УДК 629.45/.46.027.11.004.67:621.791.927.5
Канд. техн. наук В. П. КАЗЬМИН, инж. А. Н. ПУРЕХОВ

Известно много способов восстановления деталей машин и механизмов, возвращающих работоспособность изношенным или поврежденным деталям, - это способы ремонтных размеров, дополнительных деталей, пластической деформации, нанесения синтетических и электролитических покрытий, различных видов наплавки, газотермического напыления и др.

Предпочтительными являются способы, позволяющие восстанавливать не только характер посадки сопряжения, но и начальные размеры деталей с обеспечением их взаимозаменяемости и сохранением рабочих характеристик восстановленных деталей. Анализ большинства существующих способов восстановления деталей, несущих циклическую нагрузку, возможностей их использования для ремонта вагонных осей под прессовую посадку элементов колесных пар, условий демонтажа и монтажа узлов соединений, а также технических возможностей ремонтных предприятий железных дорог и экономической эффективности различных способов ремонта позволил сделать вывод о технологичности и целесообразности применения электродуговой металлизации напылением (ЭДМН)1 для восстановления изношенных мест осей колесных пар вагонов, в частности буксовых шеек осей.

Идея восстановления буксовых шеек напылением заключается в том, чтобы разработать технологию, обеспечивающую получение восстановленных шеек осей со свойствами в эксплуатации и при монтаже не ниже, чем у новых осей. Имея в виду вагонные оси типов РУI, РУIШ, предел выносливости оси по шейке должен оставаться на уровне 15,0 МПа по сечению I-I или 16,5 МПа по сечению II-II2, шейка с покрытием должна выдерживать при оптимальном натяге внутренних колец подшипников (0,045...0,050 мм) не менее четырех холоднопрессовых перепрессовок, обладать контактно-усталостной прочностью на уровне новых осей. Кроме этого, технология восстановления должна вписываться в производственный цикл ремонтного предприятия с точки зрения определенной корреляции между высокой точностью при токарной обработке шеек и необходимой при этом точностью токарного оборудования - не более 0,03 мм (альбомный размер буксовых шеек составляет мм), т. е. при точении покрытия необходимо уложиться в допуск всего 0,027 мм. (При изготовлении новых осей это сделать достаточно легко, так как обработкой является шлифование. В вагонных депо кругошлифовальные станки, как правило, отсутствуют).

В 1989 г. на специализированном участке металлизации напылением электродепо <Измайлово> Московского метрополитена была выпущена установочная партия вагонных осей типов РУI, РУIШ в количестве 20 шт. с напыленными буксовыми шейками по технологической инструкции И32-ВНИИЖТ-0503/3-87. Сформированные на Московском локомотиворемонтном заводе колесные пары с этими осями в период 1992...1994 гг. проходили эксплуатационную проверку на Экспериментальном кольце ст. Щербинка под гружеными полувагонами при нагрузке 27 тс на ось.

Результаты испытаний удовлетворительные: после пробега более 350 тыс. км износ покрытия в норме; отколов, выкрашивания, трещин, следов коррозии не имеется. Квалификационная комиссия пришла к выводу, что все оси с напыленными шейками пригодны к дальнейшей эксплуатации.

На основании производственного опыта по выпуску установочной партии вагонных осей была переработана прежняя технологическая инструкция. Уточненные режимы восстановления были опробованы на металлизационном участке Канашского ВРЗ, построенного с учетом требований технического задания ВНИИЖТа на специализированный участок восстановления буксовых шеек вагонных осей. Там была выпущена опытно-промышленная партия вагонных осей типа РУIШ и получен дополнительный производственный опыт в условиях вагоноремонтного завода. Благодаря высококвалифицированной помощи заводских специалистов были устранены некоторые недостатки технологии, принято решение о необходимости аттестационных усталостных испытаний заводской продукции, проверки степени упрочнения проточенной поверхности шейки оси после вторичного накатывания, а также возможности посадки (снятия) внутренних колец подшипников холоднопрессовым способом на восстановленные Канашским ВРЗ буксовые шейки.

Проведенные стендовые усталостные испытания опытно-промышленной партии вагонных осей с напыленными Канашским ВРЗ буксовыми шейками показали, что усталостная прочность шеек после их восстановления не понижается. Для решения второго вопроса на заводе были изготовлены темплеты из металлизированных шеек осей, произведены замеры твердости в заводской лаборатории. Результаты замеров показали, что повторное накатывание восстанавливает твердость металла шейки до исходных значений, создавая при этом сжимающие напряжения необходимой величины. Для решения третьего вопроса контрольные шейки с напыленным и обработанным покрытием и подобранными для них кольцами подшипников были направлены в отделение вагонного хозяйства ВНИИЖТа. При положительных результатах этих испытаний Департамент вагонного хозяйства МПС даст разрешение на изготовление вагонных осей с напыленными шейками для сетевых эксплуатационных испытаний.

Специальные стендовые испытания холоднопрессовыми перепрессовками внутренних колец подшипников на шейки осей с покрытием производства Канашского ВРЗ установили высокую работоспособность покрытия при максимальном натяге колец 0,056...0,062 мм, соответствующем требованиям инструктивных указаний 3-ЦВРК.

Критерием оценки работоспособности покрытия являлось: изменение размеров шеек осей, состояние напыленной поверхности, отсутствие каких-либо дефектов покрытия, соотношение усилий напрессовки-сдвига колец при распрессовке. В результате испытаний установлено, что:

• размеры напыленных шеек осей после семикратной напрессовки-распрессовки колец подшипников практически не изменились. После первых двух циклов в результате сглаживания микронеровностей поверхности покрытия произошло уменьшение диаметра шеек на 0,004...0,008 мм. В дальнейшем изменение диаметра не происходит;
• после семикратной напрессовки-распрессовки повреждений или дефектов покрытия в виде трещин, сколов, задиров, очагов схватывания не имелось (покрытие находится в удовлетворительном состоянии);
• соотношение усилий напрессовки и сдвига колец при распрессовке указывает на достаточную прочность прессового соединения кольцо - шейка. Представляет интерес аналогичное испытание адгезионно-когезионной прочности покрытия, произведенное на Канашском ВРЗ. В этом случае внутренние кольца (горячепрессовая посадка) имели максимально допустимые по инструктивным указаниям 3-ЦВРК натяги: 0,063 мм - одно заднее кольцо на левой шейке и 0,064 мм - два кольца на правой шейке. Съем колец производился на распрессовочном прессе. Размеры шеек после съема колец практически не уменьшились. Однако в результате распрессовки произошло вздутие диаметров концов основного металла шеек, и размеры натягов составили 0,139 и 0,199 мм соответственно для концов левой и правой шеек. По этой причине произошли откол покрытия на левой шейке шириной 25 мм на половине длины окружности и только мелкое выкрашивание покрытия на поверхности торцевой фаски всей длины окружности (<бахрома>) на правой шейке. Казалось бы, получили обратный результат: вздутие диаметра конца правой шейки большее - только <бахрома> на фаске; вздутие торца левой шейки меньшее - откол части покрытия. Но давайте учтем тот факт, что на правой шейке находилось два кольца, которые охватывали почти всю поверхность шейки до самого ее торца, а не левой шейке - только одно заднее кольцо подшипника. Поэтому переднее кольцо на торце правой шейки просто сдавило покрытие на величину 0,135 мм, и покрытие опять увеличилось в своей толщине на эту величину после прохождения над ним заднего кольца, т. е. здесь сыграли свою положительную роль пористость покрытия и его очень высокая адгезионно-когезионная прочность. А на левой шейке заднее кольцо, проходя через вздутие ее торца на 0,076 мм, сжимало покрытие, уменьшая его размер, но все же это увеличение размера было чересчур большим. Поэтому произошел частичный откол покрытия. На всей остальной поверхности обеих шеек покрытие не имело никаких дефектов, размер шеек с покрытием оставался прежним. Несомненно, что при таких же условиях спрессовывания колец шейки без покрытия имели бы большое число задиров.

Описанный результат этих испытаний еще раз говорит о несомненной пользе относительной пористости покрытия, а также о том, что покрытие разрушается только в случае разрушения самой детали: в нашем случае под этим следует понимать пластическую деформацию, которая увеличила диаметры торцов шеек на чрезвычайно большую величину, равную двум-трем величинам максимально допустимого натяга. Аналогичные испытания, проведенные на участках восстановления буксовых шеек в вагонных депо Магнитогорск, Тосно, Шилка, показали, что покрытие на шейках осей выдерживает холоднопрессовые нагрузки без каких-либо повреждений, когда торцы шеек не были деформированы.

Проведенные аттестационные стендовые усталостные испытания опытно-промышленных партий вагонных осей производства целого ряда вагонных депо и Канашского ВРЗ показали, что во всех случаях напряжения изломов в сечениях I-I и II-II всегда выше нормированных величин предела выносливости.

Выполненный комплекс производственно-эксплуатационных работ позволил выпус-тить указание Министерства путей сообщения <О создании на железных дорогах и вагоноре-монтных заводах участков восстановления шеек осей вагонных колесных пар электродуговой металлизацией напылением>. На основании указания после соответствующих аттестационных усталостных (стендовых) испытаний опытно-промышленных партий ремонтные предприятия могут приступать к серийному ремонту изношенных шеек вагонных осей по технологии И32-ВНИИЖТ-0502/8-99 <Восстановление электродуговой металлизацией напылением буксовых шеек осей типов РУI, РУIШ вагонных колесных пар>. Этот способ восстановления шеек осей разрешен для использования Инструкцией по сварке и наплавке при ремонте грузовых вагонов.

Заключение.

На Российских железных дорогах широкое внедрение настоящего процесса сдерживалось до недавнего времени из-за недостатков средств у дорог. Поэтому ВНИИЖТ предложил включить указанную технологию восстановления шеек осей вагонных колесных пар в Программу ресурсосбережения, финансируемую централизованно из инвестиционного фонда МПС. В результате с 1998 г. на сети железных дорог России началась организация специализированных участков восстановления с закупкой и поставкой оборудования и аппаратуры, постройкой и сдачей участков <под ключ>, обучением кадров, их аттестацией. В настоящее время на различных дорогах внедрено 19 таких участков (на станциях Вяземская, Пенза, Шилка, Омск-Сортировочный, Чита, Иланская, Иркутск-Сортировочный, Брянск-Льговский, Сарепта, Лиски, Магнитогорск, Тосно и др.). Более 500 колесных пар с опытными осями проходят сетевую эксплуатационную проверку.

© "Вестник ВНИИЖТ", 2002