Валерий Лепов, Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова Сибирского отделения РАН
- 1. Лепов В.В. ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера им. В.П.Ларионова СО РАН
- 2. Особенности эксплуатации техники в условиях Севера и Арктики Резко континентальный климат: длительный период низких температур и резких суточных теплосмен в межсезонье Огромные расстояния и зависимость от энергоисточников + бездорожье Многолетняя мерзлота + глобальное потепление Ранимая природа – необходимость использования щадящих подходов
- 3. Анадырь Чокурдах Чабыда (Якутск) Чара Тикси Кулар Воркута Норильск Действующие геокриологические стационары на территории криолитозоны России В 80-е годы ХХ в. функционировало более 60 стационаров. В настоящее время продолжают работу около 15.
- 4. Проблемы больших технических систем Большие в пространственном и временном масштабе конструкции Огромное число воздействующих факторов и нагрузок Неоднородность конструкций Длительная и сложная история статических, динамических нагрузок, и гигацикловая усталость Многоуровневость, связность (температуры, НДС, диффузии, излучения и др.)
- 5. Трасса ВСТО + «Сила Сибири»
- 7. Русло реки Кабарги. Таких переходов через реки по трассе ВСТО более 400 (©WWF)
- 8. Железная дорога Вопросы эксплуатации дороги и ж/д моста при низких температурах Разрушение пути и обледенение полотна Разрушение колесных пар и рельсовых путей Эксплуатация локомотива и вагонов Эксплуатация сооружений инфраструктуры в криолитозоне
- 10. Анализ повреждений колёс Исследованы колёсные пары тепловозов из локомотивного парка ОАО АК «Железные дороги Якутии». Количество дефектных колесных пар (КП) за период июнь-март. Июнь-24 КП, Январь-69 КП Фрагмент бандажа колеса с дефектом на поверхности катания
- 11. Дефекты колесных пар 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 - повреждения контактно- усталостного характера (выщербины, выкрашивания, раковины, ползуны); 2 - остроконечный накат; 3 - опасная форма гребня; 4 - риска на гребне; 5 - разность диаметров больше допустимой нормы; 6 - тонкий гребень. Участок бандажа колеса локомотива с контактно-усталостным дефектом и поверхностными трещинами: а) увеличение ×80; б) увеличение ×20. Основной причиной дефектов является поврежденность от контактно-усталостного выкрашивания. Необходимость установить микромеханизм контактно-усталостного выкрашивания
- 12. Оценка ресурса ж/д колёс Опыт эксплуатации локомотивов на участке Алдан- Томмот показывает, что зимой ресурс колеса от одной обточки до другой составляет всего два месяца, за каждый из которых оно пробегает в среднем 12 000 километров (преимущественно в декабре-феврале и январе-марте). Ремонт занимает около одного месяца, и включает обточку бандажа всех колес, независимо от индивидуальных повреждений. Усталостный износ в зимнее время практически отсутствует
- 13. Для определения влияния перепадов температур окружающей среды на значения твердости были проведены измерения твердости по шкале Бриннеля ультразвуковым портативным твердомером МЕТ-У1 №3 №2 №1 Зоны измерений: 1) у гребня колеса; 2) под поверхностью катания и 3) основной металл. № участка Значения твердости по шкале Бриннеля, НВ Образец 1 Образец 2 Образец 3 №1 347 332 343 №2 385 386 390 №3 343 352 347 Исследования механических характеристик 13
- 16. Информация к размышлению 1. Складывающаяся на РЖД тенденция по увеличению ресурса эксплуатации локомотивов колесных пар и вагонных тележек путем наращивания механических характеристик бандажа и рельса приводит, в условиях эксплуатации при низких климатических температурах, к обратному эффекту, - уменьшается только усталостная поврежденность, практически не играющая роли в выработке ресурса, тогда как резко возрастет доля контактно- усталостных повреждений, зависящих от сопротивления материала ударным нагрузкам. 2. На основе проведенных исследований разработан ряд методик оценки охрупчивания и структурной деградации материала колесной стали при понижении температуры, модель накопления в ней повреждений, и расчета количества циклов до разрушения. 3. Предлагается изменить акцент для тепловозов исполнения ХЛ на вязкость стали. В советское (послевоенное) время колеса локомотивов выполнялись из остатков танковой стали, включающей в составе молибден, как повышающую ударную вязкость легирующую добавку. В настоящее время необходимо использовать специальную хладостойкую низколегированную сталь, возможно, с использованием р/з элементов, например, Халиловского месторождения Якутии, организовать мини-металлургическое производство, на основе комплекса по переработке промышленных и бытовых отходов на основе печей Ванюкова (кипящего слоя), эффективных и с экологической точки зрения. 16
- 17. Испытания техники для Севера и Арктики Анализ конструкции, схемы, технологии. Соответствие применяемых материалов, топлива, масел - на соответствие экологическим нормам. Оценка технологического и конструкционного риска (трубопроводы, энергетические комплексы) Испытание материалов в условиях низких температур (ВИАМ) Натурные испытания узлов и конструкций. Федеральная программа создания Центров климатических испытаний
- 18. Универсальная испытательная сервогидравлическая машина «Instron» FastTrack 8802 С температурной камерой на жидком азоте, позволяет проводить испытания на статическое растяжение и циклическую усталость до -70º С.
- 19. Инструментированный копер Испытания образцов на ударную вязкость проводятся на инструментованном маятниковом копре RKP-450 производства фирмы «Roell Amsler» с системой термостатирования до -60 С. Этот маятниковый копер с максимальной энергией удара 450 Дж предназначен для проведения испытаний по международным стандартам Шарпи и Изод, а также испытаний на ударное растяжение и по Бруггеру.
- 20. Устройство для комбинированной интенсивной пластической деформации металлической пластины Форсунки и завихрители газовых горелок (слева), обеспечивающие 3-х кратное повышение срока службы, и метизные изделия (справа) с повышенной в 2 раза прочностью, изготовленные из наноструктурированной стали. Пресс форма для равноканального углового прессования, позволяющая варьировать угол пересечения каналов в зависимости от степени деформируемости материала 1 2 3 4
- 22. Концепция многоуровневого эволюционного моделирования Lepov V., et al. 2007 Key Engineering Materials, V.345-346, P.809 10-15 с 10-10 м 106 с 102 м