того ж, експлуатаційні можливо

-сті цього еластомеру змінюються залежно від робочої температури буксового вузла. Цинк осаджений на постійному струмі з товщиною більшоюза 20 мкммаєкрупнозернисту крихку структуру, яка не завжди витримує важких умов експлуатації буксового вузла і починає руйнуватися. Дотогож, такийцинкмаєвелику пористість, що значною мірою зменшує коро

-зійну стійкість металуоснови. Це є причинами частихзаходів відремонтованоїрухомої одини

-цінапозаплановийремонт.

Нами було запропоновано нову техноло

-гію електроосадження цинку імпульсно

-реверсивним струмом (рис. 3) [3; 4]. Розгля

-немо вплив форми струму на процес оса

-дженняметалу.

Під час перерви струму в період відсічки розряд катіонів цинку припиняється, але над

-ходження їх до деталі катоду продовжується,

одночасно фронт дифузії не відходить від по

-верхнідеталіназначнувідстань. Виникаєчаст

-кове вирівнювання концентрації іонів Zn2+ у прикатодному просторі, що дозволяє під час імпульсівпротіканняструмупідвищитиїхамп

t

t

t

T

I

m

.

пр

.

I

I

ср

I

ср

.

зв

.

0

1

2

i

-i

αпр βпр

αзв βзв

Рис. 3. Формаімпульсно-реверсивногоструму:

1 – прямийімпульс; 2 – зворотнийімпульс; Т – періодколиванняструму; пр

t , t_зв – часпротіканняпрямоготазворотногострумів; I_т.пр, I_т.зв – амплітудапрямоготазворотногострумів;

ср.пр

I , I_ср.зв – середнєзначенняпрямоготазворотногострумів; α_пр, α_зв – кутирегулюваннятиристорів, якіформуютьпрямийізворотнийструм; β_пр, β_зв – кутовітривалостіпрямогоізворотногоімпульсів

Упроцесі дослідження було встановлено, що допустимавеличинасередньогозначенняпрямого імпульсу J_пр.ср, при якійщеутворюються світлі осади, складає 5,5…6 А/дм2_{, а це в 2 рази вище}

густини постійного струму, що значно збільшує швидкістьосадження цинковогошару. Для отри

-манняякіснихзазовнішнімвиглядомосадівтреба збільшувати J_пр.ср ізменшуватипараметрревер

-сування пр

зв

t t

τ = (див. рис. 3).

Чим більше щілинність імпульсів, тим бі

-льшу густину струму можна використовувати приелектролізі ітим вищаякістьпокриття. До того ж, більшезначення кутакерування α_пр у межахчверті періодузбільшуєкрутістьфронту імпульсу струму, що скорочує час осадження металуіпокращуєякістьпокриття.

У період зворотних імпульсів відбувається часткове розчинення осадженого цинкуз їїпо

-верхні, яке приводитьдо збагачення катіонами металу приелектродного шару електроліту.

У таких умовах електролізу густину струму

у подальший катодний період можна тримати більшою, ніж при веденні процесу на постій

-ному струмі. До того ж, розчиняються най

-більш активні (з точки зору росту кристалів)

місцядеталей, тимсамимповерхнянівелюється,

активується, створюютьсяумовидляпоявинових центрів кристалів та рівномірності покриття у подальшомуосаджені. Крімтого, активніділянки

кристалів осадженого металу пасивуються утво

-реннямокиснихплівок, щоускладнюютьнорма

-льне зростання кристалів, подальший зріст яких стає можливимпри підвищенніпотенціалу като

-дної поляризації деталідо значення, заяким ви

-никаютьновікристалічнізародки.

Найбільш досконалу структуру має цинк,

осаджений в режимах J_пр.ср =3,5 4… А/дм2_,

зв.ср пр.ср 5

J =J і параметрі реверсування

30 1; 20 1; 6 1

τ = . Цинк, осаджений на струмі

зцимипараметрами характеризуєтьсябільшою однорідністю, має дрібнозернисту, гладку та щільнуструктуру (рис. 4).

Значний позитивний ефект було досягнуто також застосуванням струму високої початко

-воїгустини J_пр.ср =15 А/дм2 _{[5]. Початкові ко}

-роткочасні «поштовхи» струму тривалістю до

30 с спричиняютьзбільшення швидкості вини

-кнення кристалічних зародків і відповідно

швидкості поширення осаду вздовж фронту

зростання кристалів. Наявність початкового дрібнокристалічного прошарку зумовлює фор

-муваннятакогожсуцільногоосаду.

Процес електролізу доцільно закінчувати при J_пр.ср =0 і J_зв ≠0, тобто електрохімічним поліруванням. У результаті підвищується клас шорсткості поверхні, заокруглюютьсямікрови

-ступи, й тим самим підвищуються границі пружності та стійкість металу кільця підшип

а б

Рис. 4. Поверхневаструктура (а) таструктураметалографічногошліфу (б) цинковогопокриття,

осадженогоімпульсно-реверсивнимструмомзпараметром J_пр.ср=3, 6 А/дм2_,

зв.ср 0, 7

J = А/дм2_{, τ =6 1}

Для цинкових покриттів, осаджених імпульс

-но-реверсивним струмом, характерне збільшення густинидислокаційдо ρ =4,5 10⋅ 11 см–2 _{(упорів}

-нянні з постійним струмом, для якого

11

0, 2 10

ρ = ⋅ см–2_{), зменшення блоків мозаїки}

40...50

D= нм проти 500нм на постійному

струміідрібнозернистаструктура – розміризерен складають L=0,7...0,8 мкм проти 15...16 мкм для стаціонарного електролізу. Наслідком цього

є велика мікротвердість цинкового шару: 1550...1600

Н_µ= МПапроти 700...750Н_µ= МПа

напостійному струмі. Закон розподіленнямікро

-твердостіцинковогопокриттяєнормальнимзма

-тематичнимсподіванням m_н=1575 МПаісеред

-ньоквадратичним відхиленням σ =_н 8,3 МПа.

Коефіцієнт відбиття поверхні осадженого цинку також досить великий, К_в =80...85 % проти

в 8...10

К = % напостійномуструмі.

При густині середнього значення струму

пр.ср 3,5...4

J = А/дм2 _{швидкістьосадженняцин-}

ку складає 65,6...68,8 мкм/год, в той же час

на постійному струмі вона не перевищує

32,0...34,4 мкм/год. Отже, застосування імпуль

-сно-реверсивногострумудозволиловдвічі збі

-льшитишвидкістьпроцесуосадженняцинку.

Дослідження міцності пресових з’єднань

«шийка осі колісної пари – внутрішнє кільце підшипника», з кільцями відновленими за за

-пропонованою методикою, проводили на

шийках коліснихпар електровозівсеріїВЛ та ЧС і на шийках колісних пар вагонів типу РУІ. Відновлювальний шар цинку товщиною

150 мкм осаджували напостійному та імпульс

-но-реверсивному струмах. Величина натягу пре

-сового з’єднання складала 50 мкм. Розпресовку зразківвиконувалинагідравлічнихпресах.

Міцність пресового з’єднання визначали шляхом розпресування з’єднань. Під час роз

-пресовки фіксували зусилля зсуву та записува

-ли розпресовочні діаграма. Середні значення силирозпресуваннянаведеновтабл. 2.

На рис. 5 наведені діаграми розпресування шийокосейелектровозасеріїВЛ8.

Таблиця 2

Значення величини сили розпресовки натурних зразків пресового з’єднання

Силарозпресовки, P_в, кН Шийкаосіколісноїпари

Безпокриття Цинк_{постійному}, осаджений_струміна Цинк, _{реверсивному}осадженийна_струміімпульсно

-ЕлектровозасеріїВЛ 12,8 12,5 18,2

ЕлектровозасеріїЧС 15,4 13,3 18,9

в) L, мм

22,5 45 67,5

Рв, кН

0 10

5 15 20

L, мм

22,5 45 67,5

Рв, кН

б) L, мм

22,5 45 67,5

0 10

5 Рв, кН

а) L, мм

22,5 45 67,5

10

5

2,5 7,5

0

Рис. 5. ДіаграмирозпресовкишийокосейколісноїпариелектровозасеріїВЛ

згальванічнимпокриттям:

а – безпокриття; б – цинку, осадженимнапостійномуструмі;

в – цинку, осадженимнаімпульсно-реверсивномуструмі

З розпресовочної діаграми рис. 2 та табл. 2

випливає, що гальванічне покриття, яке оса

-джене імпульсно-реверсивним струмом, підви

-щує міцність пресового з’єднання буксового вузла електровозів у 1, 2...1, 45 рази, а вагонів

у 1,6 рази. В той же час гальванічне покриття товщиною 150 мкм, яке осаджено постійним струмом, зменшуєміцність.

Відноснаміцністьнерухомогоз’єднання бук

-совихвузлівстановить: • дляелектровозів

г м 0,86 0,98

P P = … ;

• длявагонів

г м 0,94

P P ≈ ,

де Р_г, Р_м – силирозпресовкивідповідно зци

-нковимгальванічнимпокриттямібезнього.

Отже, міцність пресового з’єднання з цин

-ковим гальванічним покриттям, осадженим у нестаціонарних режимах, у 1,5...1,8 рази більше міцностіз’єднаннязцинком, осадженимна по

-стійномуструмі.

Огляд поверхонь спряжень шийокосей піс

-лярозпресовкиневиявивзначнихпошкоджень,

Експериментальні дослідження натурних зразківпресовихз’єднань «шийкаколісноїпари –

внутрішнєкільце підшипникакочення» показа

-ли, що осаджений, за розробленою технологі

-єю, шар цинку забезпечує достатню міцність пресового з’єднання, захист від корозії та ме

-ханічних ушкоджень поверхонь спряження.

Електролітичне осадження в нестаціонарних режимах дозволяє осаджувати досить товсті шарицинку, ≈400 500… мкм. Дотого ж, знач

-ноюперевагою цинковогопокриттяє йогозда

-тність захищати відслонену сталь електрохімі

-чно. При цьому цинк діє як анод, запобігаючи корозіїзаліза, якеєкатодом.

Вищезазначенідосліди повизначеннюміцно

-сті пресового з’єднання були проведені із засто

-суванням статичних сил навантаження на

з’єднання, а в процесі експлуатації, як відомо,

головнимчином, проявляються динамічнізусил

-ля. Тому у подальших роботах досліджується впливдинамікипресовихз’єднаньнаїхміцність.

БІБЛІОГРАФІЧНИЙСПИСОК

1. Михаліченко П. Є. Відновленнянатягупресового

з’єднання буксовихвузлів рухомого складузаліз

-ниць / П. Є. Михаліченко, М. О. Костін // Залізнич

-нийтранспортУкраїна. – 2004. – № 5 – С. 47–49

2. АкбашевБ. З. Выборпосадокдляжелезнодоро

-жныхроликовыхподшипников: Автореф. дис…

канд. техн. наук. – М., 1962. –16 с.

3. Михаличенко П. Е. Методы восстановления

натягаузла «шейкаколеснойпары – внутреннее

кольцоподшипника» // Материалы IV междуна

-роднойнаучно-техническойконференции «Сос

-тояниеиперспективыразвитияэлектроподвижного

состава». – Новочеркасск. – 2003. – С. 183–184.

4. Костін М. О. Математична модель форми зно

-шених деталей системи спряження «шийка осі

колісноїпари – внутрішнєкільцепідшипника» /

М. О. Костін, П. Є. Михаліченко // Вісник

ДНУЗТ. – 2004. – Вип. 4.– С. 149–155.

5. КостинН. А. Применениегальванотехники при

ремонте подвижногосостава / Н. А. Костин, А.

А. Куликов. – М.: Транспорт, 1981. – 108 с.