Лепов В.В.

ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера им. В.П.Ларионова СО РАН

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

Анадырь

Чокурдах

Чабыда

(Якутск)

Чара

Тикси

КуларВоркута

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.

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.)

Трасса ВСТО + «Сила Сибири»

Русло реки Кабарги. Таких переходов через реки по трассе ВСТО более 400 (©WWF)

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

Анализ повреждений колёсИсследованы 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

Дефекты колесных пар

1

2

3

4

5 61

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

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

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

Минимальные климатические температуры

Трещиностойкость –ударная вязкость

Информация к размышлению1. 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

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

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.

Инструментированныйкопер

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.

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

Экспериментальный стенд

атомно-силовой микроскопии2008-2009 гг.

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

Спасибо за внимание!

РЖД?