Московский Государственный Университет

Путей Сообщения (МИИТ)

Кафедра: «Вагоны и вагонное хозяйство».

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Технология производства и ремонта вагонов».
на тему: «Технология ремонта тележек модели 18-100».

Выполнил: студент гр. ТВГ-413

Дитятьев К.Н.
Проверил: профессор

Мотовилов К.В.

Москва 2005

Содержание
1. Анализ конструкции тележки типа КВЗ-ЦНИИ…………………………3

2. Анализ повреждаемости тележек грузовых вагонов…………7

3. Пути повышения надежности и долговечности……………………18

5. Технологический процесс ремонта грузовой тележки…23

6. Расчет технических норм времени по организации

технологического процесса сварки……………………………………………………28

7. Расчет параметров производственного участка и технико-экономическое обоснование спроектированного технологического процесса…………………………………………………………………………………………37

Список используемой литературы…………………………………………………………46

1. Анализ конструкции тележки типа 18-100 (ЦНИИ-ХЗ)
Тележка модели 18-100 является основным типом тележек грузовых вагонов.

Тележка (рис.1.1) состоит из двух колесных пар 1, двух литых

Рисунок 1.1.

боковых рам 2, четырех клиновых гасителей колебаний 3,четырех буксовых узлов с роликовыми подшипниками 4, шкворня 5, надрессорной балки 6, двух комплектов центрального рессорного подвешивания 7, двух триангелей с системой рычагов тормозной передачи 8 и двух вертикальных скользунов 9.

Боковая рама тележки (рис. 1.2.) выполнена в виде стальной отливки из стали марки 20ГФЛ (низколегированная марганцовисто-ванадиевая сталь), имеющей следующий химический состав: углерода - 0,17-0,25%; марганца - 1,2-1,5%; кремния - 0,2-0,5%, ванадия - 0,06-0,13%; хрома - не более 0,3%, никеля, меди, серы и фосфора - не боле 0,04%.

Боковая рама тележки

Рисунок 1.2

Эта сталь обладает временным сопротивлением 539 Мпа, пределом текучести - 392 Мпа, относительным удлинением не менее 18%, относительным сужением не менее 25% и ударной вязкостью 490 кДж/м2 при температуре +20°С и 245 кДж/м2 при температуре -60°С.

В средней части боковой рамы располагается проем для пружинного комплекта, а по концам - проемы для букс. В верхней части буксовых проемов имеются кольцевые приливы 7, которыми боковые рамы опираются на корпуса букс, а по бокам располагаются буксовые челюсти 8.

Сечения наклонных элементов (поясов) и вертикальных колонок боковой рамы имеют корытообразную форму с некоторым загибом внутрь концов полок.

Горизонтальный участок нижнего пояса имеет замкнутое коробчатое сечение. Балки с таким профилем хорошо сопротивляются изгибу и кручению.

По бокам среднего проема в верхней части боковой рамы расположены направляющие для ограничения поперечного перемещения фрикционных клиньев.

Верхняя поверхность нижнего пояса 1, является опорной поверхностью для установки пружин, положение которых фиксируется специальными центровыми приливами 4.

С внутренней стороны к нижнему поясу примыкает полка, являющаяся опорной для наконечника триангеля в случаи обрыва

подвески, которой триангель подвешен к кронштейну 5 боковой рамы.

В местах расположения клиньев на колонках рамы имеются направляющие 6, ограничивающие поперечное перемещение фрикционных клиньев, между которыми с помощью заклепок 3 крепятся фрикционные иланки2.

Надрессорная балка тележки (рис. 1.3.) отливается также из стали 20 ГФЛ в виде бруса равного сопротивления изгибу. Она имеет замкнутое коробчатое сечение и изготавливается заодно с подпятником 3, опорами для размещения скользунов 4, гнездами с наклонными плоскостями для фрикционных клиньев 1 и полкой 5 для крепления кронштейна мертвой точки рычажной передачи тормоза.

Рессорное подвешивание тележки модели 18-100 состоит их двух комплектов пяти, шести или семи двухрядных пружин, расположенных под каждым концом надрессорной балки.

Надрессорная балка

Рисунок 1.3.

Пять пружин ставят в тележки, подкатываемые под вагон грузоподъемностью до 50 т., шесть - до 60 т. и семь - более 60 т. Крайние боковые пружины комплекта поддерживают клинья гасителей колебаний (см. рис. 1.1). Клинья (рис. 1.4.) отливаются из стали 45. Снизу клинья имеют кольцевые выступы, не допускающие смещение их относительно пружин в горизонтальной плоскости.

Клинья располагаются в гнездах надрессорной балки, упираясь в ее наклонные плоскости и прижимаясь вертикальной стенкой к стальной фрикционной планке.

Фрикционный клин

Рисунок 1.4.

В тележке фрикционные клинья при взаимодействии с фрикционными планками, надрессорной балкой и пружинами за счет работы сил трения осуществляют одну из главных своих функций - гашение колебаний обрессоренных масс вагона. Эту функцию клинья выполняют только в процессе перемещения относительно фрикционных планок. Кроме того, на выполнение этой функции существенную роль играет положение клиньев относительно надрессорной балки.

При постройке новых вагонов положение клиньев контролируется величиной γ (рис.1.5.), равной среднему значению двух размеров γ` и γ``, которые равны расстоянию от опорной поверхности надрессорной балки до опорных поверхностей левого и правого клиньев соответственно, т.е.

γ = (γ` + γ``)/2

Положение клиньев выше уровня надрессорной балки

Рисунок 1.5.

Для новых тележек величина предусматривается в пределах минус 4-8 мм, т.е. опорные поверхности клиньев должны находиться ниже уровня опорной поверхности надрессорной балки на 4 -8 мм.

2. Анализ повреждаемости тележек грузовых вагонов
Анализ данных отцепок вагонов в текущий неплановый ремонт показывает, что около 12 % вагонов поступают с отказами сбороч­ных единиц тележек.

Нагрузки, действующие на тележки, носят случайный характер и зависят от полезной нагрузки, скорости движения, состояния пути и ряда других факторов. Поэтому и отказы также носят случайный характер.

Все дефекты боковых рам тележек можно разбить на две основ­ные группы: дефекты усталостного происхождения и износы тру­щихся поверхностей.

Характерное расположение всех этих дефектов представлено на рис. 2.1.

Продольные трещины 3 в зонах сопряжения надбуксовой полки с вер­тикальной стенкой двутавра образуются в основном из-за наличия скры­тых дефектов литейного происхождения — рыхлот, усадочных раковин.

Трещины 2, 4, 7 носят усталостный характер. Трещины 2 зарож­даются в углах буксового проема. Причем, если на внешний угол приходится 46 % всех усталостных разрушений, то на внутренний угол буксового проема приходится уже 34 % всех трещин по раме. Любой угол является зоной концентрации напряжений, они труд­ны для качественной формовки и заливки при изготовлении боко­вых рам и с учетом того, что зона буксового проема неподрессоренной боковой рамы является наиболее нагруженной зоной рамы, поэтому здесь и возникают наиболее часто усталостные разруше­ния. Кроме того, причиной образования трещин в зоне наружного угла буксового проема могут быть продольные силы, возникающие при торможении вагона горочными замедлителями и при соударе­нии вагонов с повышенными скоростями.

Рис. 2.1. Дефекты боковых рам

В наклонных поясах боковой рамы, которые представляют со­бой незамкнутые оболочки, трещины 7, 4 обычно зарождаются от внутренних буртов сечения.

Трещина 6 в углу рессорного проема начинается от залива окна или от ребра жесткости. Трещины такого типа появляются в ре­зультате действия на нижний пояс боковой рамы усилий от пру­жин, которые приводят к раскрытию угла рессорного проема.

Трещины 2, 4, 7 являются поперечными трещинами, угрожают безопасности движения и поэтому боковые рамы с такими дефек­тами не восстанавливаются, а подлежат выбраковке.

Выявляются трещины в эксплуатации визуально, а при плано­вых ремонтах методами цветной, вихретоковой или феррозондовой дефектоскопии.

Другой большой группой дефектов боковых рам являются изно­сы трущихся поверхностей. Износ поверхностей направляющих букс 1 происходит от взаимодействия с корпусом буксы. Эти износы влия­ют на зазоры между боковой рамой и корпусом буксы.

Отклонения величин зазоров в эксплуатации существенно отра­жаются на изменении геометрии тележек в горизонтальной плоско­сти, что приводит к интенсификации извилистого движения, росту рамных усилий и горизонтальных ускорений кузова, увеличению перекосов и углов набегания колесных пар по кругу катания и греб­ню, а также заклиниванию и разрушениям роликовых подшипников.

Чтобы не допустить этих недостатков при ремонте, производит­ся измерение ширины буксового проема (рис. 2.2), который при выпуске из деповского ремонта должен быть не более 342 мм (при капитальном соответствовать чертежным размерам). Этот размер определяется специальным шаблоном.

До постановки фрикционных планок проверяется расстояние между стенками проема боковины и наружными челюстями буксо­вых проемов (размеры Н1 и Н2) штангенциркулем базового разме­ра. Разница между ними не должна превышать 3 мм при деповском ремонте и 2 мм при капитальном. При большей разнице соответ­ствующие буксовые челюсти подвергают наплавке с последующей механической обработкой.

Износ каждой из направляющих челюстей по ширине допуска­ется не более 4 мм при деповском ремонте. При больших износах производится восстановление наплавкой с последующей механичес­кой обработкой. При капитальном ремонте износы не допускают­ся, и производится восстановление до размеров новой боковой рамы.

Рис. 2.2. Размеры боковых рам тележек модели 18-100 при выпуске из капитального ремонта
Наиболее часто в боковых рамах тележек модели 18-100 возника­ют износы в стенках отверстий кронштейнов (рис. 2.3) для валиков 2 подвесок тормозных башмаков 3. Эти износы в виде овализации от­верстий в вертикальной плоскости приводят к существенному росту динамических нагрузок и, соответственно, интенсифицируют темпы дальнейшего нарастания износов трущихся деталей.

Восстановление разработанных отверстий по диаметру свыше 3 мм производят предварительной расточкой отверстия до диа­метра 45+0.62 мм с последующей постановкой сменной волокнитовой втулки 4 (рис. 2.3). Укрепление втулки в отверстие кронштей­на производится эпоксидным клеем.

Если отверстие в кронштейне разработано до диаметра более 45,62 мм, то его рассверливают до диаметра 50,62 мм для постанов­ки втулки, изготовленной из стали Ст.З с внутренним диаметром 45 мм. Втулка запрессовывается с натягом 0,025...0,075 мм, после чего ее обваривают по периметру.

Боковые рамы тележек модели 18-100 на вертикальной стойке рессорного проема имеют фрикционные планки, которые крепят с помощью заклепок.

Рис. 2.3. Схема восстановления кронштейна:

1 — кронштейн для валика подвески башмака; 2 — валик подвески; 3 — подвеска башмака; 4 — втулка волокнитовая; 5—втулка резиновая

Рис. 2.4. Возможные положения фрикционных клиньев в тележке

При перемещении клина относительно фрикционной планки раз­виваются силы трения, приводящие к износу трущихся поверхнос­тей 8 (см. рис. 2.1). Конструкцией предусмотрено, чтобы при переме­щении клиньев вниз сила трения была меньшей, чем при перемещении вверх. Это условие обеспечивается таким расположением фрикцион­ных планок, чтобы расстояние между ними понизу было на 4... 10 мм больше, чем поверху (см. рис. 2.2).

В результате износа поверхностей фрикционной планки, клина и надрессорной балки изменяется положение фрикционного клина относительно надрессорной балки, т.е. клин перемещается вверх, и опорные плоскости его устанавливаются выше опорных поверхно­стей надрессорной балки. В эксплуатации величина разности уров­ня клиньев и надрессорной балки тележки колеблется в значитель­ных пределах от -10 до +20 мм (рис. 2.4).

Проведенные расчеты показали, что при завышении клина на 12 мм сила трения гасителя колебаний уменьшается на 30...35 % у груженого вагона, а у порожнего происходит полная разгрузка кли­ньев. Это приводит к ухудшению процесса гашения вертикальных колебаний, росту амплитуды колебаний, а следовательно, и напря­жений в элементах кузова.

Это происходит потому, что при завышении клина прогиб подклиновых пружин становится меньше прогиба основных пружин ком­плекта, и нагрузки на подклиновые пружины и клинья уменьшаются, а значит и сила трения между клином и планкой уменьшается.

Завышение клиньев особенно у порожних вагонов опасно из-за возможности выпадения подклиновых пружин и клиньев.

При занижении клина на 12 мм происходит увеличение силы трения гасителя колебаний в 2 раза, что может привести к заклини­ванию клина и выключению из работы рессорного подвешивания.

В этом случае силы трения увеличиваются вследствие того, что подклиновые пружины сжаты больше, чем основные, нагрузка на них больше и соответственно больше сила трения на трущихся по­верхностях планки, клина и надрессорной балки.

Положение клиньев определяется расстоянием А (рис. 2.4) меж­ду поверхностями трения фрикционных планок, а также размерами клиньев «а» и размером «b» надрессорной балки. Тогда положение опорной поверхности клина относительно опорной поверхности надрессорной балки будет определяться выражением

h = 0,5[А - (2а + b)] tga
С целью продления срока службы гасителя для новых тележек или вышедших из ремонта целесообразно подбирать клинья и бал­ку с большей полнотой. Это можно выполнить, подбирая клинья и надрессорные балки так, чтобы соблюдалось неравенство
2а + b > A
или по специальным таблицам Инструкции РД 32 ЦВ052-99.

Исходя из этого, длина основания (полнота) клина должна быть, например, не менее 227 мм при выпуске из деповского ремонта од­ной разновидности клиньев.

Поэтому при сборке тележек модели 18-100 при деповском ре­монте допускается завышение хотя бы одного фрикционного кли­на относительно нижней опорной поверхности надрессорной балки не более 3 мм, а занижение не более 8 мм. При капитальном ремонте фрикционные клинья должны быть занижены до 4... 12 мм.
Повреждаемость фрикционных планок
В эксплуатации в результате перемещения клина происходит износ фрикционной планки и на ее трущейся поверхности образуется углубление (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Износ фрикционной планки
Буртики, образующиеся при из­носе, ограничивают перемещение клина при больших величинах воз­мущающих сил со стороны пути и вызывают жесткие удары фрикци­онного клина в нижнюю кромку углубления. Это часто приводит к ослаблению и обрыву заклепок фрикционной планки. Поэтому до­пускаемая величина износа планок должна быть ограничена.

Износ фрикционных планок при деповском ремонте допускается не более 3 мм, а при капиталь­ном — они заменяются новыми. Планки, имеющие больший износ, заменяются новыми или отремонтированными. Наплавка разреше­на при износе до 8 мм.

Неисправные фрикционные планки могут наплавляться специ­альными электродами марки ЭН-18Г4-35 или ЭН-15ГЗ-25 с после­дующей механической и термической обработкой. Твердость после термообработки должна быть не ниже 286 НВ.

В случае обнаружения ослабших заклепок крепления фрикцион­ной планки к боковой раме эти заклепки необходимо срезать и ста­вить новые. Запрещается выпускать из ремонта боковые рамы, у ко­торых ослабшие заклепки заварены, подтянуты или подчеканены.

Также запрещается выпускать из ремонта боковины с приварен­ными электросваркой фрикционными планками, так как оба эти метода не обеспечивают прочности крепления планок.
Повреждаемость фрикционных клиньев

Фрикционные клинья изнашиваются по вертикальной плоско­сти о фрикционную планку, а наклонные плоскости о надрессорную балку. Обе плоскости изнашиваются неравномерно.

Вертикальная плоскость больше изнашивается по краям и мень­ше в середине. Это происходит в результате взаимного забегания боковых рам тележки при движении вагона. Наклонная плоскость изнашивается менее интенсивно, но также неравномерно. Анализ показывает, что интенсивность износа фрикционных клиньев с те­чением времени увеличивается.

Фрикционные клинья, имеющие износы вертикальной и наклон­ной поверхностей более 3 мм при деповском ремонте, должны ре­монтироваться наплавкой с последующей механической обработ­кой или заменяться новыми. Наплавка разрешена при условии, что толщина оставшейся части стенок не менее 5 мм. При капитальном ремонте необходимо устанавливать новые клинья.

Вертикальные плоскости фрикционных клиньев допускается ре­монтировать приваркой планок с последующей механической об­работкой. Для этого производят обработку вертикальной стенки на фрезерном или строгальном станке до толщины 6 мм. В нижней части вертикальной стенки выполняют фаску под углом 45°.

После подготовительных работ к вертикальной стенке устанавли­вают планку из листовой стали Ст.З или низколегированной стали тол­щиной 10 мм. В планке должны быть просверлены 5 отверстий в шах­матном порядке по всей плоскости. После плотного прижатия планки завариваются электрозаклепками по отверстиям, а затем планка при­варивается к клину по периметру. Приварку проводят электродами Э46 или Э42А диаметром 4...5 мм. Катет швов должен быть 8...10 мм.

Повреждаемость надрессорных балок

В настоящее время эксплуатация вагонного парка происходит в ус­ловиях повышенного использования грузоподъемности вагона и высо­ких скоростей движения. В результате даже при движении по прямолинейным участкам с V=11 м/с сила инерции достигает значений, доста­точных для отрыва пятников от плоской поверхности подпятника.

Рис. 2.6. Износы и повреждения надрессорных балок
В результате возможно краевое опирание пятника и перераспре­деление нагрузок по подпятнику и, как следствие, повышенная по­вреждаемость в зоне подпятников. На рис. 2.6 представлены наи­более характерные усталостные повреждения подпятника.

Трещина 1 опорной колонки является следствием дефектов литейно­го происхождения. Эти трещины в соответствии с инструкцией разре­шается заваривать при условии, что трещина расположена в нижней части колонки (h < 250 мм), доступна для разделки и длина ее составляет не более половины длины периметра сечения колонки в данном месте. Выявляют эти трещины через технологические окна верхнего и нижне­го поясов с подсветкой. Кольцевые трещины 2 являются следствием кра­евого опирания пятника на подпятник особенно при дополнительном воздействии центробежных и ветровых нагрузок на кузов вагона. Как правило, эти трещины зарождаются в зонах подпятников, расположен­ных по поперечной оси вагона. Заваривать кольцевые трещины разре­шается при условии, что длина ее не превышает 250 мм и не переходит через наружный борт на плоскость верхнего пояса.

На образование кольцевой трещины вблизи прилива для шквор­ня влияет также действие крутящего момента, образующегося при продольном смещении пятника по подпятнику, особенно при нали­чии значительных износов борта подпятника и упорных поверхно­стей пятника. В этом случае возможно образование трещин вокруг всего прилива для шкворня с последующим выламыванием этого прилива и падением его внутрь объема надрессорной балки.

Трещины наружного борта 3 образуются чаще в сечениях борта по продольной оси вагона при значительных износах внутренних поверхно­стей от взаимодействия с пятником. При деповском ремонте разрешается эти трещины заваривать при условии, что длина двух трещин не превы­шает 120 мм. При капитальном ремонте заварка трещин не допускается.

При обследованиях надрессорных балок установлено, что глу­бина износов опорных поверхностей подпятников 4, упорных по­верхностей наружных 5 и внутренних 6 буртов резко возросли. Это происходит из-за увеличения интенсивности перемещений пятника по подпятнику.

Перемещение пятника по подпятнику при дополнительном воз­действии кромочного опирания пятника на подпятник и поворот пятника относительно подпятника при прохождении кривых приво­дят к износам опорной поверхности подпятника с максимальной глу­биной износа возле наружного борта по поперечной оси вагона. Ин­тенсивность этого износа составляет примерно 0,3...0,4 мм в год.

Наплавка изношенной опорной поверхности 4 разрешается элек­тродами с повышенной износоустойчивостью металла, при усло­вии, что глубина износа лежит в пределах от 3 до 7 мм.

Так как в последние годы эти износы имеют тенденцию к повыше­нию интенсивности, ВНИИЖТом предлагались методы повышения из­носостойкости и технологичности устранения этих износов с помощью сменных вставок, устанавливаемых в подпятник, или по методу ГПИН.

Износы наружного 5 и внутреннего борта 6 имеют ярко выражен­ную ориентацию по продольной оси вагона и серповидную форму.

Разрешается устранять износы бортов, если оставшаяся толщина стенки наружного борта не менее 11 мм, а внутреннего не менее 7 мм.

Отколы борта также имеют ориентацию по продольной оси ва­гона и образуются под действием продольных сил при условии су­щественного износа борта.

Износы отверстия для шкворня 7 разрешается устранять обыч­ным способом. Если износ отверстия превышает 2 мм на сторону или, если имеется откол внутреннего борта более половины периметра, борт восстанавливается путем вварки точечной втулки.

Продольные трещины 5 верхнего пояса, идущие от технологичес­кого окна, разрешается устранять при суммарной длине их не более 250 мм и не переходящих на наружный борт подпятника.

Надрессорная балка опирается наклонными поверхностями, рас­положенными под углом 45°, на фрикционные клинья. В процессе движения вагона надрессорные балки и клинья взаимно перемеща­ются вдоль и поперек вагона, что приводит к износу их наклонных поверхностей. Поэтому при всех видах ремонта производится из­мерение износов наклонных поверхностей с помощью шаблона.

Наклонные поверхности 9 восстанавливаются при износе более 3 мм на сторону при деповском ремонте и не допускаются при ка­питальном ремонте. Восстановление наклонных поверхностей про­изводится либо наплавкой, либо путем приварки накладок из Ст.45.

Установка стальных накладок допускается после механической обработки наклонной поверхности. Оставшаяся толщина металла на­клонной поверхности перед наплавкой должна быть не менее 7 мм.

После наплавки или установки износостойких накладок должна обеспечиваться симметричность надрессорной балки.

Существенное влияние на динамику вагона и на напряженное состоя­ние деталей имеют зазоры в горизонтальных скользунах. При уменьше­нии суммарных зазоров между скользунами с 20 до 6 мм коэффициент динамики уменьшается примерно в 2...3 раза. Но одновременно увеличи­ваются горизонтальные поперечные силы при движении по кривым уча­сткам, т.е. происходит рост направляющих усилий на 0,5... 1 т, что ухуд­шает вписывание в кривые и может привести к сходу вагонов с рельсов.

В соответствии с действующими инструкциями, зазоры в сколь­зунах при выпуске из деповского ремонта должны быть в пределах 6... 16 мм, а в эксплуатации 2...20 мм.

Увеличение зазора происходит за счет износа плоскости трения съемного колпака скользуна 10 (см. рис.2.6).

Эти износы восстанавливают при величине более 3 мм обычной наплавкой с последующей механической обработкой до чертежных размеров или постановкой накладки с обваркой по всему периметру.

Регулирование зазора между скользунами тележки и рамы про­изводится путем постановки под колпак сменных прокладок 11 раз­личной толщины.

следующая страница>