Том 26 № 3 2024 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, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, 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 26 № 3 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Сухов А.В., Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Сборка резьбовых и клеерезьбовых соединений с наложением ультразвуковых колебаний.................................................................................................................................................. 6 Барабошкин К.А., Адигамов Р.Р., Юсупов В.С., Кожевникова И.А., Карлина А.И. Термомеханическая прокатка при производстве обсадных труб (обзор исследований)................................................................................. 24 Двиведи Р., Соматкар А., Чинчаникар С. Моделирование и оптимизация процесса накатывания роликом Al6061-T6 для достижения минимального отклонения от круглости, минимальной шероховатости поверхности и повышения ее микротвердости....................................................................................................................................... 52 Ильиных А.С., Пикалов А.С., Милорадович В.К., Галай М.С. Экспериментальные исследования режимов шлифования рельсов с применением нового скоростного электропривода.................................................................. 66 Карлина Ю.И, Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Оценка возможности контактно-стыковой сварки оплавлением труб из теплоустойчивой стали 15Х5М............................................................................................................................ 79 Гимадеев М.Р., Стельмаков В.А., Шеленок Е.А. Жизненный цикл изделия: мониторинг процессов механической обработки и фильтрация виброакустических сигналов.......................................................................................... 94 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Кислов К.В. Информационные свойства частотных характеристик динамической системы резания при диагностике износа инструментов...................................................................... 114 Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Шлыков Е.С., Муратов К.Р., Осинников И.В. Особенности применения электродовинструментов, изготовленных аддитивными технологиями, при электроэрозионной обработке изделий............... 135 Сидоров Е.А., Гриненко А.В., Чумаевский А.В., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Рубцов В.Е., Утяганова В.Р., Осипович К.С., Колубаев Е.А. Закономерности износа плазмотронов при плазменной резке толстолистового проката на токе обратной полярности........................................................... 149 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Семин В.О., Панфилов А.О., Утяганова В.Р., Воронцов А.В., Зыкова А.П. Коррозионные характеристики композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т, полученных двухпроволочным электронно-лучевым аддитивным производством........................................................................................................................................................................ 163 Деванган Р., Шарма Б.П., Шарма Ш.С. Исследование характера изменения твердости композиционных материалов с алюминиевой матрицей, упрочненной золой кокосовой скорлупы и красным шламом, с использованием анализа Тагучи..................................................................................................................................................................... 179 Сапрыкина Н.А., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А. Влияние технологических параметров на микроструктуру и свойства сплава AlSiMg, полученного методом селективного лазерного плавления.............. 192 Бурдилов А.А., Довженко Г.Д., Батаев И.А., Батаев А.А. Методы монохроматизации синхротронного излучения (обзор исследований)................................................................................................................................................ 208 Бурков А.А., Дворник М.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю. Износостойкость и коррозионное поведение Cu-Ti-покрытий в растворе SBF......................................................................................................................................... 234 Пугачева Н.Б., Быкова Т.М., Сирош В.А., Макаров А.В. Структурные особенности и трибологические свойства многослойных высокотемпературных плазменных покрытий....................................................................... 250 Шарма Б.П., Деванган Р., Шарма Ш.С. Механические свойства экологически чистых гибридных полимерных композитов с джутовыми волокнами и волокнами сиды сердцелистной...................................................................... 267 Корниенко Е.Е., Гуляев И.П., Смирнов А.А., Плотникова Н.В., Кузьмин В.И., Головахин В., Тамбовцев А.С., Тырышкин П.А., Сергачёв Д.В. Особенности тонкой структуры Ni-Al покрытий, полученных методом HV-APS.................................................................................................................................................................. 286 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 298 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 307 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 09.09.2024. Выход в свет 17.09.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 38,5. Уч.-изд. л. 71,6. Изд. № 112. Заказ 175. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 3 2024 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. 26 No. 3 2024 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, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 26 No. 3 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Sukhov A.V., Sundukov S.K., Fatyukhin D.S. Assembly of threaded and adhesive-threaded joints with the application of ultrasonic vibrations...................................................................................................................................... 6 Baraboshkin K.A., Adigamov R.R., Yusupov V.S., Kozhevnikova I.A., Karlina A.I. Thermomechanical rolling in well casing production (research review)......................................................................................................................... 24 Dwivedi R., Somatkar A., Chinchanikar S. Modeling and optimization of roller burnishing of Al6061-T6 process for minimum surface roughness, better microhardness and roundness................................................................................ 52 Ilinykh A.S., Pikalov A.S., Miloradovich V.K., Galay M.S. Experimental studies of rail grinding modes using a new high-speed electric drive...................................................................................................................................................... 66 Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Assessment of the possibility of resistance butt welding of pipes made of heat-resistant steel 0.15C-5Cr-Mo................................................................................................................................... 79 Gimadeev M.R., Stelmakov V.A., Shelenok E.A. Product life cycle: machining processes monitoring and vibroacoustic signals fi lterings.................................................................................................................................................................... 94 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Kislov K.V. Information properties of frequency characteristics of dynamic cutting systems in the diagnosis of tool wear....................................................................................................................... 114 Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Shlykov E.S., Muratov K.R., Osinnikov I.V. Features of the use of tool electrodes manufactured by additive technologies in electrical discharge machining of products....................................................... 135 Sidorov E.A., GrinenkoA.V., ChumaevskyA.V., Panfi lovA.O., Knyazhev E.O., NikolaevaA.V., CheremnovA.M., Rubtsov V.E., Utyaganova V.R., Osipovich K.S., Kolubaev E.A. Patterns of reverse-polarity plasma torches wear during cutting of thick rolled sheets..................................................................................................................................... 149 MATERIAL SCIENCE Semin V.O., Panfi lov A.O., Utyaganova V.R., Vorontsov A.V., Zykova A.P. Corrosion properties of CuAl9Mn2/ER 321 composites formed by dual-wire-feed electron beam additive manufacturing................................ 163 Dewangan R., Sharma B.P., Sharma S.S. Investigation of hardness behavior in aluminum matrix composites reinforced with coconut shell ash and red mud using Taguchi analysis............................................................................ 179 Saprykina N.А., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А. The eff ect of technological parameters on the microstructure and properties of the AlSiMg alloy obtained by selective laser melting......................................................... 192 Burdilov A.A., Dovzhenko G.D., Bataev I.A., Bataev A.A. Methods of synchrotron radiation monochromatization (research review).................................................................................................................................................................. 208 Burkov A.A., Dvornik M.A., Kulik M.A., Bytsura A.Yu. Wear resistance and corrosion behavior of Cu-Ti coatings in SBF solution..................................................................................................................................................................... 234 Pugacheva N.B., Bykova T.M., Sirosh V.A., MakarovA.V. Structural features and tribological properties of multilayer high-temperature plasma coatings........................................................................................................................................ 250 Sharma B.P., Dewangan R., Sharma S.S. Characterizing the mechanical behavior of eco-friendly hybrid polymer composites with jute and Sida cordifolia fi bers.................................................................................................................... 267 Kornienko E.E., Gulyaev I.P., Smirnov A.I., Plotnikova N.V., Kuzmin V.I., Golovakhin V., Tambovtsev A.S., Tyryshkin P.A., Sergachev D.V. Fine structure features of Ni-Al coatings obtained by high velocity atmospheric plasma spraying.................................................................................................................................................................... 286 EDITORIALMATERIALS 298 FOUNDERS MATERIALS 307 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 66 ТЕХНОЛОГИЯ Экспериментальные исследования режимов шлифования рельсов с применением нового скоростного электропривода 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; d https://orcid.org/0000-0002-7897-1750, galayms@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 3 с. 66–78 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-66-78 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.923 История статьи: Поступила: 03 июня 2024 Рецензирование: 17 июня 2024 Принята к печати: 22 июня 2024 Доступно онлайн: 15 сентября 2024 Ключевые слова: Шлифование рельсов Скоростной электропривод Режимы шлифования Железнодорожный путь Финансирование Результаты исследований, представленные 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 высокотехнологичных производств, 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. АННОТАЦИЯ Введение. Операция шлифования рельсов используется на железнодорожном транспорте как превентивная мера образования и развития дефектов контактно-усталостного происхождения, волнообразного износа и деформаций поперечного профиля рельсов. В настоящее время АО «Калужский завод “Ремпутьмаш”» совместно с Сибирским государственным университетом путей сообщения ведет разработку нового рельсошлифовального поезда повышенной производительности – РШП 2.0, который превосходит существующие аналоги по производительности в 3,5 раза. В основу РШП 2.0 положена технология скоростного шлифования рельсов, для реализации которой требуется обеспечение скорости резания до 100 м/с. Вращение шлифовального круга задается электродвигателем. На сегодняшний день электропривода промышленного исполнения, способного реализовать требуемые характеристики (7000 об/мин, 45 кВт, 60 Н·м), не существует. Цель работы. Исследование режимов шлифования рельсов с применением нового скоростного электропривода шлифовального круга, содержащего в качестве электродвигателя синхронный двигатель с постоянными магнитами и преобразователь частоты, питающий электродвигатель переменным напряжением повышенной частоты и обеспечивающий регулирование скорости шлифовального круга. Методы исследования. Для получения данных о работе нового электропривода в условиях, максимально приближенных к реальным режимам работы, и возможности реализации технологии скоростного шлифования проведены исследовательские испытания на специально разработанной рельсошлифовальной установке. Измерение частоты вращения шлифовального круга производилось лазерным тахометром «Мегеон 18005»; оценка съема металла после механической обработки осуществлялась профилографом рельсовым ПР-03; давление в пневмосистеме измерялось с помощью преобразователей давления измерительных ОВЕН ПД100И-ДИ1,6-111-0,5. Результаты и обсуждение. По результатам испытаний было установлено, что новый скоростной электропривод обладает повышенными эксплуатационными характеристиками за счет повышенной производительности и возможности регулирования скорости шлифовального круга, в результате этого обеспечивается необходимый съем металла с головки рельса при значительном увеличении скорости перемещения рельсошлифовального поезда. Для цитирования: Экспериментальные исследования режимов шлифования рельсов с применением нового скоростного электропривода / А.С. Ильиных, А.С. Пикалов, В.К. Милорадович, М.С. Галай // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 3. – С. 66–78. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-66-78. ______ *Адрес для переписки Ильиных Андрей Степанович, д.т.н., доцент Сибирский государственный университет путей сообщения, ул. Дуси Ковальчук, 191, 630049, г. Новосибирск, Россия Тел.: 8 (383) 328-04-13, e-mail: asi@stu.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 67 TECHNOLOGY Введение Шлифование железнодорожных рельсов является одной из операций по текущему содержанию верхнего строения пути, которая формирует профиль рельса и удаляет дефекты, возникающие при эксплуатации. Для шлифования рельсов применяют специальные поезда – рельсошлифовальные. На таких поездах установлены абразивные круги, которые обрабатывают поверхность головки рельса по схеме плоского шлифования [1–4]. Для работы рельсошлифовальных поездов на сети железных дорог организуют специальные «технологические окна», когда перегоны закрывают для движения любых видов подвижного состава, что приводит к финансовым потерям для транспортных компаний. Организация таких «окон» обусловлена тем, что скорость рельсошлифовального поезда очень мала и составляет от 4 до 8 км/ч при частоте вращения шлифовального круга 3600 об/мин [5–7]. Поэтому задача уменьшения времени работы рельсошлифовального поезда путем увеличения рабочей скорости относится к приоритетным направлениям по развитию железнодорожной отрасли. Для решения этой задачи реализуется проект РШП 2.0, выполняемый Сибирским государственным университетом путей сообщения и Калужским заводом «Ремпутьмаш». В рамках этого проекта ведется разработка рельсошлифовального поезда РШП 2.0, рабочая скорость которого будет увеличена до 15 км/ч, при этом величина съема металла останется неизменной и составит 0,2 мм. В соответствии с проведенными ранее исследованиями по скоростному шлифованию рельсов [8–10] и теорией резания [11–13] увеличения рабочей скорости рельсошлифовального поезда можно достичь путем повышения частоты вращения шлифовального круга [14]. Предварительно проведенные промышленные и лабораторные испытания [15, 16] показали возможность повышения рабочей скорости РШП 2.0 до 15 км/ч при частоте вращения шлифовального круга 5000 об/мин, а в перспективе до 20…30 км/ч при 6000…7000 об/мин. При этом величина съема металла с рельса остается неизменной и в среднем составляет 0,2 мм. Принципиально рабочее оборудование РШП 2.0 не отличается от применяемых рельсошлифовальных поездов и характеризуется силовым замыканием кинематической цепи «абразивный круг – обрабатываемая поверхность» [17]. За счет пневмоцилиндра шлифовальные круги прижимаются к поверхности головки рельса. Пневмоцилиндр воздействует на электродвигатель, установленный в рычажном механизме рабочего оборудования (рис. 1). Давление в пневмоцилиндре регулируется в зависимости от нагрузки на электродвигателе, которая характеризуется силой тока в статоре. Схема управления усилием прижатия шлифовального круга представлена на рис. 2. При шлифовании рельсов необходимо обеспечить определенный съем металла, чтобы получить требуемый профиль рельса. Однако реализовать шлифование с определенным съемом металла не представляется возможным из-за упругой подвески шлифовальной головки. Кроме того, отклонения съема металла от предполагаемых значений будут приводить к нарушениям точности формирования поперечного профиля рельса [18, 19], а также к изменениям условий работы абразивного инструмента [20] и ухудшению параметров качества обработанной поверхности. Уменьшение разности между заданным съемом металла при шлифовании и фактически полуРис. 1. Схема крепления шлифовальной головки: 1 – абразивный круг; 2 – электродвигатель; 3 – подмоторная плита; 4 – параллелограммная подвеска; 5 – пневмоцилиндр; 6 – плита блока; 7 – ось Fig. 1. Grinding head mounting pattern: 1 – abrasive wheel; 2 – electric motor; 3 – motor-mounting plate; 4 – parallelogram suspension; 5 – pneumatic cylinder; 6 – block plate; 7 – axis
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 68 ТЕХНОЛОГИЯ Рис. 2. 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. 2. General pattern for controlling the pressing force of the grinding wheel: 1 – grinding mode control unit; 2 – proportional valve; 3 – converter of the adjusting block; 4 – grinding block; 5 – pneumatic cylinder; 6 – electric motor of the grinding wheel drive чаемым возможно путем установления эмпирических зависимостей технологических параметров режимов шлифования. Основным элементом, который определяет режимы шлифования, является привод шлифовального круга – электродвигатель. Характеристики электродвигателя определяют настройки системы управления усилием прижатия шлифовального круга (рис. 2). Ключевой задачей при создании РШП 2.0 является наличие промышленного образца скоростного электропривода шлифовального круга с повышенной частотой вращения вала. В ходе предварительных исследований режимов скоростного шлифования рельсов [15, 16] были определены требуемые технические характеристики скоростного электропривода для обеспечения необходимой производительности рельсошлифовального поезда, которые представлены в табл. 1. Кроме указанных технических характеристик с целью расширения технологических возможностей нового рельсошлифовального поезда в конструкции нового электропривода необходимо обеспечить возможность регулировки частоты вращения шлифовального круга. В настоящее время электродвигатели общепромышленного производства с требуемыми техническими характеристиками отсутствуют, а создание нового электродвигателя усложняется ограничениями по габаритам, связанными с необходимостью его размещения в подвагонном пространстве рельсошлифовального поезда. В связи с этим АО «Тайфун» спроектировал и изготовил опытный образец нового скоростного электродвигателя по требуемым габаритным параметрам. Для принятия решения о применении нового электропривода в РШП 2.0 требуется проведение комплекса исследований и испытаний с целью подтверждения технических характеристик электродвигателя и их соответствия требуемым режимам шлифования. Постановка задач исследований Основной задачей, решаемой АО «Тайфун» при разработке скоростного электропривода, Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Основные характеристики скоростного электропривода Main characteristics of high-speed electric drive Техническая характеристика Значение Частота вращения вала электродвигателя, изменяемая в диапазоне, об/мин 3600…7000 Мощность, не менее, кВт 45 Крутящий момент на валу электродвигателя, не менее, Н·м 60 Габаритные размеры: максимальный диаметр, мм 260 максимальная длина, мм 580
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 69 TECHNOLOGY являлось улучшение его эксплуатационных характеристик за счет повышенной производительности и возможности регулирования скорости вращения шлифовального круга. Электропривод включает в себя электродвигатель, приводящий в движение шлифовальный круг, и преобразователь частоты, питающий электродвигатель переменным напряжением повышенно й частоты и обеспечивающий регулирование скорости шлифовального круга. Результат достигался за счет того, что в качестве электродвигателя использовали синхронный двигатель с постоянными магнитами скоростного исполнения со встроенным датчиком магнитного поля, а преобразователь частоты имел повышенную несущую частоту и был оборудован быстродействующими цифровыми интерфейсами управления. В принятой концепции нового электропривода можно отметить следующие преимущества использования в электродвигателе постоянных магнитов: – компактность (уменьшение размеров электродвигателя практически в два раза в сравнении с общепромышленным исполнением при тех же параметрах); – плавное регулирование частоты вращения вала электродвигателя; – КПД электродвигателя до 97 % и максимальные удельные показатели. В соответствии с конструкторской документацией АО «Тайфун» был изготовлен опытный образец рельсошлифовального скоростного электропривода, содержащий в качестве электродвигателя синхронный двигатель с постоянными магнитами (рис. 3) со следующими техническими характеристиками: – номинальная мощность – 46,5 кВт; – номинальная частота вращения – 7000 об/мин; – номинальные параметры питающего трехфазного напряжения – 380 В; 233,33 Гц; – питание преобразователя частоты – входное трехфазное напряжение от 285 до 494 В частотой 50 Гц; – выходное напряжение с частотного преобразователя – трехфазное напряжение до 494 В частотой до 400 Гц; – номинальный момент на валу электродвигателя – 63,4 Н·м; – действующее значение фазного тока – 100 А; – КПД – 96 %. Кроме того, электропривод имеет возможность плавной регулировки частоты вращения вала электродвигателя от 0 до 7000 об/мин. При этом преобразователь частоты обеспечивает выходную мощность до 105 кВА, имеет несущую частоту 8 кГц, выдерживает длительный ток с действующим значением 100 А, оборудован дискретными и аналоговыми входами и выходами, а также цифровыми интерфейсами управления Ethernet, RS-485 и CAN, при этом интерфейс CAN является быстродействующим и имеет скорость 250 000 бод. Пуск, остановка, реверс, плавное изменение частоты вращения вала электродвигателя, защита от перегрузок, перегревов и коротких замыканий осуществляются частотным преобразователем. Новый скоростной шлифовальный электродвигатель производства АО «Тайфун» принципиально отличается от раннее применяемого на рельсошлифовальных поездах по массе и рабочим характеристикам. В связи с этим требуется уточнение его оптимальных режимов работы по токовым нагрузкам, которые будут определяться усилием прижатия шлифовального круга к рельсу, обеспечиваемым соответствующим давлением в пневмосистеме. Таким образом, основной целью исследований являлась настройка нового скоростного электропривода и получение данных о его работе в условиях, максимально приближенных к реальным режимам работы. Методика исследований Исследовательские испытания скоростного электропривода осуществлялись на экспериментальной рельсошлифовальной установке Рис. 3. Скоростной электродвигатель производства АО «Тайфун» Fig. 3. High-speed electric motor produced by JSC “Typhoon”
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1