Технология локомотивостроения - Снижение массы локомотива и улучшение использования конструкционных материалов

§ 53. СНИЖЕНИЕ МАССЫ ЛОКОМОТИВА И УЛУЧШЕНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ —  ВАЖНЫЙ РЕЗЕРВ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ
Масса изделия и коэффициент использования конструкционного материала являются важными показателями технологичности конструкции, оказывающими решающее влияние на трудоемкость изготовления и технологическую себестоимость изделия.
В результате непрерывного научно-технического прогресса, повышения степени механизации и автоматизации производства и роста производительности труда доля заработной платы в себестоимости промышленной продукции постоянно снижается, а доля материальных затрат (сырье, основные и вспомогательные материалы, топливо, энергия), наоборот, непрерывно увеличивается. Наиболее значительные структурные изменения в себестоимости промышленной продукции происходят в машиностроении и металлообработке, где научно-технический прогресс осуществляется более быстрыми темпами, чем в других отраслях промышленности. Поэтому систематическая экономия материальных затрат, особенно конструкционных материалов, и в первую очередь черных металлов, составляющих основу изделий машиностроения, имеет важное значение для снижения себестоимости машиностроительной продукции.
Влияние экономии черных металлов на производительность общественного труда состоит, прежде всего, в том, что из сэкономленного металла можно изготовить дополнительно разнообразные машины, приборы, аппараты, оборудование, использование которых повышает уровень механизации и автоматизации производственных процессов. Снижение массы машин и повышение коэффициента использования материала приводят также к сокращению трудоемкости их обработки и сборки, к уменьшению расходов на содержание и эксплуатацию технологического оборудования. Таким образом, снижение материалоемкости изделий, обусловливая экономию живого и прошлого (овеществленного) труда, является важным источником повышения технологичности машиностроительных конструкций.
Постоянная работа по снижению массы изделий и улучшению использования конструкционных материалов в транспортном машиностроении способствовала значительному уменьшению металлоемкости транспортных машин по сравнению со старыми моделями. Однако в этом отношении имеются еще большие резервы. Дальнейшее снижение массы (удельной материалоемкости2) локомотивов и повышение коэффициента использования материала в локомотивостроении может идти следующими основными путями.
Повышение мощности локомотивов в одной секции сопровождается снижением их удельной (приходящейся на единицу мощности) материалоемкости, о чем свидетельствуют данные табл. 16.

Таблица 16
Удельная материалоемкость некоторых локомотивов

2 Согласно ГОСТ 18 831—73 удельная материалоемкость изделия (Ку.м) определяется отношением сухой массы изделия к номинальному значению его основного параметра (мощности, производительности и т. п.).

Совершенствование методов расчета и конструирования локомотивов, резкое сокращение излишних запасов прочности, улучшение принципиальных и кинематических схем, применение прогрессивных типов приводов и т. п. — эффективное направление снижения массы локомотивов. Так, конструкция колесно-моторного блока тепловоза ТЭП75 за счет улучшения конструктивной схемы обеспечивает снижение массы блока примерно на 500 кг (3000 кг на машину) по сравнению с тепловозом ТЭП60. Замена крупногабаритной буксы тепловоза ТЭм² малогабаритной позволила существенно снизить массу буксового узла (масса локомотива уменьшилась при этом более чем на 1 т), значительно сократить трудоемкость обработки его деталей. Кроме того, применение малогабаритной буксы повлекло за собой уменьшение длины оси колесной пары, что, в свою очередь, позволило снизить затраты на обработку осей и дало экономию высококачественной стали марки Ос.Л.
Переход в отечественном локомотивостроении от литых рам тележек и рам с брусковыми боковинами (рис. 184, а, б) к сварнолитым конструкциям обеспечил при небольшой массе достаточную прочность рам. Конструкции сварной коробки боковины рамы (рис. 184, в, г) дают возможность получить наибольший момент сопротивления при наименьшей массе.

Рис. 184. Сечения боковин литой (а), брусковой (б) и сварных (в, г) рам тележек локомотивов
Замена обычных тепловозных холодильников холодильниками с турбулизаторами значительно уменьшает их габариты и массу (расход только цветного металла на двухсекционный локомотив сокращается на 2,5 т). Применение кузова несущей конструкции снижает массу локомотива и, кроме того, позволяет более эффективно использовать для его изготовления автоматическую сварку. Снижение массы конструкции может быть также достигнуто объединением нескольких деталей в одну, например при использовании цельнокатаных колес взамен составных и т. п.

Рациональный выбор конструкционных материалов, внедрение новых прогрессивных материалов, замена черных металлов синтетическими материалами (пластмассами и синтетическими смолами), цветными, легкими металлами и другими эффективными заменителями — один из важнейших путей снижения материалоемкости локомотивов и повышения коэффициента использования конструкционного материала. При применении пластмасс помимо снижения массы конструкции и повышения Ки.М уменьшается трудоемкость изготовления деталей и узлов благодаря сокращению в несколько раз числа технологических операций по сравнению с обработкой металлов при использовании менее сложного оборудования.

Повышение точности заготовок для деталей локомотивов приводит не только к снижению массы конструкций, но и к существенному повышению коэффициента использования материала.
В локомотивостроения в последние годы значительна возросло производство отливок такими прогрессивными способами, как литье по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, кокильное и центробежное. Однако основным технологическим процессом в литейных цехах отрасли, как уже отмечалось, все еще остается литье в песчано-глинистые формы. Поэтому дальнейшее совершенствование литейного производства является существенным резервом повышения уровня технологичности локомотивов.
Важная роль в локомотивостроения принадлежит обработке металлов давлением, причем удельный вес штампованных поковок в общем объеме кузнечной продукции постоянно увеличивается, вытесняя свободную ковку; значительно возросло также производство заготовок точной объемной штамповкой. Вместе с тем резервы кузнечно-прессового производства для совершенствования технологичности конструкций локомотивов используются еще не в полной мере.
Большое значение для экономии металла в локомотивостроения имеет рациональное использование проката, черных металлов, особенно листового проката. Благодаря постоянному совершенствованию технологичности деталей, изготавливаемых из листового проката, коэффициент его использования достигает 0,85 ... 0,95.
Дальнейшее совершенствование технологических процессов в заготовительных цехах с целью повышения точности заготовок и улучшения использования металла — важная задача локомотивостроения. Отработка конструкций новых локомотивов на технологичность должна всемерно способствовать решению этой задачи.

Внедрение экономичных видов и профилей проката, облегченных швеллеров и двутавровых балок, гнутых, тонкостенных и периодических профилей и т. д. дает значительный эффект в снижении массы локомотивов и улучшении использования конструкционных материалов. Использование, например, гнутых профилей дает экономию металла до 25%, а при применении проката периодического профиля расход металла уменьшается на 8... 35%.

Установление научно обоснованных норм удельной материалоемкости для локомотивов разных типов, их агрегатов и узлов — важная задача в снижении расхода конструкционных материалов. Прогрессивные нормативы удельной материалоемкости должны отражать современный уровень железнодорожной техники и технологии машиностроения, предусматривать использование высокопрочных экономичных материалов, точных заготовок и экономичных профилей проката с применением научно обоснованных норм прочности в конструкциях, а также учитывать опережающие требования к качеству машин.