Как делают железнодорожные колёса? | Пресс-релизы ОМК
«И в этой пытке, и в этой пытке, и в этой пытке многократной рождается клинок булатный», — пел Теодоро, герой Михаила Боярского в фильме «Собака на сене». «Популярной механике» удалось побывать на производстве куда более мирном, однако пытки, которым подвергается сталь, прежде чем превратиться в железнодорожное колесо, оказались весьма впечатляющими и выглядели весьма инфернально.Город Выкса расположен в Нижегородской области, примерно в 200 км от областного центра, и при всей своей относительной малочисленности (54 000 человек населения) вполне годится на роль своего рода слепка всей нашей российской жизни. Здесь и более чем двухвековая славная история развития металлургической промышленности, и памятники архитектуры, и внушительный список выходцев, оставивших заметный след в истории страны. Но здесь же и упадок индустрии в 1990-х, от последствий которого город все еще не оправился, убыль населения, наконец, новые надежды на подъем. Выкса — это маленькая, но важная точка экономического роста на карте России. Развивающаяся вокруг модернизированного Выксунского металлургического завода современная инфраструктура все еще соседствует с коммунальной неустроенностью российской глубинки, а невдалеке от люксового отеля «Баташев», где в ресторане итальянский шеф, а цены — как в элитном московском общепите, можно найти улицы с грунтовыми «тротуарами» или долго обходить гигантскую лужу.
Инопланетный грунт
Выксунский металлургический завод на самом деле состоит из нескольких, разнесенных в пространстве цехов, каждый из которых являет собой вполне самостоятельное предприятие. В цехах делают металлопрокат, трубы малого, среднего и большого диаметра (в частности, для проекта «Северный поток») и железнодорожные колеса, которые прежде всего и стали объектом нашего интереса. Производители резиновых шин для автомобилей обычно гордятся высокой сложностью своих изделий (шина буквально лепится из нескольких деталей) и оригинальным рисунком протектора с волшебными свойствами.
Естественно, при взгляде на цельнометаллическое железнодорожное колесо никаких мыслей о сложности не возникает — стальной круг, и никакого тебе протектора. Но знакомство с производством этих могучих дисков — каждый весом в несколько сотен килограммов — заставляет понять: ничего простого в индустрии не бывает, да и сами колеса далеко не одинаковы, как могло бы показаться на первый взгляд.Процесс изготовления железнодорожного колеса не включает в себя никаких высоких технологий, но предъявляет высокие требования к точности всех параметров изделия — как по составу и структуре металла, так и по геометрическим формам. На линии новое оборудование работает рядом с проверенными временем агрегататами советских времен. 1. Для получения заготовок для железнодорожных колес слитки распиливаются с помощью циркулярной пилы или резцом на станке.
Все начинается с площадки в цеху колесопрокатного комплекса, на котором выложены стальные слитки весом чуть меньше четырех тонн. Эти «колбаски» лежат на каком-то сером сыпучем грунте, напоминающем видом своим пыль далеких планет, как мы ее себе представляем. «Слитки поставляются с нашего же мартеновского производства, — объясняет Вадим Филимонов, ведущий инженер колесопрокатного комплекса. — Мартеновские печи на сегодняшних металлургических предприятиях — это уже экзотика, через какое-то время и у нас их сменит электропечь непрерывного цикла. Однако качество металла, которое дает нам мартеновская печь, очень высоко и соответствует требованиям международных стандартов». Из сталеплавильного цеха слитки поступают, неся на себе серый налет, который, обсыпаясь, скапливается на площадке для слитков. Это и есть «пыль далеких планет». Раз в полгода песок сгребают бульдозером, и тогда обнажается бетонный пол.
2. Из одного слитка делается 7 заготовок. Общий вес слитка порядка 3800 кг.
Из слитка можно сделать семь колес, но прежде его надо распилить на заготовки. Делается это либо с помощью слиткоразрезных станков либо специальных пильных комплексов. Второй метод более прогрессивный и экономичный, ибо резец не отделяет заготовки друг от друга полностью, оставляя в центре перемычку круглого сечения. Тогда заготовки приходится отламывать друг от друга — и для этого нужен еще один станок и еще одна производственная операция.
3. Заготовка приобретает черты колеса на прессо-прокатной линии. Здесь ей предстоит обработка на 4 прессах и одном колесопрокатном станке.
Из огня да в полымя
Когда слиток разрезан на заготовки, его необходимо нагреть, чтобы с ним могли начать работу прессы. Нагрев происходит в двух кольцевых печах: после первой заготовка имеет температуру 1000 градусов, а вторая разогревает стальной цилиндр до 1300. Такая этапность важна для сохранения правильной структуры металла. И именно здесь начинаются те самые «пытки» стальной заготовки, которые в конце концов приводят к появлению готового изделия и выглядят чрезвычайно эффектно. Выплывающее из кольцевой печи будущее колесо встречает струя воды под сильным давлением — вода сбивает окалину. Гидросбив — важный процесс, так как если окалину не сбить, она впрессуется в структуру металла, что скажется на качестве изделия и весьма вероятно приведет к производственному браку.
4. Для снятия напряжений колеса проходят через изотермическую выдержку.
Первый пресс развивает усилие 2000 тс. На нем цилиндр просто осаживается на 40−60%, и, кроме того, с его помощью сбиваются остатки окалины с боков. На втором прессе (5000 тс) заготовка принимает уже отчетливо дискообразную форму. Металл выдавливается от центра к ободу и намечается будущее колесо.
Особое внимание уделяется контролю качества продукции. На первом этапе проводится ультразвуковое исследование: готовое колесо наполняется водой, которая используется как проводник для ультразвука.
Далее следует визуальный контроль, причем колесо с одной стороны осматривает один сотрудник цеха, а с другой стороны — другой.Тарелка и ребро
Следующая стадия после самого мощного пресса — колесопрокатный стан. На нем профиль обода колеса приобретает практически законченную форму, и главное — формируется круг катания (часть колеса, непосредственно соприкасающаяся с рельсом), в том числе гребень, или, как его иногда называют, «реборда» — та самая выступающая часть колеса, что удерживает вагон или локомотив в железнодорожной колее. Происходит раскатка колеса по внутреннему диаметру обода.
Отдельный этап контроля — нанесение на поверхность колеса магнитной суспензии и осмотр его в ультрафиолетовых лучах. Магнитная жидкость покажет все нежелательные полости и выщербины, которые могут быть не видны человеческому глазу. Все данные стекаются на специальный пост, на котором контролер принимает окончательное решение о том, годно ли колесо для эксплуатации.
На последнем прессе (3500 тс) создается окончательный профиль колеса и прошивается отверстие в ступице — в него при формировании колесной пары войдет ось. Человек, не связанный с железной дорогой, вряд ли когда-нибудь обращал внимание на то, что железнодорожные колеса могут существенно отличаться друг от друга профилем. Раньше обычно использовались плоскоконические колеса, то есть колесо имело вид неглубокой тарелки. Однако в последнее время заказчики чаще предпочитают колеса с S-образным профилем сечения. Это означает, что вокруг ступицы в таких изделиях формируется нечто вроде ребра жесткости. S-образная форма дает возможность увеличить нагрузки на колесо при сохранении или даже уменьшении его веса. Так вот, будет ли колесо плоскоконическим или получит иной профиль, зависит от штампа, установленного на 3500-тонном прессе. На нем же на колесо наносится различная маркировка, которая включает в себя, в частности, номер плавки и, согласно российскому стандарту, порядковый номер выпущенного колеса с начала года. Все это необходимо для выяснения причин поломки колеса, если вдруг таковая случится.
После выхода с прессо-прокатной линии «пытки» колеса еще далеко не закончены. Следом происходит так называемая изотермическая выдержка в специальных печах. Эта процедура необходима для того, чтобы, во‑первых, выжечь водород (на ВМЗ вакуумированная печь, и в металле водорода быть не должно, но для верности лишняя стадия очистки не помешает) и, во-вторых, для приобретения сталью заданных структурных параметров и снятия напряжений.
Кому нужен зеркальный блеск?
Отпрессованные колеса имеют еще пока достаточно грубую поверхность. На станках с ЧПУ происходит обточка колеса, и вот что интересно: для колес по стандартам РЖД обтачивается до зеркального блеска только обод. Иностранные заказчики чаще всего требуют обточки всей поверхности колеса, и для этого на ВМЗ существует специальная роботизированная линия. «Колеса без полной обработки поверхности дешевле, — объясняет Андрей Камышный, — и при этом они полностью соответствуют техническим требованиям российских железных дорог. Полная обработка поверхности имеет смысл прежде всего для высокоскоростных поездов, так как при больших скоростях критичны даже самые незначительные отклонения в балансировке. В России высокоскоростное движение — пока экзотика, и потому полностью обточенные колеса нам заказывают только зарубежные партнеры. Однако в настоящее время ВМЗ готовится к производству колес для скоростных поездов, таких как «Сапсан» и «Ласточка» (Siemens Desiro)».
Традиционное для российских железных дорог колесо с плоскоконическим профилем. Оно имеет форму тарелки.
Едва колесо покинет участок предварительной обработки, его подвергают контролю (в основном идет замер геометрических параметров) и… снова нагревают. Это необходимо для закалки обода. Разогретое докрасна колесо вращается вокруг своей оси, а на круг катания подается вода — ведь долгий контакт с рельсом выдержит только закаленный металл.
Если подойти к железнодорожному колесу — не к обточенному до зеркального блеска, а к обычному, российскому, можно увидеть на его поверхности (кроме круга катания) небольшие лунки, вмятинки. Это следы работы дробеметной установки. После закаливания обода поверхность колеса дополнительно подвергается «бомбардировке» выстреливаемых с большой силой крошечных стальных дробинок. Дробеметное уплотнение поверхности колеса, как сообщили нам на ВМЗ, повышает усталостные характеристики дисков на 30%.
Современная S-образная конструкция, с характерным ребром жесткости вокруг ступицы. Проектировать такие колеса сложнее.
Последняя стадия производства — окончательная обработка колеса. Идет расточка ступицы, обработка наружного и внутреннего диаметра колеса. Остается лишь контроль качества, к которому на предприятии подходят со всей тщательностью.
«До 2004 года, — рассказывает Андрей Камышный, — наше предприятие производило достаточно однотипную продукцию и по конструкции, и по используемому металлу. Но с тех пор мы начали диверсифицировать наш ассортимент и сейчас готовы предложить любому заказчику — отечественному или зарубежному — именно то, что требуется в конкретных условиях эксплуатации. Вот пример. С тех пор как часть грузового подвижного состава перешла в собственность коммерческих транспортных фирм, всерьез встала проблема износостойкости колес: новые собственники эксплуатируют вагоны крайне интенсивно. Наши специалисты в сотрудничестве с московскими институтами ВНИИЖТ и ЦНИИчермет им. И. П. Бардина взялись решить проблему, создав сталь марки «Т», которая в полтора раза повысила износостойкость колес, что заметно увеличило межремонтный период для грузовых вагонов.
Выксунский металлургический завод создан в 1757 г. В настоящий момент предприятие входит в Объединенную металлургическую компанию и специализируется на производстве труб большого диаметра, металлопроката и железнодорожных колес. Оказывается, проблемы экологии волновали еще императрицу Елизавету I, которая распорядилась закрыть ряд производств в радиусе 200 верст от Москвы. От указа пострадали два брата-железопромышленника Андрей и Иван Баташевы, которые были вынуждены для своего завода новое место. Их выбор остановился в частности на берегах реки Выксы. Специализацию на трубах и железнодорожных колесах ВМЗ приобрел уже в советское время. В последнее десятилетие завод постоянно модернизируется, представляя собой фактически конгломерат нескольких производственных площадок (цехов). Одной из последних новаций стало введение год назад в строй металлургического комплекса Стан-5000, специализирующийся на производстве толстого широкого стального листа для труб большого диаметра. С этого момента российские производители стальных труб фактически больше не зависят от поставок импортного листа.
Работы велись при тесном сотрудничестве со специалистами РЖД. Сотрудники нашего инженерно-технологического центра и дирекции по технологии и качеству постоянно заняты поиском оптимальных конструкций под разные эксплуатационные условия. Ведь если, например, для тяжелогруженых вагонов важна прочность стали (основная проблема там — износ гребня), то для пассажирских поездов, которые ездят быстро и часто тормозят, важнее стойкость колеса к тепловым нагрузкам, при сохранении, конечно, оптимального уровня износостойкости. В каждом случае нужен специальный металл и специальная конструкция».
Как это работает. Гироскоп
Механизм, изобретенный в начале XIX века, сегодня находит применение практически повсеместно. Гироскопы используются в системах навигации кораблей и самолетов, в мобильных устройствах, игровых приставках и квадрокоптерах. Рассказываем об удивительном гироскопе – его истории, устройстве и принципе действия.
От детского волчка до полетов в космос
В основе многих научных открытий лежит наблюдение за простыми повседневными вещами. Так и один из важных приборов, применяющихся в составе современных устройств, – гироскоп – родился из старинной детской игрушки, известной как волчок. Сильно раскрученный волчок, удерживающий вертикальное положение даже при воздействии на него внешних сил, привлек внимание ученых. Изучая его свойства, люди науки задумывались о практическом применении эффекта. Волчком интересовались англичанин Исаак Ньютон, российский академик Леонард Эйлер, опубликовавший в 1765 году труд «Теория движения твердых тел», и другие ученые.
Первые механические гироскопы появились в начале XIX века. Но только в 1852 году французский физик Леон Фуко предложил использовать устройство для контроля изменения направления и дал ему название «гироскоп». Первый промышленный гироскоп был создан в конце XIX века − австрийский инженер Людвиг Обри придумал использовать его для стабилизации курса торпеды.
Следующим шагом в истории гироскопии стало создание лазерного гироскопа. Подготовка к его «рождению» заняла практически весь XX век, ведь для этого нужно было подтянуть квантовую физику и создать новые методы обработки материалов. Разработка лазерных гироскопов началась в 1970-х годах, а массовое применение пришлось на 2000-е. Сегодня мы находимся на этапе развития нового поколения гироскопов – волновых твердотельных и микромеханических.
В наше время гироскопы применяются в самых разных областях: для стабилизации фото- и видеокамер, в мобильных устройствах и игровых контроллерах, в огнестрельном оружии и робототехнике, в гироскутерах и квадрокоптерах, в системах навигации и управления в авиации, на кораблях и в космосе. Современные гироскопы на МЭМС-технологиях могут достигать миллиметровых размеров.
Устройство механического гироскопа
Как мы уже выяснили, гироскопы различаются в зависимости от принципа действия. Волчок, или юла – это простейший вариант механического гироскопа. Если массивный волчок раскрутить до достаточно высокой скорости, он сможет долго простоять в вертикальном положении, пока не затормозится, а также практически не отклоняться по вертикальной оси при применении к нему силы. Волчок не падает благодаря тому, что вращающееся тело стремится сохранить величину своей угловой скорости и направление оси вращения. Свободно вращающийся волчок под воздействием внешней силы отклоняется не в направлении этой силы, а перпендикулярно ей. Это явление называется прецессией.
Рассмотрим устройство на примере чуть более сложного роторного гироскопа с тремя степенями свободы. Подобный гироскоп, способный выполнять роль гирокомпаса, демонстрировал Леон Фуко. Три степени свободы гироскопа обеспечиваются с помощью карданового подвеса. Он состоит из двух колец: большого кольца, которое может вращаться вокруг вертикальной оси, и малого кольца, вращающегося вокруг горизонтальной оси. Внутри малого кольца закрепляется вращающееся тело – ротор. В результате благодаря кардановой системе подвеса ось ротора может иметь любое направление.
Механический гироскоп в движении
Для начала работы ротор раскручивается: чем быстрее раскручено колесо ротора, тем выше его сопротивление изменениям направления оси вращения. Как бы мы ни вращали все устройство, движущийся внутри него ротор сохраняет направление оси вращения в пространстве.
На этих свойствах вращающегося гироскопа основана работа гирокомпаса. Например, в авиации гирокомпас позволяет определять положение самолета в отсутствие ориентиров. Если самолет кренится в продольной или поперечной плоскости, с помощью гирокомпаса пилот увидит это отклонение по приборам. Кроме того, гирокомпас необходим в работе автопилота.
При очевидной полезности у механического гироскопа есть ряд недостатков. Для его стабильной работы нужны уникальные подшипники и предельная балансировка. Кроме того, на точность показаний влияет неизбежное трение в осях устройства.
Лазерный гироскоп − до сих пор на высоте
Избавиться от перечисленных слабых мест механики удалось в гироскопах следующего поколения − лазерных. В основе работы лазерного гироскопа – эффект Саньяка, открытый еще в 1913 году. Его суть заключается в том, что время прохождения светового луча по замкнутому контуру зависит от того, покоится или вращается данный контур, а также от направления его вращения. Применить этот эффект в гироскопии удалось только с появлением лазеров.
Первые работы по созданию лазерного гироскопа были начаты практически одновременно в США и СССР. В 1962 году американские ученые В. Мацек и Д. Девис создали и запустили первый макетный образец лазерного гироскопа на базе кольцевого газового He-Ne-лазера. В середине 1963 года аналогичный результат был достигнут советскими учеными Л.Н. Курбатовым (НИИПФ) и В.Н. Курятовым (НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха, сегодня входит в холдинг «Швабе» Ростеха).
Бесплатформенная навигационная система БИНС-СП-1 с лазерным гироскопом
Впоследствии наиболее значимые разработки лазерных гироскопов были организованы в НИИ «Полюс» под руководством его основателя М.Ф. Стельмаха, а начиная с 1969 года запущено промышленное производство и поставки серийных образцов.
Сегодня применяются лазерные гироскопы трех основных типов – вибрационный, фарадеевский и зеемановский. У первого частотная подставка основана на механическом реальном вращении гироскопа путем угловых вибраций, у второго и третьего – на искусственном, электрически управляемом расщеплении частот встречных волн в гироскопе. Лазерные гироскопы используются в составе инерциальных навигационных систем, позволяющих определять местоположение самолета без опоры на внешние источники информации.
Помимо НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха на сегодняшний день масштабными производителями лазерных гироскопов являются Раменский приборостроительный завод и Тамбовский завод «Электроприбор», входящие в «Концерн Радиоэлектронные технологии». Их гироскопы применяются в навигационных устройствах, которые устанавливаются на десятки моделей российских самолетов и вертолетов. Несмотря на общую тенденцию к миниатюризации техники и на совершенствование гироскопов на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС-технологии), лазерные гироскопы в силу своей высокой точности продолжают доминировать на рынке навигационных устройств.
Колеса для заделки — Schlagel Manufacturing
Колеса для сеялок Posi-Close агрессивно разрушают семенную борозду, создавая превосходный контакт семян с почвой для лучшего появления всходов и устойчивости урожая.
Они предназначены для предотвращения образования корки и запекания, оставляя мягкую мульчу на поверхности семенного ложа. И не нужно беспокоиться о том, что семенная траншея снова откроется. Благодаря запатентованной конструкции «горизонтального стержня» и широкому проходу наши заделывающие колеса буквально уничтожают семенную борозду и практически исключают любую возможность размывания или сильного уплотнения.
PW-193
PW-066
PW-065
PW-293 С колесами
Информация о продукте
PW-193NT
Совместимость
- Включает большинство сеялок серии 1700, произведенных с конца 1990-х годов по настоящее время.
- Case-IH серии 800-900 и 1200
- Great Plains – сеялки Yield-Pro
- John Deere – MaxEmerge PLUS, XP, PRO
- Кинзе — 1993-настоящее время
- Моносем
- Белый – серии 5000, 6000 и 8000
Колеса крепятся к сеялке с помощью болта 5/8 дюйма или 16 мм с прокладками/шайбами для регулировки расстояния.
Примечание
Для некоторых ранних сеялок серии 1700 MaxEmerge 2 требуются другие колеса. MaxEmerge (7000-7100) и MaxEmerge 2 (7200-7300 — начало 1700), которые имеют модернизированные хвостовики, обычно используют этот тип колеса.
Белые сеялки с системой заделывающих колес одинарной ширины не будут работать с колесами Posi-Close. Мы рекомендуем переоборудовать сеялку на двухколесную систему V-образного типа. У нас нет комплекта для переоборудования для White, но его можно приобрести у местного дилера White. После переоборудования одноколесных систем на сеялку можно установить колеса PW-193NT.
Для одноколесных сеялок серии 5000 необходимо заказать адаптерный кронштейн для облегчения работы наших заделывающих колес. Кронштейн можно приобрести в S.I. Distributing (800-368-7773), номер по каталогу PLT125001.
PW-066NT
Совместимость
- John Deere MaxEmerge2 серии 7200, 7300 и ранние серии 1700
Колеса насаживаются на вал хвостовика и удерживаются левой и правой гайками. С этими колесами можно использовать оригинальный пылезащитный колпачок.
примечание
Некоторые сеялки были обновлены до новых чугунных хвостовиков и требуют PW-193NT (см. ниже). Пожалуйста, позвоните нам, если у вас возникнут вопросы, и мы будем рады найти подходящее колесо для вашей конкретной сеялки.
PW-065NT
Совместимость
- John Deere MaxEmerge 7000-7100
- Кинзе (1965-1992)
Колеса крепятся через шпиндель подшипника, скользящий в трубку на хвостовике, и крепятся с помощью цилиндрических штифтов 1/4″.
Примечание: Некоторые сеялки были обновлены до новых хвостовиков и требуют PW-193NT. Если ваши насадки изношены, мы настоятельно рекомендуем вам установить более новые насадки вторичного рынка.
Примечание
Колеса включают крепежные детали (показаны ниже) для крепления центральной ступицы к внешнему кольцу.
PW-293
Совместимость
- Case-IH серии 800-900 и 1200
Эти сеялки имеют систему заделывающих колес одинарной ширины и должны быть преобразованы в систему двойных колес V-образного типа для установки наших колес Posi-Close. Преобразование может быть выполнено с помощью нашего комплекта PW-293, который требует удаления существующих рычагов и колеса. Однако комплект можно использовать как с оригинальными закрывающими дисками сеялки, так и без них.
Примечание
Закажите один комплект для переоборудования и одну пару колес на ряд. Крепления для колес входят в комплект для переоборудования.
Заделывающие колеса в действии
PW-193NT PW-193NT PW-193NT PW-193NT PW-193NT PW-193NT PW -193NT ПВ-293 ПВ-293 ПВ-293 youtube.com/embed/-cbpAxkwSh0?wmode=transparent&rel=0&feature=oembed» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen=»»>Фермер из Айовы находит закрывающее колесо для любых условий
Furrow Cruiser работает в любых условиях
Билл Даррингтон занимается фермой со своим сыном в холмах западной Айовы.
Он сталкивается с различными условиями на своей земле, включая грязный черный гамбо, песчаное дно реки и изогнутые холмы.
Вот почему он ценит заделывающие колеса Furrow Cruiser от Copperhead Ag.
«Для моих условий Furrow Cruiser работает безупречно в любых условиях, с которыми мне приходится справляться».
Билл впервые узнал о заделывающих колесах Furrow Cruiser от Кевина Кимберли из Kimber Ag Consulting в Максвелле, штат Айова.
«Кевин заставил меня попробовать Furrow Cruiser, когда он только вышел», — говорит Билл. «Мы были впечатлены и купили полный комплект для наших двух сеялок для кукурузы».
«С тех пор мы без них ни одного ряда не засеяли. И это помогло нашей урожайности».
Чем отличается Furrow Cruiser?
Заделывающие колеса Furrow Cruiser имеют шипы и расположены под углом. Они работают, чтобы крошить боковую стенку для улучшения контакта семян с почвой.
«Колесо из твердой резины ведет себя как паровой каток, — говорит Билл. «Если идут сильные дожди, он может запечататься и стать очень уплотненным».
«У бороздового крейсера ямки в узоре, оставленном колесом, позволяют росткам легко прорастать. Мы больше не видим листьев под землей. Ростки могут пробиться сквозь борозду».
Билл также доволен улучшенной однородностью, которую он видит. «Мы склонны к более равномерному прорастанию. Все растения начинают всходить в одно и то же время».
Многие акры Билла холмистые. «Двигаясь вдоль холмов, сеялка немного приподнимется вниз по склону, а колеса с шипами будут давить на верхнюю часть ряда».
«Даже когда колесо на борозде движется по борозде, а не рядом с ней, волнистость колеса по-прежнему создает среду, в которой семя может пробиться сквозь бороздку», — говорит он.
Простота установки и использования
«Установка очень проста, — говорит Билл.