ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ГЛАВНЫХ РАМ МАНЕВРОВЫХ ТЕПЛОВОЗОВ

АННОТАЦИЯ

В статье расмотрены возникающие  усталостные трещины после длительной эксплуатации в рамах маневровых тепловозов. Также обнаружены места сопряжения рамы и тележки на металлах рамы и в сварных швах в месте автосцепки. В статье изучен процесс ремонта тепловоза главной рамы. Кроме того, выявлены критерии для определения технического состояния остаточного ресурса главной рамы.

ABSTRACT

The article discusses the fatigue cracks that occur after prolonged operation in the framework of shunting locomotives. It was also found at the junction of the frame and the trolley on the frame metals and in the welds at the auto-coupling site. The article examines the repair process of the main frame locomotive. In addition, the criteria for determining the technical condition of the residual life of the main frame are revealed.  

Ключевые слова: эксплуатация, рама, металл, остаточный ресурс, сварные швы.

Keywords: operation, frame, metal, residual life, weld seam.

Введение. Маневровые тепловозов серии ТЭМ1, ТЭМ2 и ТЭМ2А тепловозов локомотивного парка “Узбекистон темир йуллари” АО исчерпан срок службы, в течение двадцати лет новые маневровые локомотивы практически не было куплено со стороны АО “Узбекистон темир йуллари”.

Безопасная эксплуатация маневровых локомотивов включает в себя правовые, методологические и технические аспекты.

Техническое решение проблемы оценки фактического технического состояния и возможности продления назначенного срока службы оборудования и несущих металлоконструкций тягового подвижного состава заключается в обосновании безопасной эксплуатации транспортного средства на вновь назначенный срок его использования. Особую актуальность данное направление приобретает в связи со старением парка локомотивов, его выбытием по причине исчерпания назначенного ресурса и насущной необходимостью в восполнении выбывающего парка. Безопасная эксплуатация маневровых локомотивов будет ограничиваться остаточной прочностью деталей и узлов это решается за счет оперативной диагностики и своевременного ремонта или замены их. Поэтому оборудование и металлоконструкции должны выполнять свои функции в пределах продленного срока службы без существенных повреждений, приводящих к критическим эксплуатационным ситуациям[1].

Металлоконструкции тягового подвижного состава строятся из стандартного проката малоуглеродистых, низколегированных сталей и собираются путем дуговой сварки. В зависимости от функционального назначения они могут иметь форму рам, пластин и оболочек, подкрепленных гофрированными панелями. Поперечные сечения перечисленных металлоконструкций могут быть открытыми и закрытыми, усиленными приварными косынками и кронштейнами.

Под механической прочностью металлических конструкций заданных форм и размеров, изготовленной из определенного материала, понимается все, что связано с обеспечением механической целостности и ее функциональной предназначенности в необходимых временных рамках и эксплуатационных условиях.[2] Несущая способность металлоконструкции ограничивается ее предельным состоянием, после чего эксплуатация становится небезопасной по причине возможного ее хрупкого разрушения от развивающихся трещин в диапазоне воздействия эксплуатационных и климатических факторов.

Эксплуатационный износ тепловозов серии ТЭМ1, ТЭМ2 и ТЭМ2А, с одной стороны и устойчивая тенденция роста объемов перевозок на железнодорожном транспорте Республика Узбекистана (“Узбекистон темир йуллари” АО), с другой стороны, подтолкнуло к поиску радикальных способов увеличения количества тяговых единиц в эксплуатации. В качестве одного из возможных путей решения указанной проблемы было предложено проведение капитального ремонта с продлением срока службы (КРП) маневровых локомотивов после исчерпания назначенного срока службы (более 50 лет).

Цель. Настоящая работа посвящена изучению особенностей при проведении КРП подразумевается осуществление глубокой модернизации конкретного объекта железнодорожного транспорта Узбекистана, направленной на повышение его эксплуатационных свойств и не ухудшающей его основных технических параметров (тяговых и т.п). Такой подход эффективен при условии достаточно быстрой окупаемости модернизированного объекта железнодорожного транспорта, влечет необходимость сохранения его наиболее трудоемких и металлоемких узлов (главная рама, рамы тележек, кузов, кабина и т.п.), определяющих все компоновочные решения и идентификационный номер изделия.[3]

Большинство узлов тепловозов серии ТЭМ2 во время капитального ремонта могут быть отремонтированы и заменены, с помощью этих операций работоспособность узлов частично сохраняется и эффективность тяговых параметров увеличивается. Основной частью показывающий состояние остаточного ресурса тепловозов серии ТЭМ1, ТЭМ2 и ТЭМ2А является главная рама и рама тележки. 

Несущая металло-конструкцию главная рама маневрового локомотива воспринимает на себя и передает вертикальные, тяговые, ударные, тормозные и инерционные силы на основные узлы экипажной части, такие как рамы, тележек (оси) и ударно - тяговые устройства.[4]

Рисунок 1. Ударно-тяговый прибор

Для предотвращения аварийных ситуаций и необратимого разрушение маневровых локомотивов эксплуатируемых на “Ўзбекистон темир йўллари” АО основным приоритетом является продления срока службы и обеспечения безопасности маневровых локомотивов с помощью преждевременного прогнозирования и устранения неисправностей. Остаточный ресурс маневрового локомотива определяется узлом, который имеет наименьший остаточный ресурс, этим узлом подвижной единицы является главная рама [5].

Рассмотрим основные методы для определения остаточного ресурса главной рамы маневрового локомотива. Для выявления остаточного ресурса служить несущая конструкция главной рамы маневрового локомотива. Несущая конструкция главной рамы должна обеспечить во время эксплуатации маневрового локомотива надежность, функциональность и безопасность движения в соответствие с требованиям правила технической эксплуатации на железной дороге.[6] Маневровые локомотивы во время эксплуатации не эксплуатируется на полную мощность, исходя из этого можно предложить, что остаточный ресурс еще не выработан полностью. Международные практики показывают, что, реальный срок эксплуатируемого маневрового локомотива на железной дороге может превышать срок изготовителя[7].

Рассмотрим оценку остаточного ресурса главной рамы на основе маневрового тепловоза ТЭМ2. Маневровая работа является неотъемлемой частью перевозочного процесса. На сегодняшний день основным типом локомотивов, предназначенных для выполнения тяжелой маневровой работы на железных дорогах Узбекистана, являются тепловозы типа ТЭМ2.

В связи с выработкой ресурса (более 50 лет), износом несущих конструкций этих типов тепловозов и появлением дефектов, одной из основных проблем является обеспечение прочности, надёжности и долговечности конструкции главной рамы тепловоза.[8]

Рисунок 2. Вид повреждения концевой части главной рамы тепловоза ее изгибом: а — с локализацией изгиба близ наружных опорно-возвращающих устройств тележки; б — вследствие превышения скорости подхода тепловоза к составу

Для несущих деталей маневровых локомотивов серии ТЭМ2 характерно то, что они испытывают действие статических и динамических нагрузок высокого уровня, обусловленных массой самих конструкций и массой груза, который воздействует на эти конструкции. Одна из доминирующих ролей в безопасности эксплуатации и стоимости маневрового локомотива принадлежит его главной раме. Повреждаемость элементов главной рамы, влияющих на безопасность движения, обусловлена, в основном, усталостными явлениями, которые связаны с изменяющейся во времени нагрузкой, передающейся на детали рамы от ходовых частей. Из-за этого по ниже перечисленным критериям техническая состояния остаточного ресурса маневрового тепловоза.

Критериями для определения технического состояния остаточного ресурса главной рамы включает следующие:

1. Анализ механизмов повреждения и определение критериальных параметров технического состояния.

1.1. Напряженно-деформированные состояние. Предельное состояния и его критерии (Методы: математическое моделирование процессов деформирования и дегродации материалов и конструкций, стендовые и натурное испытания и неразрушающий контроль);

2. Выбор критериев (статическая, прочность, усталость и живучесть);

3. Принятие решения (списания или модернизация);

Eсли модернизация

3.1. Использование с изменением условий эксплуатации

3.2. Дальнейшая эксплуатация на прогнозируемый срок

3.3. Модернизация и ремонт [9].

Вывод: Маневровые локомотивы во время эксплуатации не эксплуатируется на полную мощность, выявлено что остаточный ресурс маневровых локомотивов еще не полностью исчерпан. Процесс эксплуатации показывает что настоящий срок эксплуатируемого маневрового локомотива на железной дороге может превышать срок изготовителя. Кроме того приведены критерии с помощью которых определяется реальный срок остаточного ресурса локомотива.

Список литературы:

1. Волохов Г.М., Тихомиров В.П. Остаточный ресурс несущих конструкций тягового подвижного состава железных дорог: монография. Орел: ОрелГТУ, 2006. — 158 с.
2. Оганьян Э.С. Напряженно-деформированное состояние конструкций экипажной части тепловозов при соударениях и аварийных столкновениях // Тр. ВНИТИ. — Вып. 79. — Коломна, 1999. — С. 76—81.
3. Прочность подвижного состава при соударении // Железные дороги мира. — 2000. — № 4. — С. 32—36.
4. Теория и конструкция локомотивов: учебник для вузов ж.-д. транспорта / Г.С. Михальченко, В.Н. Кашников, В.С. Коссов, В.А. Симонов; под ред. Г.С. Михальченко. — М.: Маршрут, 2006. — 584 с.
5. Инструкция по сварочным и наплавочным работам при ремонте тепловозов,электровозов и дизель-поездов. – М.: МПС России ЦТ-336, 1996. – 86 с.
6. Нормы для расчета прочности несущих элементов, динамических качеств и воздействия на путь экипажной части локомотивов железных дорог колеи 1520 мм. – М.: ВНИИЖТ, 1998. – 145 с.
7. Прочность и безотказность подвижного состава железных дорог / под ред. А. Н. Сокольника. – М.: Машиностроение, 1990. – 288 с.
8. Нормы для расчета и оценка прочности несущих элементов динамических качеств и воздействия на путь экипажной части локомотивов железных дорог МПС РФ колеи 1520 мм. –М.: ВНИИЖТ, 1998. – 145 с.
9. Разработка технологий освидетельствования и восстановления рам тепловоза серии ТЭ10 М для продления срока их службы: отчето НИР / Ташкентский ин-т инж. транспорта. –Ташкент: ТашИИТ, 2007.