Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Эксплуатация и ремонт трамваев и троллейбусов

Отказы в работе и некоторые причины их возникновения

В процессе эксплуатации часто тот или иной агрегат по тому или иному одному свойству иё отвечает необходимому уровню надежности. Однако это иё означает, что другие параметры, характеризующие надежность, являются удовлетворительными и, что самое главное, они не оказывают отрицательного влияния на надежность. Заметнее всего в условиях эксплуатации надежность проявляется через отказы в работе. Несмотря на то что отказ возник внезапно, причины его возникновения накапливались на протяжении некоторого времени. Изменение характеристик отдельных деталей в процессе эксплуатации обусловлено происходящими в них физико-химическими процессами. Эти процессы происходят как в объеме материала детали, так и на поверхности, как в зоне механического контакта деталей в сопряжениях, так и в электрических цепях, не подвергающихся механическому нагружению. Во многих случаях рост температуры стимулирует возникновение и проявление причин, вызывающих отказ деталей. Режимы эксплуатации непрерывные, одноразовые, установившиеся, переходные или повторно прерывистые проявляются часто как основной фактор утраты надежности. Такие хорошо изученные факторы, как износ, старение материала, остаточные деформации, коррозия также постепенно приводят к неминуемому ухудшению эксплуатационных характеристик, а затем и к отказу. В условиях эксплуатации подвижного состава отказы в работе отдельных узлов и агрегатов чаще всего наступают в результате разрушения отдельных деталей, узла сопряжения, обрыва, прогара или короткого замыкания в электрических цепях. Виды разрушения деталей трамвая и троллейбуса весьма разнообразны. Основными являются механические разрушения (деформации, изломы, изиос), эрозия и коррозия.

Процесс механического разрушения материала под действием нагрузки сопровождается непрерывным ростом деформаций и трещин, а также постоянным накапливанием локальных дефектов в структуре металла. Деформация металла возникает от приложенной нагрузки и проявляется в виде изменения формы и геометрических размеров. Упругие деформации после снятия нагрузки исчезают, а пластические остаются. Полное разрушение материала детали в результате воздействия нагрузки, приводящее к расчленению материала, называется изломом. Излом бывает хрупким или вязким. Большинство полных разрушений, как показывает практика, проявляется в виде хрупкого излома. Чем выше предел прочности материала детали, тем меньше остаточные деформации, тем меньше деталь подвержена усталостному разрушению. Вязкий излом почти всегда свидетельствует о том, что материал детали не выдержал расчетной нагрузки. Износу подвержены все детали сопряжений, преодолевающие силы треиия в процессе перемещения одна относительно другой. Эрозионное разрушение является следствием воздействия потока жидкости или газа, перемещающегося с большой скоростью по поверхности металла. Интенсивности эрозии способствуют температура и наличие в потоке твердых и химически активных час

тиц. Физическая сущность процесса сводится к разрушению и уносу потоком жидкости или газа окисных пленок, покрывающих поверхность детали. Коррозионные разрушения появляются вследствие химического и электрохимического воздействия среды на металлическую поверхность детали. Доступ кислорода воздуха к коррозируемым участкам интенсифицирует процесс разрушения. МеханиЗхМ процессов, протекающих до разрушения детали и предшествующих частичному или полному нарушению ее работоспособности, можно уяснить, только учитывая конкретные условия эксплуатации, физикохимические характеристики детали и те технологические приемы, которые применяют для ее изготовления или восстановления. Разрушение материала, из которого изготовляется деталь, наступает не мгновенно и не в тот момент времени, когда напряжения достигнут предельного значения, а постепенно, развиваясь в механически напряженном материале. Процесс разрушения начинается с момента приложения к детали нагрузки, которая может быть и меньше предельной. Деформация и разрушение структуры материала характеризуются скоростью протекания процесса иагружснпя н временем, необходимым для разрушения материала, а не предельной нагрузкой. Скорость процесса механического разрушения нагруженного твердого тела зависит от структуры и свойств материала, от напряжения, создаваемого в материале детали нагрузкой, и от температуры, при которой протекает процесс разрушения. Так как разрушения часто происходят при нагружениях, меньших предела текучести, упругости и т. д. для используемого материала детали, то только с учетом времени приложения и температуры в зоне разрушения можно оценить нагрузочные способности детали, узла или агрегата. Процесс механического разрушения металла, его локальный характер дают возможность считать, что разрушение начинается с возникновения и развития мнкротрещин. Микротрещины практически всегда возникают вскоре после приложения нагрузки в зоне нахождения концентраторов напряжения или дефектов структуры материала, которые выступают в роли стимуляторов процесса разрушения.

Имеющиеся в материале детали разного рода включения, неоднородности, подрезы, риски и другие нарушения однородности структуры приводят к возникновению микротрещин именно в этих местах. Повторное либо длительное действие нагрузок вызывает развитие микротрещин до величины, переход за которую приводит к разрушению. Развитие микротрещин в нагруженном материале является по существу процессом постепенного разрушения материала детали. Наблюдаются две стадии развития микротрещин: медленное со все возрастающей скоростью, обусловливающей относительную длительность процесса, и стремительное с постоянной предельной скоростью. Под влиянием приложенной нагрузки происходит постепенное накопление локальных необратимых разрушений, которые приводят к полному разрушению. Суммарное время воздействия повторяющихся нагрузок равно времени воздействия постоянной нагрузки, приводящей к разрушению. На характер процесса разрушения существенное влияние оказывает скорость нагружения. Прн медленном возрастании напряжений возникают вторичные явления, которые могут быть устранены, так как являются проявлением упругих деформаций. Па процесс разрушения оказывает заметное влияние длительность приложения нагрузки, вследствие чего нередки случаи разрушения деталей в процессе разгружения, а не во время нагружения. Работоспособность узла или агрегата в первую очередь определяется прочностью и жесткостью детали. Прочность детали зависит от равномерности распределения напряжений по ее сечению, конфигурации сечения отсутствие резких переходов, выточек и углублений, являющихся концентраторами напряжения. Условия, которые могут вызвать появление непредусмотренных перегрузок (вибрация, дисбаланс быстровра-щающихся деталей, пусковые моменты и т. д.), стремятся по возможности исключить специальными мерами. К таким мерам можно отнести динамическую балансировку вращающихся деталей, использование гасителей колебаний, установку предохранительных муфт и т. п. Жесткостью детали называют ее способность сопротивляться под воздействием приложенных нагрузок деформированию или перемещению относительно другой детали, несмотря на то что возникающие в детали напряжения выше предельно допустимых. Жесткость детали зависит от модуля упругости, момента инерции сечения; длины и других факторов, характеризующих деталь по технологическим условиям изготовления, условиям работы и функционирования. Для обеспечения необходимой жесткости детали следует правильно выбрать материал, форму и сечение, провести предписанную термическую обработку, создать благоприятный баланс жесткости всего узла, правильное расположение опоры и неизменную прочность соединений, обеспечить условия, создающие наименьшие деформации под воздействием приложенных нагрузок.

Качество используемых деталей в эксплуатации во многом зависит от применяемого способа их обработки, методов повышения прочности и износостойкости, культуры сборки узла и сопряжений, а также от того, в какой мере соблюдаются требуемые условия работы. Обычно металлу, используемому для изготовления деталей, придается необходимая форма способом давления. Способов обработки металла давлением много, но основными являются: прокат, волочение, прессование, ковка, штамповка, выдавливание. Пластическая деформация металла, возникающая при обработке давлением, обязательно изменяет структуру материала и оказывает большое влияние на его механические свойства. Она является следствием сдвига одной части кристаллов металла относительно других и, как правило, вызывает изменение его первоначальной структуры. Волокнистое строение металла, обусловленное обработкой давлением, активизирует его анизотропные (направленные) свойства, в результате чего допускаемые напряжения в деталях вдоль и поперек волокна будут различными. В то же время предел прочности, текучесть и твердость остаются практически изотропными. Следовательно, необходимо при изготовлении и восстановлении учитывать направление возникающих в деталях прн эксплуатации напряжений, что позволит наиболее полно использовать механические свойства материала детали.

шероховатости. Различная микрогеометрия деталей является результатом применяемых технологических приемов обработки поверхности заготовки деталей. Качество поверхности тем лучше, чем совершеннее технология изготовления. Волнистость образуется при обработке деталей резанием и является следствием кинематических погрешностей, присущих металлообрабатывающим станкам, вибраций, возникающих при обработке, и неравномерности деформации на обрабатываемой поверхности. При большой волнистости ухудшаются эксплуатационные свойства сопряжений, так как уменьшается площадь контакта, происходит рост контактных напряжений, ухудшается герметичность сопряжения, нарушается его прочность и т. д. Шероховатость поверхности возникает вследствие механической обработки металла и оказывает существенное влияние на износостойкость, выносливость, сопротивление ударным нагрузкам, а также на коррозионную усталость детали. Влияние шероховатости иа прочность особенно сильно проявляется у малопластичных (хрупких) материалов. Чем больше пластичность материала детали, тем меньше влияние шероховатости его поверхности. Утрата необходимой прочности и, как следствие, потеря работоспособности, зависят от степени и интенсивности проявления ряда постоянно действующих факторов, к которым относятся условия эксплуатации, износ, коррозия и старение. Условия эксплуатации способствуют активному проявлению всех факторов, влияющих на работоспособность узлов, агрегатов, деталей и подвижного состава в целом. Условия эксплуатации это комплекс объективных и субъективных взаимосвязанных причинно-следственных событий, оказывающих воздействие на содержание, ремонт и использование подвижного состава. В этот комплекс входят профиль пути маршрутов н транспортная загрузка лроезжей части, количество остановочных пунктов на маршруте и способ регулирования движением, квалификация водителей и ремонтного персонала, климатические изменения и нагрузки, состояние производственной базы эксплуатационного предприятия и обеспеченность запасными частями, способ хранения подвижного состава н множество других случайно и не случайно воздействующих на эксплуатацию троллейбуса или трамвая внешних проявлений (событий).

Реклама