Технические науки. Транспорт

К.т.н. Заставный Е. А., Брылёв А. В.

Московский государственный технический университет

им. Н. Э. Баумана

Альтернативный способ обработки железнодорожных колёсных пар.

При изготовлении и плановом ремонте колесных пар ведущие мировые фирмы-монополисты (например, «Рафамет» Польша), применяя колесотокарные и колесофрезерные станки, теряют на металлоемкости оборудования, износе инструмента и невозможности впрямую обработать закаленные или наплавленные участки бандажа. Внедрение скоростных поездов на железных дорогах РФ безусловно обостряет вопрос об обновлении ремонтной базы железнодорожных депо, поскольку лезвийная обработка бандажа резцом или фрезой не обеспечивает достаточной «круглости» поверхности качения и биение колеса при эксплуатации неизбежно.

Электрохимическая обработка (ЭХО) колёсной пары позволяет в значительной степени снизить затраты на изготовление и плановую реновацию поверхности катания колёсной пары при проведении технических ремонтов. ЭХО позволяет создать экологически чистую технологию реновации колесных пар, снизив при этом металлоемкость оборудования и практически сняв проблему дорогостоящего режущего инструмента, обрабатывая колеса с любой структурой материала без силового контакта между инструментом и деталью.

Сущность способа

Электрохимическая обработка основана на воздействии на деталь постоянным или импульсным электрическим током с плотностью » 10 – 40А/см² и частотой 150 Гц. в водном растворе нейтральных солей (поваренная соль (Nacl) или селитра (NaNO₃), подаваемого в зону обработки центробежными насосами под давлением 3 – 5 атм. В зону обработки электролит подается через сетчатые фильтры. После прохождения через рабочую зону, электролит возвращается самотёком в бак, ёмкостью 2000 – 3000 л. Очистка электролита обычно осуществляется отстоем его в баке. Возможно применение стандартных центрифуг, используемых в гальванопроизводстве или фильтпресса.

В качестве источника технологического тока обычно используется источники тока для гальванопокрытий (например, типа ВАК или ВАКГ), обеспечивающие защиту от короткого замыкания автоматически.

По сравнению с традиционным резанием в процессе формообразования исключен механический контакт инструмента и колесной пары, что уменьшает статические и динамические смещения детали и инструмента, позволяя повысить точность обработки, снизить габариты и металлоемкость оборудования в 2 – 6 раз и его стоимость в 1,5 – 2,0 раза по сравнению с традиционно используемыми колесотокарными станками. Кроме того, до 90% снижаются расходы по инструменту, за счет исключения дорогостоящего твердосплавного инструмента и практической безызноности инструмента для ЭХО, а также снизить затраты по капиталовложениям за счет 1,5-2 кратного уменьшения объёма работ по монтажу, ремонту и обслуживанию станка. Проведенные ходовые испытания показали большую долговечность колесной пары, обработанной нетрадиционным способом.

Алгоритм работы станка

На сварной станине монтируются стойки, в которых установлены направляющие центра. Колесная пара, направляемая центрами, устанавливается в ванну на силовые ролики – токоподводы. После закрывания камеры инструментальная каретка по программе перемещает электрод-инструмент приводом по траектории обработки поверхности катания колеса. Подъем ванны осуществляется отдельным силовым приводом.

Поскольку при ЭХО нет непосредственного контакта между электродом-инструментом и обрабатываемым изделием, силы резания значительно снижаются, и отпадает необходимость в мощных металлоемких станинах и приводах большой мощности сравнительно с колесотокарным станком аналогичного назначения. Так разработанный станок для ЭХО имеет общий вес 7 - 8 т., тогда как аналогичные колесотокарные станки серии КЖ весят 12 – 15 т., станки фирмы «Рафамет» (Польша) весят 25 – 50 т.

Станки для ЭХО не требуют монтажа фундамента и устанавливаются на серийно выпускаемых виброопорах, применяемых для монтажа среднеразмерных станков токарной, фрезерных групп при традиционных схемах металлообработки.

Экономическая эффективность работы станка

для электрохимической обработки колес подвижного железнодорожного состава

Специфика электрохимической обработки (ЭХО) в значительной степени зависит от конструкции станка и допустимых энергозатрат на технологический процесс. Исходные данные при этом следующие:

- скорость растворения металла колеса 1 - 3 мм/мин, независимо от площади обработки;

- желательная плотность тока 10 – 20 А/см²;

Таким образом, время обработки может в принципе быть (при регламентируемом износе колеса в 2 мм) всего две минуты. Однако, при этом, разовая токовая нагрузка станка должна составлять ~ 90 кА (табл.1)

Табл.1

Диаметр колеса по кругу катания, см.	Ширина обода, см	Площадь обработки, см^2	Требующийся источник тока, кА	Время обработки, мин
85-106	13	3470 – 4327	35 – 86,5	1,5 -2,0
		200*3=600	6,3	~ (23,1-28,85)

При трех параллельно работающих электродах с вращением колеса, на каждое колесо достаточно подать по 2 кА; скорость обработки при этих режимах может составить ~ 25 – 30 мин.

Таким образом, в любом варианте мощность электрическая одинакова:

- в первом случае 36кВчас (90кА*12В*2мин(1/30часа) = 36кВчас);

- во втором случае [(2кА*3)*12В*0,5час] = 36кВчас.

При современных тарифах на электроэнергию (2,0 – 3,5)рублей за 1кВчас обработка одного колеса обойдется в 100 -120 рублей.

Сравнительная таблица суммарных ориентировочных затрат на альтернативную обработку колёс приведена в табл. 2

Табл.2

Статьи калькуляции	ЭХО	Токарная
Количество деталей за смену, шт.	12	14
Штучное время обработки, мин	40,00	33,47
Заработная плата рабочего, руб.	32,67	32,67
Амортизация станка, руб.	65,68	84,45
Затраты на электроэнергию, руб.	120	13,42
Амортизация инструмента, руб.	15,00	162,45
Технологическая себестоимость, руб.	273,35	362,65