Технология ремонта колесных пар со сменой элементов

Московский Государственный Университет

Путей Сообщения (МИИТ)

Кафедра “Вагоны и вагонное хозяйство”

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

по дисциплине:

 

”Технология производства и ремонта вагонов”

 

 

 

на тему:

 

“Технология ремонта колесных пар со сменой элементов”

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. ТВГ-412

Кузин К. С.

      Проверил:  доц. Петров А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 20 13

Введение.

Колёсные пары относятся к ходовым частям и являются одним из ответственных элементов вагона. Они предназначены для направления движения вагона по рельсовому пути и восприятия всех нагрузок, передающихся от вагона на рельсы при их вращении. Работая в сложных условиях нагружения, колёсные пары должны обеспечивать высокую надёжность, так как от них во многом зависит безопасность движения поездов. Поэтому к ним предъявляют особые, повышенные требования Госстандарта, Правила технической эксплуатации железных дорог, Инструкция по освидетельствованию, ремонту и формированию вагонных колёсных пар, а также другие нормативные документы при проектировании, изготовлении и содержании. Конструкция и техническое состояние колёсных пар оказывают влияние на плавность хода, величину сил, возникающих при взаимодействии вагона и пути, и сопротивление движению.

Работая в современных режимах эксплуатации железных дорог и экстремальных условиях окружающей среды, колёсная пара вагона должна удовлетворять следующим основным требованиям: обладать достаточной прочностью, имея при этом минимальную необрессоренную массу с целью снижения тары подвижного состава и уменьшения непосредственного воздействия на рельсовый путь и элементы вагона при прохождении неровностей рельсовой колеи; обладать некоторой упругостью, обеспечивающей снижение уровня шума и смягчение толчков, возникающих при движении вагона по рельсовому пути; совместно с буксовыми узлами обеспечивать, возможно, меньшее сопротивление при движении вагона и возможно большее сопротивление износу элементов, подвергающихся изнашиванию в эксплуатации.

 

 

1. Анализ конструкции колесной  пары.

 

Колесные пары, воспринимающие статическую и динамическую нагрузку, обеспечивают непосредственный контакт экипажа и пути и направляют подвижной состав в рельсовой колее, через них передается на рельсы нагрузка от вагона, а колесные пары жестко воспринимают все толчки и удары от неровностей пути. При следовании подвижного состава по кривым участкам пути появляются дополнительные нагрузки на колесные пары от воздействия центробежных сил, а при торможении - от тормозных сил. Бывают также случаи, когда колеса скользят по рельсам без вращения (идут юзом). Кроме того, оси колесных пар пассажирских вагонов взаимодействуют с элементами приводов электрогенераторов.

Изменение режима движения поезда, прохождение вагонов по кривым участкам и стрелочным переводам вызывают изменение направления действующих на колесную пару сил и перераспределение нагрузок на ее элементы. Поэтому при изготовлении и эксплуатации к колесным парам предъявляются высокие требования.

Типы колесных пар, их основные размеры и технические условия на изготовление определены государственными стандартами. Специальной инструкцией установлены порядок и сроки осмотра,  освидетельствования и ремонта колесных пар, а также нанесения на них знаков и клейм. Наиболее важные для обеспечения безопасности движения нормы и требования изложены в Правилах технической эксплуатации железных дорог (ПТЭ).

Колесная пара (рис. 1) состоит из оси 1 и напрессованных на нее колес 2.

 

 

Рис.1. Колесная пара

 

Тип колесной пары (см. таблицу 1.1) определяется типом оси и диаметром колес.

Колеса насаживаются на ось на равных расстояниях от ее середины так, чтобы расстояние между их внутренними гранями было в установленных пределах (см. таблицу 1.1). Правильное положение колес и прочное соединение их с осью - важные условия обеспечения безопасности движения подвижного состава по рельсовому пути. Проверка колесных пар на соответствие этим условиям осуществляется в процессе эксплуатации вагонов постоянно.

У внутренней грани колеса имеется гребень высотой 28 мм. Такая высота достаточна для предотвращения схода подвижного состава с рельсов и вместе с тем исключает возможность повреждения деталей рельсовых скреплений и стрелочных переводов. Толщина гребня, измеряемая на расстоянии 18 мм от вершины, у новых и обточенных колес составляет 33 мм. Вследствие трения гребня о головку рельса в эксплуатации эта величина уменьшается, поэтому установлены предельные нормы износа.

Таблица 1.1

Типы колесных пар и их основные размеры.

Тип колесной пары	Тип оси	Назначение оси	Диаметр колес, мм	Используются для вагонов
1	2	3	4	5
РУ1-950	РУ1	Для роликовых на горячей посадке с торцевым креплением гайкой	950	Грузовых и пассажирских
РУ1Ш-950	РУ1Ш	Для роликовых на горячей посадке с торцевым креплением шайбой	950	Грузовых
РУ-950	РУ	Для роликовых на втулочной посадке с торцевым креплением гайкой	950	Грузовых и пассажирских
Параметр			Основные размеры, мм:	Допуски
1			2	3
Расстояние между внутренними гранями колес (L) у колесных пар вагонов, эксплуатируемых в поездах со скоростями движения: -до 120 км/ч  -свыше 120 до 160 км/ч			1440 1440	+1/-2 +2/-1
Диаметры колес (D) по кругу катания колесных пар: -всех типов			950	+14
Разность расстояний между внутренними гранями колес в одной колесной паре, не более:			1,5
Разность диаметров колес по кругу катания в одной колесной паре, не более:			1.0
1			2	3
Расстояние от торца шейки оси / до внутренней грани колеса колесной пары типа: РУ1-950 РУ1Ш-950 РУ-950			374 388 420
Разность расстояний от торцов шеек оси до внутренних граней ободов колес с одной и другой стороны колесной пары, не боле:			3,0
Отклонение от соосности кругов катания колес относительно оси базовой поверхности, не более:			1,0
Ширина обода:			130	+3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Анализ износов и  повреждений колесных пар и  причины их образования.

 

Колесные пары являются одним из основных элементов ходовых частей, от технического состояния которых существенно зависит надежность работы вагона в целом. При движении колесной пары по рельсовой колее на нее действует комплекс статических и динамических вертикальных и горизонтальных сил. Кроме того, ось колесной пары испытывает дополнительные напряжения сжатия в зонах напрессовки ступиц колес на оси и ряд других эксплуатационных факторов. Сочетание комплекса этих факторов способствует возникновению в элементах колесных пар ряда неисправностей. Неисправности осей колесных пар подразделяют в общем виде на износы, трещины, изломы.

В средней части оси в условиях эксплуатации образуется ряд неисправностей, расположение которых представлено на рис. 2.1.

 

Рис.2.1. Неисправности средней части оси

 

Наиболее опасными дефектами являются поперечные трещины 1. Выполненный анализ большого количества осей с изломами в средней части показал, что подавляющее большинство трещин имеет усталостный характер и вызван многократным повторением циклических нагрузок, усиленных дополнительным влиянием загрузки вагонов сверх установленных норм, неравномерным распределением груза по кузову , усталостью металла, наличием концентраторов напряжений, а также дефектами поверхностей катания колес (ползун, выщерблина и т.д.), вызывающими дополнительные динамические нагрузки. При обнаружении поперечных трещин в оси независимо от других параметров колесная пара подлежит расформированию.

Продольные трещины 2 образуются вследствие наличия в поверхностных слоях металла дефектов Технологического происхождения в виде неметаллических включений, закатов, плен, забоин. Оси колесных пар с продольной трещиной длиной более 25 мм заменяются исправными. Браковка наклонных трещин 3 зависит от угла наклона α к образующей оси. При угле наклона 30° и менее, трещина относится к продольным, а при угле α а более 30° — к поперечным.

Трещины можно обнаружить с помощью ультразвуковой или магнитной дефектоскопии, либо визуально (в условиях ПТО) по ряду внешних признаков. Практикой установлено, что пленка краски в зоне расположения трещины плотно не прилегает к оси, а в некоторых случаях вздувается в виде пузыря или отслаивается. Более глубокие трещины могут быть обнаружены летом по скоплению пыли, а зимой по наличию инея. Объясняется это тем, что в трещине концентрируется влага, к которой летом прилипает пыль, а зимой влага превращается в иней.

Кольцевые выработки на средней части оси 4 возникают от трения вертикальных рычагов и горизонтальных тяг, неправильно собранной или неправильно отрегулированной рычажной передачи тормоза или их падения на ось. Значительная глубина истирания может привести к излому оси, поэтому колесные пары с протертостью оси глубиной, более 2,5 мм бракуются.

Забоины и вмятины 5 – механические повреждения, которые характеризуются образованием местного углубления, возникающего в результате пластической деформации от удара каким-либо предметом (чаще всего в процессе погрузки или выгрузки колесных пар). Оси колесных пар бракуются по этим дефектам, если диаметр оси в месте его расположения меньше допускаемого.

Изогнутость оси колесной пары — механическое повреждение с образованием изгиба оси в результате деформации ее от ударов при авариях и крушениях. Изогнутость определяется измерением расстояния между внутренними гранями колес в четырех точках по окружности или как биение при вращении оси в центрах. Колесные пары с изогнутостью оси к эксплуатации не допускаются.

Дефекты в подступичной части оси в основном связаны с дополнительным влиянием запрессовки ступицы колеса на ось. Наиболее опасный дефект трещина — нарушение сплошности металла в зоне контакта оси и ступицы у торца. Сразу же от поверхности трещины распространяются под углом 70...750 (рис. 2.2) внутрь подступичной части оси, а затем на глубине 2...4 мм меняет свое направление на перпендикулярное к поверхности. Наклон трещины от поверхности оси связан с давлением, оказываемым концами ступицы колеса, в сечениях которых давление возрастает в 1,5... 1,8 раза от нормального давления ступицы колеса после посадки на ось.

 

Рис.2.2. Характер образования трещины в подступичной части оси.

 

 

Причиной резкого снижения выносливости оси в этой зоне является также повреждение поверхности оси вследствие коррозии трения (фреттинг-коррозии), которая развивается на поверхностях сопряженных деталей в процессе циклического нагружения. Кроме того, при контактном трении происходят процессы микроизнашивания, химического окисления поверхности, а также развиваются электроэрозионные явления за счет возникающего при трении двух металлов термоэлектрического тока.

 

Дефекты в шейках осей:

 

Трещины в шейках осей образуются чаще всего вблизи галтелей. Основной причиной их образования в шейках осей с роликовыми подшипниками является местная концентрация напряжения в зоне торца внутреннего кольца, особенно вблизи задней галтели. Характер этих трещин аналогичен характеру трещин в подступичной части, т.е. является следствием концентрации напряжений по сечению торца внутреннего кольца роликового подшипника. С целью снижения концентрации напряжений в этой зоне необходимо выполнять разгружающие канавки вблизи задней галтели глубиной 0,04 мм.

Задиры и риски на шейках и предподступичных частях — круговой неравномерный по поперечному профилю износ. На шейках и предподступичных частях с подшипниками качения поперечные задиры и риски образуются из-за проворачивания внутренних колец подшипников и лабиринтных колец при грении букс или недостаточном натяге колец при монтаже.

 

Неисправности цельнокатаных колес:

 

Техническое состояние поверхности катания и гребня оказывает огромное влияние на плавность хода вагона и взаимодействие с путями, особенно при прохождении стрелочных переводов. Различают следующие группы неисправностей: естественные износы, термомеханические повреждения, нарушения сплошности металла.

К группе естественного износа относятся такие износы как различные виды проката поверхности катания колеса, износы гребня, ползуны и другие.

Равномерный круговой износ — прокат поверхности катания колеса h (рис. 2.3, а) в плоскости круга катания происходит от взаимодействия колеса с рельсом и тормозной колодкой. Образование проката от взаимодействия с рельсом происходит вследствие одновременного действия двух процессов: смятие волокон металла на площадке контакта колеса с рельсом и истирания металла под действием сил трения, возникающих при торможении от проскальзывания колеса по рельсу и колодки по ободу. Нарастание проката связано также с пластической деформацией.

В начальный период приработки процесс образования проката протекает в 3 раза быстрее, чем после приработки. В период приработки; кроме интенсивного износа микронеровностей поверхности катаний, происходит уплотнение верхних слоев металла и образование наклепа. Твердость наклепанного слоя может достигать НВ 470. На втором этапе образования проката металл из зоны контакта колеса с рельсом перетекает в сторону наружной грани колеса с образованием круговых наплывов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.3. Виды износа поверхности катания колес:

1 – профиль изношенного колеса;

2 – профиль неизношенного колеса.

 

По данным ВНИИЖТа среднегодовой прокат колес грузовых вагонов составляет 2,8 мм. Однако эта скорость образования проката существенно различается для колес с разной толщиной обода. Так у нового колеса грузового вагона 1 мм проката образуется за 37 тыс. км пробега, а при ободе толщиной 30...32 мм – за 22 тыс. км. Это объясняется неравномерным распределением твердости металла нового обода колеса по толщине. Так у поверхности катания нового колеса твердость около НВ 300, а на глубине до 60 мм около НВ 270.