Транспортная газета Евразия Вести

Разделы:

 Свежий номер
 Подшивка
 Материалы
 Новости
 О газете
 Редакция
 Подписка

 Консалтинг
 Лицензирование
 Сертификация
 Юридические
 услуги

 Партнеры
 Ресурсы сети
 Реклама на сайте

Поиск:


 

НАУКА


Версия для печати
Обсудить в форуме

Почему выходят из строя колесные пары?

Как показывают исследования, это обусловлено суммарным влиянием нескольких факторов. Главные из них - низкое качество металла цельнокатаных колес и ухудшение технического состояния вагонов эксплуатационного парка.

Колесная пара - ответственнейшая деталь вагона, от исправной работы которой зависит безопасность движения поездов, а замена даже одного из ее элементов представляет собой серьезную экономическую задачу. К сожалению, колесные пары зачастую выходят из строя. Вот что показывают результаты многолетних исследований, проведенных под руководством заместителя директора ВНИИЖТ В.Н. Цюренко...

Почему выходят из строя колесные пары?
Таблица 1. Показатели надежности элементов колесных пар грузовых вагонов за 1991-2001 г.
Таблица 2. Программа по повышению надежности и увеличению ресурсов цельнокатаных колес на 2001-2003 гг.
Таблица 3. Интенсивность браковки колесных пар по выщербинам колес на экспериментальном кольце
Производство цельнокатаных колес в СССР было начато в 1936 г. Ежегодно, как показала практика, имеют место единичные случаи изломов колес в эксплуатации. Основная причина изломов колес: трещины обода, ступицы и диска в зоне водильного отверстия. В 30-е - 60-е годы они были вызваны нарушениями в технологии производства колес.

Начиная с 60-х годов в эксплуатации начали выявляться цельнокатаные колеса с трещинами в зоне перехода диска к ободу. Исследования показали, что их возникновение носит усталостный характер. Эксплуатационные испытания по оценке динамической нагруженности цельнокатаных колес под вагонами, выполненные ВНИИЖТом в 70-х годах, позволили установить, что усталостные трещины у колес зависят от загрузки вагонов, толщины обода и диска и наличия на поверхности катания неровностей.

Эти дефекты проявляются преимущественно в зимнее время года, когда в приободной зоне диска возникают максимальные динамические напряжения. Этот вывод согласуется с результатами эксплуатации железных дорог СССР в 1985-1990 гг., когда вагоны загружались массой до 80 т, а колесные пары вместо 23,5 тс нагружались 25,75 тс. Именно в эти годы по отчетности МПС число изломов колес в эксплуатации многократно возросло и достигло максимальных значений (в 1991 г. - по СССР - 62 случая). При этом прослеживается четкая зависимость появления изломов от времени года. Так, более 60% изломов за последние 15 лет приходились на первые три месяца года. Что касается толщины обода, то около 90% изломов приходятся на колеса с толщиной обода 22-35 мм, причем 48,5% - на колеса с толщиной обода 26-30 мм. (табл. 1).

Нормативы на допускаемые в эксплуатации размеры дефектов на поверхности катания колес вагонов (выщербины, ползуны, навары, неравномерный прокат) устанавливались, исходя из допустимого ударного воздействия на элементы пути и обеспечения целостности в течение установленного срока службы самого колеса, оси колесной пары, подшипников качения буксы и литых деталей тележки. При этом, как требуют "Нормы расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)", допускаемый коэффициент запаса сопротивления усталости колеса, в том числе и при минимальной толщине обода 22 мм, должен быть равен двум.

Минимальная толщина обода диска цельнокатаных колес (22 мм) была установлена еще в 1937 г. исходя из условий обеспечения максимального срока службы колесной пары. По мере увеличения допускаемой нагрузки на колесо минимальная толщина обода оставалась неизменной, при этом усталостная выносливость колеса обеспечивалась за счет увеличения толщины диска последовательно с 15±2 мм до 17+3 мм и 19+3 мм.

Если считать, что основной причиной единичных случаев изломов колес является тонкий обод при наличии на нем дефектов, вызывающих динамический удар, то тогда в эксплуатации (как следует из классической в технике модели интенсивности отказов и долговечности изделий) по мере старения колес и при достижении всеми колесами предельного износа обода должно быть отмечено резкое лавинообразное увеличение числа разрушений колес. Однако, как свидетельствует многолетний опыт, в эксплуатации этого не происходит. Ежегодно отмечаются лишь единичные выходы из строя колес, обусловленные случайным увеличением напряжений в диске.

По результатам исследований разрушенных колес установлено, что единичные случаи изломов колес из-за возникновения усталостных трещин в приободной части цельнокатаного колеса могут возникнуть при перегрузе вагонов, при неблагоприятном сочетании минимальной толщины обода и наличии на его поверхности катания дефектов, превышающих нормируемые значения и приводящих, особенно в зимнее время года, к ударному характеру прикладываемых вертикальных нагрузок. Отрицательную роль также играет наличие в колесе внутренних напряжений, заложенных при изготовлении, в первую очередь при термообработке.

К основной причине резкого увеличения в 90-х годах числа колес с дефектами контактно-усталостного происхождения (с выщербинами) следует отнести снижение качества изготовления колес на металлургических комбинатах:

- недостаточная чистота металла, связанная с технологией выплавки металла и характеризуемая наличием в металле силикатных включений, подкорковых газовых пузырей, формирующихся в нижней части слитка, и неметаллических включений в поверхностном слое слитка;

- нарушение продолжительной непрерывной технологической цепочки (которая останавливается только на плановые ремонты), связанное с отсутствием в последние годы твердых планов на поставку колес, приводит к увеличению в 2-3 раза браков после простоев по химическому составу, неметаллическим включением, газовым пузырям, пленам и т.д.;

- переналадка прессо-прокатного оборудования на выпуск колес различной конструкцией поставки колес (на экспорт);

- нарушения технологии при производстве непрерывно литого металла.

Подтверждением таких выводов служат многолетние (более 40 лет) наблюдения за работой вагонов опытного состава на экспериментальном кольце ВНИИЖТ (табл. 2). Отличительной особенностью эксплуатации вагонов на опытном полигоне является то, что поезд тормозится в режиме полного служебного торможения один раз за 5 час. непрерывного движения с равновесной скоростью 65-70 км/ч. Следовательно, появление на поверхности катания выщербин может быть следствием только от длительного, постоянного контакта поверхности катания колеса по головке рельса.

Установлено, что появление в эксплуатации дефектных колес с ползунами и наварами связано с недостатками в ремонте и содержании тормозного оборудования (неправильное включение грузовых режимов воздухораспределителя или его неисправности, замедленный отпуск воздухораспределителя, неисправность авторежима или его привода и т.д.), а также с нарушениями режимов работы немеханизированных сортировочных горок при роспуске составов. Возникший на одном из колес ползун является, в дальнейшем, зачастую причиной образования в этом месте выщербины.

* * *

Для своевременного изъятия из эксплуатации колес с дефектами, оказывающими отрицательное воздействие не только на колесо, но и на ось, подшипники, литые детали тележки и на путь, ВНИИЖТом был разработан и предложен к внедрению ряд диагностирующих устройств, регистрирующих ударные нагрузки, вызываемые дефектами колес.

Внедрив к 2004 г. детекторы дефектных колес (35 ед.), железные дороги России смогут своевременно изымать из эксплуатации дефектные колеса, что существенно повысит безопасность движения и снизит эксплуатационные расходы на содержание вагонов и пути.

Для повышения эксплуатационной надежности цельнокатаных колес в 80-е годы ВНИИЖТ совместно с предприятиями Министерства черной металлургии разработали и ввели в практику систему контроля остаточных внутренних напряжений в диске, а также контроля поднутрения развала ободьев, т.е. тех отклонений от плоскости ободьев, которые характеризуют наличие остаточных внутренних напряжений, и ультразвуковой контроль ободьев. введен контроль остаточных внутренних напряжений, и ультразвуковой контроль ободьев. Была также увеличена толщина диска с 17+3 мм по ГОСТ 9036-76 до 19+3 мм по ГОСТ 9036-88.

Кроме того, из эксплуатации были изъяты колеса цельнокатаные облегченные с толщиной диска 15±2 мм, выпускаемые по ГОСТ 10830-64, а также колеса с водильными отверстиями.

Одновременно, с целью повышения усталостной выносливости колес институтом были разработаны методы упрочнения дисков механической накаткой роликами и с помощью дробеструйного наклепа.

Испытания показали, что применение дробеструйного наклепа в несколько раз повышает усталостную выносливость диска, практически полностью исключающую случаи возникновения усталостных трещин в приободной зоне. Однако широко внедрить этот метод на металлургических заводах до настоящего времени не удалось.

Институтом была разработана и испытана конструкция колеса с прямым диском, без технологических перегибов вблизи обода и ступицы. Конструкция на испытаниях показала положительные результаты, тем не менее внедрить ее не удалось, так как для этого необходима перестройка производства.

На российских железных дорогах уложены рельсы, твердость которых на поверхности головки 360 НВ, в то время как твердость колес на поверхности катания, примерно 270 НВ, многие десятилетия остается неизмененной.

В то же время стендовые контактно-усталостные, износовые и пробеговые эксплуатационные испытания показали, что оптимальное соотношение твердостей рельс и колес (по поверхностям катания) должно составлять 1:1.

Проведенное повышение твердости обода положительно сказалось на износе гребней колес, который уменьшился в 2 раза, и головок рельсов.

При этом контактно-усталостная повреждаемость колес по выщербинам на поверхности катания также уменьшается в 2 раза.

* * *

Министерством путей сообщения Российской Федерации разработана и с 2001 г. реализуется Программа по повышению надежности и увеличению ресурса цельнокатаных колес (табл. 3). Она включает в себя новую технологию литья металла для колес, их термообработку и организацию производства новой конструкции колеса.

Кроме того, были разработаны и внедрены ресурсосберегающие технологии, продлевающие срок службы колес на 20-30 %. К ним относятся: наплавка изношенных гребней колес износостойкими материалами - по 120 тыс. шт. колесных пар в год; обточка колес по ремонтному профилю на толщину гребня 27 и 30 мм - до 760 тыс. колесных пар в год.

В основу конструкции ремонтного профиля колеса по кругу катания положены полученные автором статьи результаты многолетних обмеров изношенных колес вагонов эксплуатационного парка, в результате чего был разработан профиль так называемого одноточечного контакта, нашедший широкое внедрение во всех странах мира.

Действующая в России система ремонта и технического содержания колесных пар позволяет своевременно с помощью магнитно-порошкового и ультразвукового контроля изымать из эксплуатации оси колесных пар, имеющие начальные усталостные трещины в подступичной части, в шейке и в средней части оси, не допуская их излома. Таким образом, оси колесных пар отбраковываются не по назначенному сроку службы, а по техническому состоянию.

Тем не менее ежегодно в эксплуатации имеют место редкие случаи внезапного усталостного излома осей колесных пар, которые, хотя и не носят массовый характер, представляют реальную угрозу безопасности движения (см. табл. 1).Регулярно проводимые исследования показали, что внезапные усталостные изломы осей происходят по следующим причинам:

- наличие в оси дефектов металлургического происхождения, которые не были обнаружены в процессе изготовления и текущего ремонта оси;

- перегруз оси нагрузками, превышающими нормируемые значения при загрузке вагона;

- недостаточное упрочнение накаткой роликами места перехода шейки оси от разгружающей канавки к предподступичной части. Дефект может быть устранен повторной накаткой с помощью поворачивающегося ролика.

* * *

Для улучшения сложившейся ситуации большое значение имеет внедрение ресурсосберегающих технологий. Так, наплавка гребней колес (к настоящему времени наплавлено около 700 тыс. колесных пар), обточка по ремонтному профилю позволили с 1988 г. переломить негативную тенденцию.

Однако кардинально изменить положение дел в лучшую сторону позволит только получение от промышленности цельнокатаных колес, удовлетворяющих существующим и перспективным условиям эксплуатации и необходимых, в первую очередь для вагонов нового поколения с нагрузкой на ось 25 т. Не менее важно осуществлять постоянный и пристальный контроль за содержанием колесных пар в эксплуатации, от надежной работы которых во многом зависит безопасность движения.

© Евразия Вести XII 2002







XII 2002

Евразия Вести XII 2002

МПС программирует безопасность

Реформировать не в ущерб безопасности

Безопасность обеспечивает автоматизация

Совершенствовать конструкцию, ремонт, эксплуатацию и производство тормозов

Система сертификации доказала свою эффективность

Управлять помогает компьютер

Случай на железнодорожном переезде

Безопасность движения требует правовой защиты

Страхование, проверенное временем

Вовремя предупреждать профессиональные болезни

Единственный в мире "детектор сна"

Вопросы медицинской реабилитации работников железнодорожного транспорта, связанных с движением поездов

"Локомотив" нужен не только России

Автоматика "НПО САУТ" работает безотказно

Лучшие в мире скоростемеры производит ОАО "Электромеханика"

"Транс-Сигнал" гарантирует безопасность

"Алтек" теснит конкурентов

"Инфотранс" ставит диагноз точный, надежный и своевременный

"ПИК прогресс" делает ставку на комплексные системы диагностики

"Твема" продолжает удивлять отечественных и зарубежных конкурентов

Всемирно известная Schneider Electric

Путь к повышению безопасности и комфорта

Чем заменять, лучше восстанавливать

Как обезопасить свой бизнес

PDF-формат



 

Copyright © 2003-2016 "Евразия Вести"
Разработка: интернет-студия "ОРИЕНС"

Евразия Вести