Монография посвящена повышению надёжности цельнокатаных колёс, применяющихся на железнодорожном подвижном составе. Внимание к проблеме повышения надёжности колёсных пар вызвано тем, что в эксплуатации наблюдаются случаи появления усталостных трещин, а также полного излома колёс при уменьшении толщины обода. Эти случаи, хотя и носят единичный характер, представляют реальную угрозу безопасности движения. Поэтому необходимо разработать методы, позволяющие повысить усталостную прочность колёс как при изготовлении новых, так и при ремонте существующих. Решение рассматриваемой проблемы включает в себя разработку, создание и внедрение новых технических и технологических методов совершенствования конструкции колеса.Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников предприятий и научно-исследовательских организаций, работающих в области проектирования и эксплуатации подвижного состава, а также для преподавателей, аспирантов и студентов вузов железнодорожного транспорта.

ВВЕДЕНИЕ......9Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ......101.1. Условия эксплуатации железнодорожного подвижного состава и цельнокатаных колёс......101.2. Синергетическое описание роста усталостных трещин......141.3. Факторы
вызывающие усталостные разрушения в железнодорожных колёсах......241.4. Анализ основных направлений работ по повышению прочности и усталостной прочности цельнокатаных колёс при увеличении осевой нагрузки......281.4.1. Критерий надёжности цельнокатаных колёс......281.4.2. Конструкционные методы повышения усталостной прочности колёс......341.4.3. Технологические методы повышения усталостной прочности колёс......37Выводы по главе 1......40Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ
ВЛИЯЮЩИХ НА НАДЁЖНОСТЬ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЁС......422.1. Влияние коррозии на прочность цельнокатаных колёс......422.1.1. Коррозионные повреждения в изношенных железнодорожных колесах......422.1.2. Влияние структурного состояния колесной стали на развитие коррозии......542.1.3. Влияние ванадия в колёсной стали и термической обработки на механизм и скорость коррозии......592.1.4. Влияние неметаллических включений на образование коррозионных повреждений......622.1.5. Влияние неметаллических включений на механические свойства колесной стали в активных средах......752.2. Механические нагрузки
действующие на колёсную пару......792.3. Термические нагрузки......972.4. Оценка уровня остаточных напряжений......1002.5. Монтажные напряжения......109Выводы по главе 2......112Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФРАКТАЛЬНО-КИНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЕС......1143.1. Общие сведения о геометрических фракталах и фрактальной размерности......1143.1.1. Фрактал и фрактальная размерность......1143.1.2. Мультифрактальные характеристики......1173.2. Фрактографические методы фрактального анализа статистически-самоподобных структур......1223.2.1. Метод островов среза......1233.2.2. Фурье-анализ профилей......1243.2.3. Метод вертикальных сечений......1253.2.4. Метод преобразования подобия......1263.2.5. Метод R/S-анализа......1293.3. Методика фрактальной параметризации рельефа излома......1303.4. Использование фрактальных характеристик для анализа развития разрушения......1363.4.1. Связь между показателями трещиностойкости колесной стали и фрактальной размерностью......1383.4.2. Определение зависимости фрактальной размерности от механических характеристик колёсной стали......144Выводы по главе 3......151Глава 4. ПОВЫШЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЁС ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ......1524.1. Предпосылки к разработке методики расчётного определения параметров качества поверхностного слоя в зависимости от механической обработки......1524.2. Расчёт остаточных напряжений в обработанной поверхности элементов цельнокатаных колёс......1554.3. Расчёт высоты неровностей обработанной поверхности с учётом термомеханических явлений процесса резания......1704.4. Определение глубины и степени наклёпа обработанной поверхности......1744.5. Влияние параметров качества обработанной поверхности диска на предел выносливости цельнокатаных колёс......175Выводы по главе 4......182Глава 5. ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЁС ПРИ РЕМОНТЕ......1835.1. Метод повышения надёжности цельнокатаных колес......1835.2. Параметры процесса термообработки колёсной стали......1855.2.1. Нагрев стали с помощью ТВЧ......1915.2.2. Лазерная закалка......1995.2.3. Газопламенная термическая обработка......2035.3. Моделирование локальной термообработки цельнокатаных колёс......2045.3.1. Физическое моделирование......2045.3.2. Математическое моделирование......2085.3.2.1. Определение модуля упругости при растяжении......2085.3.2.2. Определение модуля упругости и коэффициента Пуассона с помощью ультразвука......2105.3.2.3. Результаты расчётов......2125.4. Экспериментальные исследования......2125.5. Оценка остаточных напряжений после локальной термообработки......2155.6. Методика и результаты натурных усталостных испытаний......220Выводы по главе 5......225ЗАКЛЮЧЕНИЕ......226БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК......226