УДК 629.463.001.63

Інж. Бурлуцький О.В.

Український державний університет залізничного транспорту

д.т.н. Фомін О.В.

Державний економіко-технологічний університет транспорту

д.т.н. Горбунов М.І.

Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля

к.т.н. Логвіненко О.А.

Український державний університет залізничного транспорту

Допоміжний графік для визначення геометричних параметрів пятна нагріву типу "клин" при термічній правці несучих вагоноконструкцій

Залізничний транспорт України є однією з базових галузей національної економіки. Він займає перше місце за вантажообігом і пасажирообігом серед усіх видів транспорту в країні, а також виконує важливу роль як у внутрідержавному, так і міждержавному сполученні на далекі відстані.

За довжиною мережі та за обсягами вантажних перевезень залізниці України посідають четверте місце на Євразійському континенті, поступаючись лише залізницям Росії, Китаю та Індії. При цьому вантажонапруженість українських залізниць в 3-5 разів перевищує відповідний показник розвинених європейських країн і у подальшому, враховуючи вимоги Європейського Союзу щодо необхідності зменшення шкідливого впливу автомобільного транспорту на навколишнє природне середовище, питома вага залізничних перевезень збільшуватиметься.

Основна частка усіх перевезень, які здійснюються залізницями України, належить вантажним перевезенням. Тому перед залізничним транспортом гостро постають питання стосовно розробки нових конкурентоспроможних моделей вантажних вагонів, а також підтримки існуючого вагонного парку в належному стані, що можна досягти за рахунок подальшого підвищення надійності та довговічності одиниць, що його складають [1, 2, 3].

Виходячи з аналізу останніх досліджень і публікацій можна відмітити, що одним з провідних технологічних процесів, який має велике значення в розвитку вагонобудування і визначає його технічний рівень, а також забезпечує значну економію матеріалів і трудових ресурсів при створенні несучих вагоноконструкцій, є зварювання [4, 5]. Він є основою для виготовлення металоконструкцій вантажних вагонів і значною мірою визначає їх надійність та довговічність. У порівнянні з іншими типами нероз’ємних з’єднань переваги зварювання очевидні, але нерівномірний високотемпературний нагрів при цьому технологічному процесі викликає зміну як фізичних так і механічних характеристик матеріалу зварювальних металоконструкцій та призводить до появи післязварювальних залишкових напружень та деформацій, які суттєво знижують якість зварювальних елементів. Причинами їх виникнення є нерівномірне нагрівання елементів, які підлягають зварюванню, усадка розплавленого металу шва та структурні перетворення, які навколо нього відбуваються. У зв’язку з цим виникає потреба в проведенні відповідних заходів щодо усунення наслідків появи залишкових напружень та деформацій і здійсненні технологічного контролю при виготовленні основних елементів конструкцій вантажних вагонів.

Як відомо післязварювальні залишкові деформації, які мають місце в зварному вузлі і до появи яких призводять внутрішні залишкові напруження, можливо усунути за допомогою методів правки, серед яких виділяють методи деформування зовнішніми силами або температурою. Традиційним способом стабілізації форми деталей після зварювання є механічна правка але, як показав аналіз наукової літератури [6, 7], найбільшого розповсюдження у виготовленні зварювальних несучих вагоноконструкцій отримав метод термічної правки з місцевим нагріванням, як більш економічно доцільний. Основною перевагою цього методу є його універсальність, а саме з його допомогою можливо виправити будь-яку зварювальну конструкцію, яка має складну конфігурацію та габарити. Також при термічній правці використовується зварювальне полум'я, тому вона не потребує ніякого спеціального обладнання, крім звичайного газового зварювального апарату.

Встановлено, що у випадку виконання процедури правки технологічно-деформованих вагонних металоконструкцій шляхом створення внутрішнього напруженого стану термічним впливом доцільно використовувати поперечне скорочення металу та форму нагрівання у вигляді трикутника («клина»). Основна складність зазначеної термічної правки полягає в обґрунтованому виборі розмірів «клина» та режимів нагрівання. Для їх встановлення авторами було проведено математичне моделювання процесу термічної правки несучих вагоноконструкцій та розроблена наведена нижче трифакторна узагальнена математична модель, яка описує зміну основного показника (прогину балки ) в залежності від варіювання керованих змінних (геометричних параметрів «клина» – ширини та висоти , а також температури нагрівання ).

.

Перевірка адекватності, наведеної вище математичної моделі, засвідчила її працездатність та можливість для подальшого використання.

Розроблений авторами відповідний математичний апарат дозволив провести необхідні розрахунки та отримати відповідні допоміжні графіки. Нижче на рисунку в якості прикладу подано допоміжні графіки до визначення геометричних параметрів «клина» (при температурах нагрівання та ) на яких показані ізолінії (лінії рівних значень) прогину балки хребтової напіввагону.

Отже використання математичних моделей та подальший аналіз отриманих допоміжних графіків дозволяє обґрунтовано підходити до вибору геометричних параметрів п’ятен та температури нагрівання при проведенні термічної правки несучих вагоноконструкцій.

Рис. Допоміжні графіки до вибору розмірів «клина»

а) t = 500°С; б) t = 600°С

Література (References):

1 Fomin O.V. Koncepcіja іdeal'nih kuzovіv napіvvagonіv [The concept of ideal bodies gondola] [Text] / O.V. Fomin // Journal of East Ukrainian National University named after Vladimir Dal, a scientific journal. - Lugansk: EUNU. Dal, 2013. - № 4 (193). - S. 267-271.

2 Fomin O. V. Analiz dotsilnosti zastosuvannia shestyhrannykh porozhnystykh profiliv v yakosti skladovykh elementiv nesuchykh system napivvahoniv // Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu im. akademika V. Lazariana, Nauka ta prohres transportu, 6 (54). – 2014. – С. 146-153.

3 Фомін О.В., Логвіненко О.А., Бурлуцький О.В., Фоміна А.М. Аналіз існуючих та перспективних профілів складових елементів несучих систем одиниць рухомого складу залізниць // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Динамiка та мiцнiсть машин. – Харків: НТУ(ХПІ), 2016. – T. 1, N 46. - С. 66-72.

4 Бурлуцький О. В. Визначення зварювальних деформацій які виникають під час життєвого циклу напіввагона / О.В. Бурлуцький, Н.С. Кочешкова // Збірник наукових праць ДЕТУТ. Серія «Транспортні системи і технології». – Київ: ДЕТУТ, 2015. – Вип. № 26-27. – с. 92-101.

5 Шляпин В.Б. Ремонт вагонов сваркой / В.Б. Шляпин, А.Ф. Павленко, В.Ю. Емельянов // Справочник. – М.: Транспорт, 1983. – 246 с.

6 Бурлуцький О. В. Застосування математичного моделювання процесів правки при виготовленні елементів напіввагонів / О.В. Бурлуцький, О.А. Логвіненко // Збірник наукових праць ДЕТУТ. Серія «Транспортні системи і технології». – Київ: ДЕТУТ, 2016. – Вип. 28. – С. 110-123.

7 Фомін О.В. Наукове обґрунтування вибору геометричних параметрів зон нагріву при термічній правці елементів несучих систем вантажних вагонів  / О.В. Фомін, О.А. Логвіненко, О.В. Бурлуцький // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Науковий журнал. – Сєвєродонецьк: СНУ ім. В.Даля, 2017. – N 4(234). - С. 227-232.