Том 25 № 3 2023 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing) на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 3 2023 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Салихянов Д.Р., Мичуров Н.С. Моделирование процесса прокатки слоистого композита АМг3/ Д16/АМг3............................................................................................................................................................ 6 Ильиных А.С., Пикалов А.С., Милорадович В.К., Галай М.С. Экспериментальные исследования режимов скоростного шлифования рельсов.................................................................................................... 19 Салихянов Д.Р., Мичуров Н.С. Концепция микромоделирования процесса соединения разнородных материалов пластической деформацией.......................................................................................................... 36 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Тратия Д.K., Шеладия М.В., Ачарья Г.Д., Ачарья Ш.Г. Разработка экономичной конструкции коленчатого вала механического пресса с С-образной станиной на основании результатов анализа топологии............................................................................................................................................................ 50 Скиба В.Ю., Вахрушев Н.В., Титова К.А., Черников А.Д. Рационализация режимов поверхностной закалки ВЭН ТВЧ рабочих поверхностей пуансона в условиях гибридной обработки............................. 63 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Руктуев А.А., Юргин А.Б., Шикалов В.С., Ухина А.В., Чакин И.К., Домаров Е.В., Довженко Г.Д. Структура и свойства композиционного покрытия на основе высокоэнтропийного сплава, упрочненного частицами CrB.................................................................................................................................... 87 Майтаков А.Л., Грачев А.В., Попов А.М., Ли С.Р., Ветрова Н.Т., Плотников К.Б. Исследование рассеяния энергии и жесткости сварных соединений стыковой сварки давлением................................... 104 Сингх С.П., Хирвани Ч.К. Анализ механических свойств и характеристик свободных колебаний волокнистого полимерного композита на основе обработанных волокон муньи........................................ 117 Прибытков Г.А., Барановский А.В., Коржова В.В., Фирсина И.А., Кривопалов В.П. Синтез интерметаллидов системы Ti–Fe из смесей элементарных порошков......................................................... 126 Сингх С.П., Хирвани Ч.К. Анализ механических свойств и характеристик свободных колебаний полимерного композита на основе переплетенных обработанных волокон джута..................................... 137 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 152 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 163 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 06.09.2023. Выход в свет 15.09.2023. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 20,5. Уч.-изд. л. 38,13. Изд. № 167. Заказ 245. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 25 No. 3 2023 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 3 2023 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Aff airs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 25 No. 3 2023 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Salikhyanov D.R., Michurov N.S. Simulation of the rolling process of a laminated composite AMg3/ D16/AMg3.......................................................................................................................................................... 6 Ilinykh A.S., Pikalov A.S., Miloradovich V.K., Galay M.S. Experimental studies of high-speed grinding rails modes.......................................................................................................................................................... 19 Salikhyanov D.R., Michurov N.S. The concept of microsimulation of processes of joining dissimilar materials by plastic deformation......................................................................................................................... 36 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Tratiya D.K., Sheladiya M.V., Acharya G.D., Acharya S.G. Economical crankshaft design through topology analysis for C type gap frame power press SNX-320.......................................................................... 50 Skeeba V.Yu., Vakhrushev N.V., Titova K.A., Chernikov A.D. Rationalization of modes of HFC hardening of working surfaces of a plug in the conditions of hybrid processing................................................................ 63 MATERIAL SCIENCE Ruktuev A.A., Yurgin A.B., Shikalov V.S., Ukhina A.V., Chakin I.K., Domarov E.V., Dovzhenko G.D. Structure and properties of HEA-based coating reinforced with CrB particles.................................................. 87 Maytakov A.L., Grachev A.V., Popov A.M., Li S.R., Vetrova N.T., Plotnikov K.B. Study of energy dissipation and rigidity of welded joints obtained by pressure butt welding................................................... 104 Singh S.P., Hirwani C.K. Analysis of mechanical behavior and free vibration characteristics of treated Saccharum munja fi ber polymer composite...................................................................................................... 117 Pribytkov G.A., Baranovskiy A.V., Korzhova V.V., Firsina I.A., Krivopalov V.P. Synthesis of Ti–Fe intermetallic compounds from elemental powders mixtures.............................................................................. 126 Singh S.P., Hirwani C.K. Free vibration and mechanical behavior of treated woven jute polymer composite............................................................................................................................................................ 137 EDITORIALMATERIALS 152 FOUNDERS MATERIALS 163 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 3 2023 19 ТЕХНОЛОГИЯ Экспериментальные исследования режимов скоростного шлифования рельсов Андрей Ильиных 1, a, *, Александр Пикалов 2, b, Владимир Милорадович 2, с, Марина Галай 1, d 1 Сибирский государственный университет путей сообщения, ул. Дуси Ковальчук, 191, 630049, Россия 2 Центр инфраструктурных технологий АО «СТМ», Москва, Подкопаевский переулок, д. 4Б, 109028, Россия a https://orcid.org/0000-0002-4234-6216, asi@stu.ru, b https://orcid.org/0000-0002-9584-9896, pikalov.2023@internet.ru, c https://orcid.org/0000-0002-8258-5801 , vmiloradovich@internet.ru, https://orcid.org/0000-0002-7897-1750, galayms@mail.ru. Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2023 Том 25 № 3 с. 19–35 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.3-19-35 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.923 История статьи: Поступила: 17 мая 2023 Рецензирование: 29 мая 2023 Принята к печати: 16 июня 2023 Доступно онлайн: 15 сентября 2023 Ключевые слова: Шлифование рельсов Абразивная обработка Режимы шлифования Железнодорожный путь Финансирование Результаты исследований, представленных в статье, получены с использованием мер государственной поддержки на развитие кооперации российских образовательных организаций высшего образования, государственных научных учреждений и организаций реального сектора экономики, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства, предусмотренных постановлением Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218 по теме «Высокопроизводительная технология скоростного шлифования рельсов и оборудование для ее реализации на основе интеллектуальных цифровых модулей», соглашение № 075-11-2022-014 от 08 апреля 2022 г. Благодарности Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнауки № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. Шлифование рельсов в условиях железнодорожного пути является приоритетным направлением по продлению его жизненного цикла за счет своевременного удаления дефектов на поверхности катания и формирования требуемого поперечного профиля. На сегодняшний день в России используется 14 рельсошлифовальных поездов марки РШП-48. При этом у большинства рельсошлифовальных поездов заканчивается срок эксплуатации. Поэтому разработка принципиально нового рельсошлифовального поезда с повышенной производительностью является актуальной задачей. В СГУПС ведутся работы совместно с Калужским заводом «Ремпутьмаш» по созданию нового рельсошлифовального поезда РШП 2.0. В основу рельсошлифовального поезда РШП 2.0 положена технология скоростного шлифования рельсов, которая основана на повышении рабочей скорости рельсошлифовального поезда за счет увеличения частоты вращения шлифовальных кругов и задания им угла атаки. Цель работы: исследование режимов шлифования рельсов на специально разработанной установке УРШ, реализующей технологию скоростного шлифования рельсов за счет увеличения частоты вращения шлифовальных кругов до 5000 об/мин. Методы исследования. Контроль частоты вращения шлифовальных кругов производился электронным тахометром ИТ-5-ЧМ «Термит» и лазерным тахометром «Мегеон 18005». Измерение угла атаки шлифовального круга осуществлялось цифровым трехосевым акселерометром-инклинометром АЦт 90. Оценка усилия прижатия шлифовального круга к рельсу проводилась тензорезисторными датчиками М50-0,5-С3. Измерение поперечного профиля головки рельса до и после шлифования и оценку съема металла осуществляли рельсовым профилографом ПР03. Контроль ширины дорожки шлифования производился штангенциркулем ШЦЦ-I-300-0,01. Шероховатость поверхности образца рельса после механической обработки измерялась портативным прибором TR200. Результаты и обсуждение. По результатам исследований на УРШ установлены параметры рабочего оборудования проектируемого рельсошлифовального поезда, реализующего технологию скоростного шлифования рельсов, а также установлено влияние режимов шлифования на формирование параметров качества обработанной поверхности рельса и определены оптимальные значения усилий прижатия шлифовального круга к рельсу. Для цитирования: Экспериментальные исследования режимов скоростного шлифования рельсов / А.С. Ильиных, А.С. Пикалов, В.К. Милорадович, М.С. Галай // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 3. – С. 19–35. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.3-19-35. ______ *Адрес для переписки Ильиных Андрей Степанович, д.т.н., доцент Сибирский государственный университет путей сообщения, ул. Дуси Ковальчук, 191, 630049, г. Новосибирск, Россия Тел.: +7 (383) 328-04-13, e-mail: asi@stu.ru
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 3 2023 20 ТЕХНОЛОГИЯ Введение Процесс шлифования рельсов активно применяется на сети российских железных дорог с начала 2000-х годов. Технология зарекомендовала себя как единственная позволяющая продлить жизненный цикл рельса [1, 2]. Реализуется эта технология с применением рельсошлифовальных поездов типа РШП-48, являющихся полной копией швейцарских поездов фирмы Speno (модификации RR) разработки 80-х годов XX века [3]. Основными задачами шлифования рельсов (рис. 1, а) являются создание необходимого профиля рельса для обеспечения наилучшего взаимодействия колеса с рельсом, а также удаление дефектов, которые образуются на поверхности катания рельсов [4–6]. Для обработки сложного профиля рельсов шлифование производится путем наклона шлифовальных кругов под разными углами (рис. 1, б). Следует отметить, что рельсошлифовальные поезда, которые эксплуатируются на сети железных дорог, имеют ограничения по скорости до 8 км/ч и по частоте вращения шлифовальных кругов – до 3600 об/мин [3]. При таких параметрах у рельсошлифовальных поездов отмечается низкая производительность, которая обусловливает необходимость закрытия для движения перегонов на время производства работ по шлифованию рельсов, что приводит к значительным финансовым потерям [7]. Таким образом, вопрос повышения производительности рельсошлифовальных поездов является крайне актуальным для развития железнодорожной отрасли. Всего за все время в России был изготовлен 21 рельсошлифовальный поезд. Начиная с 2021 года в связи с техническим состоянием машин и окончанием срока их эксплуатации началось выбытие рельсошлифовальных поездов из эксплуатации. По состоянию на конец 2022 года на сети железных дорог России работает 14 поездов РШП-48, которые, учитывая их низкую производительность, не обеспечивают потребности железных дорог в шлифовании рельсов. На основании вышеизложенного холдингом «Синара – Транспортные машины», являющимся единственным поставщиком услуги по шлифованию рельсов для компании ОАО «РЖД», в 2021 году было принято решение о создании принципиально новой машины – рельсошлифовального поезда РШП 2.0 (рис. 2). В основу работы нового поезда положена технология скоростного шлифования рельсов, которая была разработана в СГУПС в конце 2000-х годов [8] и прошла предварительную промышленную апробацию [9]. Новая технология была предложена исходя из теории резания при абразивной обработке [10–12], в соответствии с которой увеличение рабочей скорости рельсошлифовального поезда невозможно без пропорционального увеличения частоты враще- а б Рис. 1. Схема шлифования рельсов рельсошлифовальным поездом: а – схема плоского шлифования рельсов торцом круга; б – наклон шлифовальных головок при обработке профиля рельсов Fig. 1. Schematic representation of rail grinding by a rail grinding train: а – a schematic representation of fl at grinding of rails with the end of the wheel; б – the inclination of the grinding heads when processing the rails’ profi le
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 3 2023 21 TECHNOLOGY Рис. 2. Рельсошлифовальный поезд РШП 2.0 Fig. 2. Rail grinding train RSHP 2.0 ния шлифовального круга. В противном случае повышение подачи может привести к значительному ухудшению параметров качества обработанной поверхности и уменьшению съема металла, а также возможен повышенный износ абразивного инструмента из-за нарушения оптимальных режимов его работы [13]. Таким образом, в технологии скоростного шлифования были реализованы следующие условия. Первое условие заключается в том, что абразивный круг располагается под углом α к поверхности обрабатываемого рельса (рис. 3) с раскрытием навстречу направлению движения рельсошлифовального поезда (угол атаки). Благодаря такому расположению шлифовального круга достигается равномерный припуск между абразивными зернами, при этом уменьшается износ абразивного инструмента. Наибольшая эффективность при обработке шлифованием рельсов достигается при правильном выборе угла α, поскольку его величина зависит от съема металла. Угол α принят с учетом размеров шлифовального круга и среднего значения предполагаемого съема металла, он составляет 0,35 градуса в соответствии с формулой sin ( ) / 2 t D d α = = − 0,3 0, 006, (250 150) / 2 = = − где t – предполагаемый съем металла, мм (t = 0,3 мм); D – наружный диаметр шлифовального круга, мм (D = 250 мм); d – внутренний диаметр шлифовального круга, мм (d = 150 мм). Второе условие заключается в увеличении скорости вращения шлифовального круга. Увеличение скорости вращения приводит к повышению скорости съема металла, а также уменьшается сила резания при той же глубине резания. Предварительно установлено, что повышение частоты вращения шлифовального круга до 5000 об/мин позволит увеличить рабочую скорость рельсошлифовального поезда до 15 км/ч без уменьшения съема металла [9]. Практическое применение принятых технологических решений требует отработки режимов шлифования, которые должны лечь в основу проектирования нового рабочего оборудования рельсошлифовального поезда. Постановка задач исследований В настоящее время Калужским заводом «Ремпутьмаш» совместно с Сибирским государственным университетом путей сообщения ведется конструкторская проработка нового рельсошлифовального поезда. В рамках технического проекта закладываются соответствующие характеристики всех систем управления процессом шлифования рельсов, которые зависят от реализуемых режимов работы рельсошлифовального поезда. Работа рельсошлифовальных поездов характеризуется принципиальными отличиями от шлифования на станках в стационарных условиях [14]. Шлифование рельсов проводится за счет силового замыкания кинематической пары «абразивный круг – обрабатываемая поверхность» (рис. 4). Каждый отдельный шлифовальный круг прижимается к головке рельса Рис. 3. Схема взаимодействия абразивного инструмента с рельсом при скоростном шлифовании Fig. 3. Schematic representation of interaction of an abrasive tool with a rail during high-speed grinding
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 3 2023 22 ТЕХНОЛОГИЯ пневмоцилиндром через приводной электродвигатель, закрепленный на подмоторной плите. Оси вращения параллелограммной подвески закреплены на торцевой плите блока шлифовальной тележки. Такая конструкция обеспечивает постоянную перпендикулярность оси вращения круга относительно продольной оси рельса. При этом усилие прижатия шлифовального круга к рельсу определяется давлением в пневмоцилиндре, которое автоматически регулируется в зависимости от токовой нагрузки на обмотках электродвигателя в соответствии с принципиальной схемой, представленной на рис. 5. Указанная особенность процесса шлифования рельсов не позволяет точно реализовывать глубину резания, поскольку съем металла будет формироваться самопроизвольно в зависимости от ряда факторов и с большой долей вероятности будет отличаться от заданного значения. Соответственно нарушится точность формирования профиля рельса [15, 16], а также изменятся условия работы абразивного инструмента [17, 18] и обеспечения качества обработанной поверхности. С целью минимизации отклонений фактического съема металла от заданного (предРис. 4. Схема крепления шлифовальной головки: 1 – абразивный круг; 2 – электродвигатель; 3 – подмоторная плита; 4 – параллелограммная подвеска; 5 – пневмоцилиндр; 6 – плита блока; 7 – ось Fig. 4. Grinding head attachment pattern: 1 – abrasive wheel; 2 – electric motor; 3 – under-engine plate; 4 – parallelogram suspension; 5 – pneumatic cylinder; 6 – block plate; 7 – axis Рис. 5. Общая схема управления усилием прижатия шлифовального круга: 1 – блок управления режимами шлифования; 2 – пропорциональный клапан; 3 – преобразователь регулировочного блока; 4 – шлифовальный блок; 5 – пневмоцилиндр; 6 – электродвигатель привода шлифовального круга Fig. 5. The pressing force of grinding wheel common control circuit: 1 – grinding modes control unit; 2 – proportional valve; 3 – converter of the adjusting block; 4 – grinding block; 5 – pneumatic cylinder; 6 – grinding wheel drive motor полагаемого), для которого устанавливаются соответствующие скорость резания и подача, требуется получение эмпирических зависимостей работы всей технологической системы, позволяющих производить дальнейшее проектирование технологических процессов шлифования рельсов для различных условий. На основании вышеизложенного основной целью проведенных исследований являлось определение оптимальных режимов шлифования рельсов при реализации технологии скоростного шлифования, обеспечивающих максимальную производительность механической обработки с формированием заданных параметров качества обработанной поверхности головки рельса, а также определение основных параметров работы технологического оборудования РШП 2.0, характерных для этих режимов, таких как давление в пневмосистеме прижатия шлифовального круга и токовая нагрузка шлифовальных электродвигателей. Для реализации поставленной цели решались следующие задачи: – определение параметров работы пневмосистемы, обеспечивающих требуемые усилия прижатия шлифовального круга к рельсу;
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 3 2023 23 TECHNOLOGY – установление зависимости токовой нагрузки в обмотках электродвигателя от усилия прижатия шлифовального круга к рельсу; – определение номинальной токовой нагрузки электродвигателя заданным средним значениям усилия прижатия шлифовального круга к рельсу; – оценка съема металла и шероховатости обработанной поверхности при различных режимах шлифования. Методика исследований В настоящее время существует ряд испытательных стендов [19, 20], на которых можно реализовать программу исследовательских испытаний технологии шлифования рельсов. При этом следует отметить, что все имеющиеся на сегодняшний день установки ограничены штатными режимами работы существующих рельсошлифовальных поездов и не позволяют их изменять в достаточно широком диапазоне. Для выполнения поставленных задач исследования технологии скоростного шлифования рельсов была разработана и изготовлена специальная рельсошлифовальная установка – УРШ. УРШ состоит из отдельного участка пути длиной 100 м со стандартной колеей 1520 мм (рис. 6, а), по которому перемещается рельсошлифовальная тележка (рис. 6, б). Тележка приводится в движение при помощи привода лебедочного типа, содержащего двигатель, передачу (муфта, тормоз, редуктор одноступенчатый) и барабан с однослойной навивкой (рис. 6, в). В качестве источника энергии используется дизель-генераторная установка (ДГУ) мощностью 200 кВт (рис. 6, г). Работа УРШ в режиме испытаний автоматическая, контролируется системой управления и управляется с персонального компьютера. Для шлифования используются стандартные рельсы Р50, Р65, Р75, которые устанавливаются по оси пути. При этом уровень головки рабоче- а б в г Рис. 6. Общий вид УРШ: а – участок пути; б – рельсошлифовальная тележка; в – привод; г – ДГУ Fig. 6. General view of the URSH: a – section of the railway track; б – rail grinding trolley; в – drive; г – DGS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 3 2023 24 ТЕХНОЛОГИЯ Рис. 7. Узел крепления рабочего рельса: 1 – рельс для перемещения шлифовальной тележки; 2 – шпала; 3 – испытательный образец (рабочий рельс); 4 – проставка; 5 – подкладка; 6 – крепежные шпильки; 7 – гайка Fig. 7. Mounting unit of the working rail: 1 – rail for moving the sanding trolley; 2 – sleeper; 3 – test sample (working rail); 4 – spacer; 5 – lining; 6 – mounting studs; 7 – nut го рельса (испытательного образца) совпадает с уровнем головки рельса стандартного пути. Закрепление рельса происходит на специальных кронштейнах с возможностью его быстрой смены и возможностью устанавливать рабочий рельс с имитацией различных дефектов реального пути. На рис. 7 представлена схема узла крепления рабочего рельса к стандартному пути. Рельсошлифовальная тележка представляет собой несамоходную конструкцию на колесах (рис. 8, а) для перемещения по рельсовому пути стандартной колеи. Тележка состоит из основной рамы, рамы поперечного смещения и рамы поперечного наклона. На основной раме расположена мобильная компрессорная станция для питания пневмоцилиндра прижатия шлифовального круга к рабочему рельсу. На шлифовальной тележке реализована система управления шлифовальной головкой, как на рельсошлифовальном поезде, в соответствии со схемами на рис. 4 и 5 (рис. 8, б). Рама поперечного наклона с установленным на ней механизмом позволяет обеспечить возможность наклона рамы шлифовального узла а б Рис. 8. Устройство шлифовальной тележки: а – шлифовальная тележка с рамой поперечного смещения; б – шлифовальная люлька с установленной шлифовальной головкой и возможностью поперечного наклона Fig. 8. Sanding trolley device: a – grinding trolley with transverse displacement frame; б – a grinding cradle with an installed grinding head and the possibility of transverse inclination
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 3 2023 25 TECHNOLOGY (электродвигателя с кругом) в диапазоне –20… +70° в соответствии со схемой (см. рис. 1, б). Наклон осуществляется при помощи шагового двигателя и передачи «винт – гайка», точность установки требуемого угла составляет ±0,5°, она обеспечивается кинематикой самой передачи. В качестве привода шлифовального круга используется штатный электродвигатель РШП, модернизированный для возможности реализации частоты вращения вала 5000 об/мин с моментом на валу электродвигателя, необходимым для обеспечения работы шлифовального круга. Была выполнена следующая модернизация: 1) увеличение номинальной частоты вращения подшипников качения с 4000 до 6700 об/мин за счет замены марки подшипника качения; 2) изменение схемы намотки статора с треугольника (440 В, 60 Гц) на звезду (380 В, 50 Гц) с целью дальнейшего соединения обмоток статора в треугольник для обеспечения повышенной мощности на валу электродвигателя. Фактические расчетные технические характеристики модернизированных шлифовальных электродвигателей представлены в табл. 1. Рама шлифовального блока устанавливается на осях в подвижной раме поперечного смещения. В раме располагается рычажный механизм с пневматическим приводом, обеспечивающим прижатие шлифовального круга с требуемым усилием до 3 кН. Механизм также позволяет установить угол атаки шлифовального круга 0,35°. Прижатие шлифовального круга к обрабатываемой поверхности рельса осуществляется на основе разности давлений в штоковой и поршневой полостях пневмоцилиндра. Регулировка давлений в полостях пневмоцилиндра осуществляется пропорциональным регулятором давления на основе данных о токовой нагрузке в обмотках шлифовального электродвигателя. В соответствии с ранее установленными характеристиками технологического процесса скоростного шлифования рельсов УРШ имеет следующие технические характеристики: – диапазон изменения частоты вращения шлифовального круга – от 3600 до 5000 об/мин; – диапазон изменения скорости перемещения тележки – от 4 до 30 км/ч; – диапазон изменения угла наклона шлифовального электродвигателя – от +20 до –60° от вертикали; – угол атаки шлифовального круга составляет 0,35° и обеспечивается с раскрытием навстречу рабочему движению тележки; – диапазон изменения усилия прижатия шлифовального круга к рельсу – от 0 до 5 кН без учета массы шлифовального электродвигателя. УРШ укомплектовано специальным устройством для тарировки усилия прижатия шлифоТ а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Технические характеристики модернизированных электродвигателей Technical characteristics of modernized electric motors Схема включения Режим Частота тока, Гц Напряжение, В Ток, А Частота вращения, об/мин Момент на валу, Н·м Мощность, кВт Δ Холостой ход 85 254 24 5100 0 0 Номинальный режим 85 254 45 5029 49,8 26,2 Увеличение момента в 1,15 раза от номинального 85 254 56 5019 57,3 30,1 Увеличение момента в 1,5 раза от номинального 85 254 66 4994 74,7 39,1 Увеличение момента в 1,63 раза от номинального 85 254 70 4985 81,2 42,4 Увеличение момента в 2 раза от номинального 85 254 80 4958 99,6 51,7
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1