Мороз Алексей Павлович, ГБПОУ КК ТТКР г. Тимашевск Краснодарского края.
Ключевые слова: Основы материаловедения, марганцевые сплавы, локомотив, колесная пара, безопасность поездов.
Ключевые слова: Основы материаловедения, марганцевые сплавы, локомотив, колесная пара, безопасность поездов.
Тема статьи касается изменений в предложенную рабочую программу по предмету «Основы материаловедения», а именно, недостаточное распределение учебной нагрузки именно на применение марганцовистых сталей и сплавов с содержанием марганца на железнодорожном транспорте и необходимость более глубокого изучения влияния именно этого элемента на свойства чугунов, черных и легированных сталей, поскольку именно данная тематика абсолютно касается железнодорожного тяжелого машиностроения (шпалы, локомотивы, колеса, инструментарий..)
После изучения предмета, частых экскурсий, бесед с сотрудниками ЖД Депо, выяснилось то, что особенность применения марганцовистых сталей и сплавов с содержанием марганца на железнодорожном транспорте и влияния именно этого элемента на свойства чугунов и легированных сталей, требует более детального и подробного изучения в рамках осваиваемой профессии.
Правила технической эксплуатации железных дорог России, в разделе «Общие обязанности работников организаций железнодорожного транспорта» гласят, что БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ и эксплуатации железнодорожного транспорта – превыше всего! На основании данного Правила, мы уделили значимое, внимательное отношение к осмотру, ремонту узлов и конструкции систем локомотивов, обеспечивающих безопасность движения поездов (элементов тормозной системы локомотивов, в том числе чугунных тормозных колодок; рам тележек; колесных пар и т.д). Все названные узлы и детали изготовлены и сталей, и чугунов с содержанием марганца, что подтверждает наше стремление более подробного рассмотрения темы «марганцовистых сталей и сплавов с содержанием марганца» в рамках учебного предмета «Основы материаловедения».
Безопасность движения – основной закон в работе железнодорожного транспорта!
Материаловедение - это наука, изучающая строение и свойства материалов и устанавливающая связь между их составом, строением, свойствами и поведением материалов в зависимости от воздействия (теплового, электрического, магнитного и т. д.) окружающей среды.
В процессе обучения мы изучили, в том числе, многие виды сплавов и легирующих элементов, а также их влияние на свойства сталей и чугунов. Некоторые виды сплавов и сталей не нашли своего применения на железнодорожном транспорте. Так, сплавы с содержанием легирующих элементов – алюминия, меди, циркония, титана, кобальта, ниобия, молибдена и ряда других, специалисту нашей профессии не будут встречаться в своей профессиональной деятельности. Однако, ряд занятий было посвящено изучению влияния этих химических элементов на свойства сталей и сплавов.
Конечно, знания не бывают излишними, но наша основная задача –выпустить высокопрофессиональных специалистов именно по обслуживанию и ремонту подвижного состава. Поэтому полезнее для подготовки специалистов в сфере ЖД - получение именно тех знаний, которые будут востребованы в профессиональной деятельности, которые повысят их профессиональный статус, квалификацию как слесаря,в итоге -производительность труда, что, несомненно, поможет обеспечить безопасность перевозки пассажиров и сохранность перевозимых грузов.
Исходя из выше сказанного, хотелось бы напомнить, что железнодорожный транспорт как, впрочем, и любой другой вид транспорта – это источник повышенной опасности для тех, кто находится в зоне его движения.
Остановлюсь на основном нормативно-правовом документе ЖД, его еще называют «Конституцией работников железнодорожного транспорта» – ПТЭ – Правила технической эксплуатации железных дорог России. Раздел «Общие обязанности работников организаций железнодорожного транспорта» гласит: «Каждый работник организации железнодорожного транспорта, производственная деятельность которого непосредственно связана с движением поездов, маневровой работой, эксплуатацией и содержанием объектов железнодорожного транспорта, исходя из своих должностных
обязанностей, обеспечивает выполнение настоящих Правил, БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ и эксплуатации железнодорожного транспорта». Безопасность движения, прежде всего!!!
обязанностей, обеспечивает выполнение настоящих Правил, БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ и эксплуатации железнодорожного транспорта». Безопасность движения, прежде всего!!!
В ходе ознакомительной экскурсии в локомотивном депо станции Тимашевская видно то, что сотрудники ЖД очень внимательно относятся к осмотру и ремонту узлов и систем локомотивов. Правильное и целесообразное применение сплавов обеспечивает безопасность движения поездов:
• Элементы тормозной системы локомотивов, в том числе чугунные тормозные колодки.
• Рамы тележек – основная несущая конструкция всех типов локомотивов.
• Колесные пары.
• Центральные и боковые опоры кузова.
• Автосцепки и сопряженные с ней элементы.
• Тяговые редукторы.
• Токоприемники.
• Болты наиболее ответственных креплений – тяговых двигателей, колесных пар, тяговых редукторов и других узлов, наиболее нагруженных и ответственных за безопасность движения (иным словами за жизнь людей, в первую очередь в пассажирском движении).
• Пружины экипажной (механической) части.
Многие руководители и специалисты отметили, что все выше названные узлы и детали, изготовлены из сталей и чугунов с содержанием марганца.
• Элементы тормозной системы локомотивов, в том числе чугунные тормозные колодки.
• Рамы тележек – основная несущая конструкция всех типов локомотивов.
• Колесные пары.
• Центральные и боковые опоры кузова.
• Автосцепки и сопряженные с ней элементы.
• Тяговые редукторы.
• Токоприемники.
• Болты наиболее ответственных креплений – тяговых двигателей, колесных пар, тяговых редукторов и других узлов, наиболее нагруженных и ответственных за безопасность движения (иным словами за жизнь людей, в первую очередь в пассажирском движении).
• Пружины экипажной (механической) части.
Многие руководители и специалисты отметили, что все выше названные узлы и детали, изготовлены из сталей и чугунов с содержанием марганца.
Очень коротко рассмотрим назначение и конструкцию некоторых, наиболее важных в обеспечении безопасности движения поездов узлов локомотивов:
• Тормозные колодки – обеспечивают тормозной эффект за счет их нажатия на бандаж (поверхность катания колесной пары). Чугунное литье с добавлением марганца, который минимизирует износ от трения металла о металл. Причем трение происходит при нажатии тормозной колодки на бандаж с силой до 10 тонн. Выполнены в виде чугунного литья весом 16 килограмм, за счет своей формы способны плотно прилегать к поверхности катания колесных пар.
• Рама тележки – стальной короб прямоугольной формы, основная несущая конструкция всех типов локомотивов, на которую крепятся колесные пары, тяговые двигатели, тяговые редукторы, тормозная рычажная передача с тормозными цилиндрами. На неё же устанавливается кузов локомотива. Рама тележки передает тяговое усилие от тяговых двигателей через кузов локомотива на состав поезда. Рама тележки должна быть прочной, без потери эластичности, выдерживать огромные ударные нагрузки от реакции поезда (набегания и разбегания вагонов при разгоне и торможении состава), устойчивой к трению, обладать хорошей провариваемостью сварных швов при сохранении основных свойств металла в месте сварки. И при всех этих свойствах этот ответственный узел должен быть устойчивым к коррозии. Все эти свойства обеспечиваются добавлением марганца в конструкционную сталь.
• Колесные пары преобразуют вращательное движение тягового двигателя с редуктором в поступательное движение локомотива. Колесная пара состоит из оси, двух колесных центров, напрессованных на неё и напрессованных на них бандажей. Это основные элементы, всего их пять. Рассмотрим эти три.
– ось колесной пары средним диаметром 200 мм изготовлена из марганцовистой стали для обеспечения прочности, без потери эластичности, способности выдерживать очень значительные ударные нагрузки и быть устойчивой к истиранию, то есть иметь хорошие фрикционные свойства. Фрикционные свойства необходимы в связи с тем, что на грузовых локомотивах отечественного производства применены подшипники скольжения между тяговым двигателем и осью колесной пары.
– колесный центр – представляет собой диск внутренним диаметром 200 мм, наружным 1070 мм, напрессованный на концы оси колесной пары. К нему практически те же требования, что к выше описанному оборудованию, поскольку он также является элементом экипажной части локомотива, подверженной ударным нагрузкам и влиянию агрессивных атмосферных факторов.
– бандаж колесной пары – это кольцо внутренним диаметром 1070 мм, толщиной 95 мм. Бандаж – расходный материал, поскольку именно он взаимодействует с поверхностью катания рельс и именно он взаимодействует с тормозными колодками в режиме торможения, в ходе которого и происходит его износ. При этом, кроме плановых остановок, в каждой поездке в установленных местах, но не реже чем через 40 минут движения, производятся пробы тормозов со снижением скорости на 10 км/час. Необходимо сказать, что содержание пути сложный процесс и его (пути) состояние зачастую оставляет желать лучшего. То есть машинист вынужден систематически снижать скорость торможением из-за плохого качества пути. Таким образом, бандаж подвержен значительным нагрузкам от трения с тормозными колодками, взаимодействует с рельсами при ударных нагрузках на стыках, испытывает агрессивное влияние окружающей среды – пыль, грязь, влага, химические элементы перевозимых грузов и т.д.
• Центральные и боковые опоры кузова – элементы конструкции локомотива, обеспечивающие крепление кузова на тележках и передачу тягового усилия от двигателей через рамы тележек и автосцепки к составу поезда. Центральная опора – стержень диаметром 250 мм, длинной 900 мм – через него передается тяговое усилие, о котором говорилось выше. Боковые опоры – стержни диаметром в наиболее тонкой части 50 мм, длинной 1,5 метра, посредством которых стянуты пружины с толщиной витка 20 мм. Назначение боковых опор – центровка кузова, за счет чего обеспечивается одинаковое давление каждого колеса на рельс. Одинаковое нажатие каждого колеса на рельс необходимо:
– во-первых, для уменьшения опрокидывающего момента в кривых;
– во-вторых, за счет одинакового давления каждого колеса на рельс, в значительной степени уменьшается вероятность срыва колесных пар в режим резкого неконтролируемого увеличения скорости вращения якоря тягового двигателя и колесной пары – боксования (это не опечатка – в автомобильном транспорте – буксование, а в локомотивном хозяйстве - боксование);
– в свою очередь, отсутствие боксования – залог исправной эксплуатации тяговых двигателей электровоза или тепловоза. При этом, в моменты увеличения частоты вращения колесной пары без увеличения скорости движения поезда неизбежно приводят к пропилу головки рельса – выемке на поверхности катания, что неизбежно приведет к необходимости его замены – а это уже длительный перерыв в движении поездов и, конечно, огромные убытки.
• Тяговый редуктор – передает усилие от тягового двигателя к колесной паре. При этом, уменьшается частота вращения и увеличивается момент силы, вращающий колесную пару за счет разного количества зубьев в шестернях редуктора – на валу двигателя количество зубьев в семнадцать раз меньше, чем на оси колесной пары. Зубья шестерен редуктора испытывают значительные ударные нагрузки в моменты трогания с места и экстренного торможения. Конструктивно выполнены в металлическом корпусе. Как только что было сказано, малая косозубая шестерня напрессована на вал тягового двигателя, а вторая – большое зубчатое колесо – на ось колесной пары. Выполнены, конечно, из марганцовистой стали, обладающей прочностью и одновременно пластичностью, высокой стойкостью к образованию трещин, способностью устойчиво работать при очень значительных нагрузках на отдельные участки детали – в конкретном случае, на зубья. При этом, для уменьшения скорости износа, поверхности зубьев обеих шестерен подвергают цементированию – упрочнение токами высокой частоты поверхности на глубину. И др.
• Тормозные колодки – обеспечивают тормозной эффект за счет их нажатия на бандаж (поверхность катания колесной пары). Чугунное литье с добавлением марганца, который минимизирует износ от трения металла о металл. Причем трение происходит при нажатии тормозной колодки на бандаж с силой до 10 тонн. Выполнены в виде чугунного литья весом 16 килограмм, за счет своей формы способны плотно прилегать к поверхности катания колесных пар.
• Рама тележки – стальной короб прямоугольной формы, основная несущая конструкция всех типов локомотивов, на которую крепятся колесные пары, тяговые двигатели, тяговые редукторы, тормозная рычажная передача с тормозными цилиндрами. На неё же устанавливается кузов локомотива. Рама тележки передает тяговое усилие от тяговых двигателей через кузов локомотива на состав поезда. Рама тележки должна быть прочной, без потери эластичности, выдерживать огромные ударные нагрузки от реакции поезда (набегания и разбегания вагонов при разгоне и торможении состава), устойчивой к трению, обладать хорошей провариваемостью сварных швов при сохранении основных свойств металла в месте сварки. И при всех этих свойствах этот ответственный узел должен быть устойчивым к коррозии. Все эти свойства обеспечиваются добавлением марганца в конструкционную сталь.
• Колесные пары преобразуют вращательное движение тягового двигателя с редуктором в поступательное движение локомотива. Колесная пара состоит из оси, двух колесных центров, напрессованных на неё и напрессованных на них бандажей. Это основные элементы, всего их пять. Рассмотрим эти три.
– ось колесной пары средним диаметром 200 мм изготовлена из марганцовистой стали для обеспечения прочности, без потери эластичности, способности выдерживать очень значительные ударные нагрузки и быть устойчивой к истиранию, то есть иметь хорошие фрикционные свойства. Фрикционные свойства необходимы в связи с тем, что на грузовых локомотивах отечественного производства применены подшипники скольжения между тяговым двигателем и осью колесной пары.
– колесный центр – представляет собой диск внутренним диаметром 200 мм, наружным 1070 мм, напрессованный на концы оси колесной пары. К нему практически те же требования, что к выше описанному оборудованию, поскольку он также является элементом экипажной части локомотива, подверженной ударным нагрузкам и влиянию агрессивных атмосферных факторов.
– бандаж колесной пары – это кольцо внутренним диаметром 1070 мм, толщиной 95 мм. Бандаж – расходный материал, поскольку именно он взаимодействует с поверхностью катания рельс и именно он взаимодействует с тормозными колодками в режиме торможения, в ходе которого и происходит его износ. При этом, кроме плановых остановок, в каждой поездке в установленных местах, но не реже чем через 40 минут движения, производятся пробы тормозов со снижением скорости на 10 км/час. Необходимо сказать, что содержание пути сложный процесс и его (пути) состояние зачастую оставляет желать лучшего. То есть машинист вынужден систематически снижать скорость торможением из-за плохого качества пути. Таким образом, бандаж подвержен значительным нагрузкам от трения с тормозными колодками, взаимодействует с рельсами при ударных нагрузках на стыках, испытывает агрессивное влияние окружающей среды – пыль, грязь, влага, химические элементы перевозимых грузов и т.д.
• Центральные и боковые опоры кузова – элементы конструкции локомотива, обеспечивающие крепление кузова на тележках и передачу тягового усилия от двигателей через рамы тележек и автосцепки к составу поезда. Центральная опора – стержень диаметром 250 мм, длинной 900 мм – через него передается тяговое усилие, о котором говорилось выше. Боковые опоры – стержни диаметром в наиболее тонкой части 50 мм, длинной 1,5 метра, посредством которых стянуты пружины с толщиной витка 20 мм. Назначение боковых опор – центровка кузова, за счет чего обеспечивается одинаковое давление каждого колеса на рельс. Одинаковое нажатие каждого колеса на рельс необходимо:
– во-первых, для уменьшения опрокидывающего момента в кривых;
– во-вторых, за счет одинакового давления каждого колеса на рельс, в значительной степени уменьшается вероятность срыва колесных пар в режим резкого неконтролируемого увеличения скорости вращения якоря тягового двигателя и колесной пары – боксования (это не опечатка – в автомобильном транспорте – буксование, а в локомотивном хозяйстве - боксование);
– в свою очередь, отсутствие боксования – залог исправной эксплуатации тяговых двигателей электровоза или тепловоза. При этом, в моменты увеличения частоты вращения колесной пары без увеличения скорости движения поезда неизбежно приводят к пропилу головки рельса – выемке на поверхности катания, что неизбежно приведет к необходимости его замены – а это уже длительный перерыв в движении поездов и, конечно, огромные убытки.
• Тяговый редуктор – передает усилие от тягового двигателя к колесной паре. При этом, уменьшается частота вращения и увеличивается момент силы, вращающий колесную пару за счет разного количества зубьев в шестернях редуктора – на валу двигателя количество зубьев в семнадцать раз меньше, чем на оси колесной пары. Зубья шестерен редуктора испытывают значительные ударные нагрузки в моменты трогания с места и экстренного торможения. Конструктивно выполнены в металлическом корпусе. Как только что было сказано, малая косозубая шестерня напрессована на вал тягового двигателя, а вторая – большое зубчатое колесо – на ось колесной пары. Выполнены, конечно, из марганцовистой стали, обладающей прочностью и одновременно пластичностью, высокой стойкостью к образованию трещин, способностью устойчиво работать при очень значительных нагрузках на отдельные участки детали – в конкретном случае, на зубья. При этом, для уменьшения скорости износа, поверхности зубьев обеих шестерен подвергают цементированию – упрочнение токами высокой частоты поверхности на глубину. И др.
Вывод.
На основании профессионального исследования, я предлагаю пересмотреть программу преподавания учебного предмета «Основы материаловедения» в рамках профессии «Слесарь обслуживания и ремонта подвижного состава». А именно, сделать упор в сторону более глубокого изучения чугунов и сталей с содержанием марганца, как наиболее значимых для локомотивного и вагонного хозяйств, железнодорожного транспорта в целом.
Основные аргументы за предложение более глубокого изучения сплавов, содержащих в своем составе марганец следующие.
Данные сплавы:
1. применяются в узлах, отвечающих за обеспечение безопасности движения поездов;
2. все нагруженные и ответственные узлы изготовлены из них;
3. детали, подлежащие неразрушающему контролю, содержат в своем химическом составе марганец;
4. все пружины изготовлены из марганцовистых сталей. Стоит отметить, что пружины применяются практически во всех узлах подвижного состава;
5. автосцепные устройства, соединяющие секции локомотивов между собой, соединяющие локомотив с вагонами и вагоны между собой, изготовлены из сплавов с содержанием марганца;
6. наконец, основные слесарные инструменты изготовлены из марганцовистых сталей.
Данные сплавы:
1. применяются в узлах, отвечающих за обеспечение безопасности движения поездов;
2. все нагруженные и ответственные узлы изготовлены из них;
3. детали, подлежащие неразрушающему контролю, содержат в своем химическом составе марганец;
4. все пружины изготовлены из марганцовистых сталей. Стоит отметить, что пружины применяются практически во всех узлах подвижного состава;
5. автосцепные устройства, соединяющие секции локомотивов между собой, соединяющие локомотив с вагонами и вагоны между собой, изготовлены из сплавов с содержанием марганца;
6. наконец, основные слесарные инструменты изготовлены из марганцовистых сталей.
Выводы и предложения:
Учитывая, что:
– требование Конституции работников железнодорожного транспорта – ПТЭ «Правила технической эксплуатации железных дорог России» – обеспечение всеми сотрудниками безопасности поездов;
- углубленного изучения сплавов, содержащих в своем химическом составе марганец именно в направлении ЖД;
–сохранность человеческих жизней в сфере железнодорожного транспорта.
Предлагаю включить в программу изучения главной задачей при освоении учебного предмета «Основы материаловедения» для студентов профессии «Слесарь по ремонту и обслуживанию подвижного состава» в виде одной из главных задач указать именно - изучение сплавов с содержанием марганца.
Учитывая, что:
– требование Конституции работников железнодорожного транспорта – ПТЭ «Правила технической эксплуатации железных дорог России» – обеспечение всеми сотрудниками безопасности поездов;
- углубленного изучения сплавов, содержащих в своем химическом составе марганец именно в направлении ЖД;
–сохранность человеческих жизней в сфере железнодорожного транспорта.
Предлагаю включить в программу изучения главной задачей при освоении учебного предмета «Основы материаловедения» для студентов профессии «Слесарь по ремонту и обслуживанию подвижного состава» в виде одной из главных задач указать именно - изучение сплавов с содержанием марганца.