Организация ремонта колесных пар в вагонно-ремонтном депо ст. Московка

б) кратчайшие пути перемещения ремонтируемых вагонов.

Площадь территории депо, размеры вспомогательных зданий и сооружений, количество тракционных путей определяются с учетом специализации депо и местных условий (кооперация производственно-ремонтных работ, паро- и водоснабжения, канализации, энерго- и воздухоснабжения, стирки, ремонта спецодежды, обуви и др.).

Кроме основного здания на территории располагаются:

- котельная;

- трансформаторная подстанция и компрессорная (если отсутствует питание воздухом и электроэнергией от других предприятий);

- склад колесных пар и запаса тележек;

- очистные сооружения;

- инженерно-технические сооружения ГО;

- специальные площадки в соответствии со СНиП - 89-80.

Склад (парк) колесных пар оборудуется сдвоенной рельсовой колеей, козловым или мостовым краном грузоподъемностью 5 т. Площадь склада определяется в зависимости от производственной программы по ремонту вагонов и колесных пар. На складе должны размещаться колесные пары (не менее пятисуточной программы ремонта).

Расчетная длина пути, приходящаяся на одну колесную пару при размещении ее на сдвоенной рельсовой колее, составляет 0,66 м, расчетная ширина с учетом проходов между рядами колесных пар - 2,4 м. Длина двуосной тележки - 2,9 м, ширина с учетом прохода между рядами тележек - 3,5 м.

Территория депо по ремонту грузовых вагонов должна иметь ограждения и охранное освещение в соответствии с СН 441-72 “Указания по проектированию ограждений площадок и участков предприятий, зданий и сооружений”.

Производственные здания депо должны иметь санитарно-защитную зону не менее 100 м.

Санитарно-защитная зона не может рассматриваться как резервная территория депо. Она должна быть оборудована и озеленена по проекту благоустройства, разрабатываемому одновременно с проектом строительства депо.

Путевое развитие депо предусматривает укладку следующих железнодорожных путей:

- для размещения вагонов, ожидающих постановки в ремонт и отправки вагонов после ремонта;

- при необходимости для наружной обмывки и предварительной очистки вагонов;

- для ввода и вывода вагонов из ремонтного здания;

- для склада колесных пар и тележек;

- для подачи вагонов к складам запчастей, жидкого и твердого топлива к котельным;

- для обгона подвижного состава.

Суммарная длина путей для размещения вагонов, ожидающих постановки в ремонт, рассчитывается на размещение не менее двухсуточной программы ремонта депо, а для размещения вагонов, ожидающих отправки после ремонта, - не менее суточной программы.

Минимальная плотность застройки в границах территории депо должна быть не менее 40 %.

При разработке генерального плана депо необходимо предусмотреть возможность дальнейшего расширения зданий депо с наименьшими затратами, двухстороннее примыкание путей депо к станционным путям и рациональное архитектурное решение проекта.

Схема генерального плана вагонного ремонтного депо Московка (ВЧД-3) представлена в приложении А.

3 Организация производства вагонного ремонтного депо Московка

3.1 Основные принципы организации производства

В вагонных депо при ремонте полувагонов применяются два метода ремонта вагонов:

- поточный метод;

- стационарный метод.

Организация производства при поточном методе:

а) ремонт вагонов производить на ремонтных позициях поточно-конвейерных линиях вагоноремонтного участка;

б) за каждой ремонтной позицией закреплять выполнение определенного объема работ (специализация позиций);

в) ремонтные позиции обеспечивать неснижаемым запасом исправных деталей сборочных единиц;

г) ремонтные позиции оборудовать средствами технологического оснащения, обеспечивающими выполнение работ в ритме работы вагоноремонтного участка;

д) ремонт тележек вагонов, колесных пар и других сборочных единиц и деталей производить в специализированных участках и отделениях;

е) тележки возвращать под свой вагон.

При стационарном методе объекты ремонта стоят неподвижно на одном месте. Рабочие различных профессий перемещаются от объекта к объекту и выполняют в определенной последовательности необходимые технологические операции по смене деталей и узлов на кузове. По кузову вагона производят сварочные работы. При выполнении этих работ должна соблюдаться определенная технология. Порядок движения рабочих различных квалификаций по объектам ремонта разрабатывается и устанавливается организаторами производства. Он должен быть таким, чтобы операции на вагоне выполнялись в определенной последовательности за минимально возможное время. Порядок выполнения операций диктуется технологическим процессом и требованиями охраны труда [2].

3.2 Режим работы

Годовая норма рабочего времени при пятидневной рабочей неделе с двумя выходными днями (40 часов) на вагонном ремонтном депо Московка составляет 1987 часов. Количество календарных дней в году составляет 365, количество рабочих дней в году - 249, количество выходных и праздничных дней - 116.

Среднемесячное количество рабочих часов составляет 165,58 часа.

3.3 Ремонт вагонов

До подъемки вагонов производят разъединение тормозных тяг и вертикальных рычагов тележек. В начале два слесаря-автоматчика по одному разъединяют тормозные тяги, затем мостовым краном грузоподъемностью 5 т через полиспаст слесарь по ремонту подвижного состава, имеющий право на выполнение стропальных работ, производит подъемку вагонов и их установку на ставлюги в присутствии сменного мастера.

Подъемка вагонов осуществляется захватом за головку автосцепки. При этом автосцепка не должна иметь дефектов, которые могут привести к ее излому. Вагоны, имеющие более 27 тс, поднимают переносным электродомкратом грузоподъемностью 40 тс с захватом опорной поверхности массы тары домкрата в окно ударной розетки. На опорной поверхности электродомкрата выкладывают деревянную прокладку толщиной 15-20 мм. Подключение и отключение переносного электродомкрата производит дежурный слесарь-электрик. При не-обходимости правки торцевых стоек крытого вагона сменный мастер до постановки вагонов в цех делает разметку “не разъединять”. После постановки вагонов в цех производится правка торцевых стоек вагонов пневмодомкратом. После нагрева торцевой стойки в месте прогиба пневмодомкрат, удерживаемый мостовым краном, располагают между двумя рядом стоящими вагонами и постепенно подают сжатый воздух. При этом пневмодомкрат основанием упирается в исправную стойку крытого вагона, а штоком с насадкой ставят на погнутую торцевую стойку ремонтируемого вагона. Затем, по окончании правки стоек, вагон продвигают на ремонтную позицию посредством цепного транспортера. Подъемка вагонов производится поочередно с одного и другого конца вагона. Перед подъемкой одного конца вагона обе колесные пары тележки противоположного конца вагона с двух сторон закрепляют тормозными башмаками. Под поднятый конец вагона подводят поворотные опоры стационарных ставлюг под углом 900 к кузову вагона, при этом вагон опирается на ставлюги шкворневыми балками, и фиксируют в таком положении фиксаторами. Вагон опускают равномерно без перекосов, с захватом конца опоры не менее 60 мм.

После подъемки вагонов и установки их на ставлюги, тележки из-под вагонов подают в тележечное отделение посредством цепного транспортера. Тележки из под вагонов первого пути подаются транспортером до моечной машины, затем толкателем через моечную машину в тележечный цех. Тележки из-под вагонов второго пути подают также цепным транспортером на транспортный путь тележечного отделения. Одновременно цепным транспортером подают не более двух тележек. Слесарь отсоединяет цепочку автосцепки, отворачивает болты клина тягового хомута. Стропальщик с помощью мостового крана и захватного приспособления снимает автосцепку с вагонов и укладывает ее на технологическую тележку для транспортировки в отделение по ремонту автосцепок, где они ремонтируются в соответствии с технологическим процессом ремонта автосцепного оборудования.

Два слесаря приступают к замене фрикционных аппаратов. Для этого подводят подъемник, отворачивают болты и снимают поддерживающую плиту, снимают поглощающий аппарат и подают его в ремонт. Далее слесаря осматривают состояние упорных угольников хребтовой балки, отремонтированный поглощающий аппарат, поддерживающую планку, крепят ее болтами. Стропальщик ставит головку автосцепки. Слесарь закручивает болты цепочки автосцепки и шплинтует их. Эти операции повторяют с другим поглощающим аппаратом. Одновременно другие слесари этой группы выправляют все элементы рамы и кузова, заменяют негодные детали, подгоняют усиливающие накладки по месту.

Отремонтированные тележки слесари подкатывают под вагон, производят крепление клина тягового хомута, опускают вагон. При необходимости слесари производят выправку нагрузочных люков, дверного рельса, зонта двери, поручней, подножек и других деталей. Ремонт вагонов осуществляется согласно технологических карт по ремонту вагонов.

Малярные работы, нанесение знаков и надписей производится в вагоносборочном цехе. Окраску вагонов, нанесение знаков и надписей производит маляр, совмещающий профессию трафаретчика. Сушка вагонов после окраски производится в естественных условиях.

Узлы вагона, поступающие на сборку, должны быть отремонтированы в соответствии с требованиями “Руководства по деповскому ремонту грузовых вагонов” ЦВ-587. Установка отремонтированных или новых узлов и деталей автосцепного устройства должна соответствовать требованиям “Инструкции по ремонту и обслуживанию автосцепного устройства подвижного состава” ЦВ-ВНИИЖТ-494. Установка отремонтированных узлов и приемка собранного тормозного оборудования должна производиться в соответствии с требованиями “Инструкции по ремонту тормозного оборудования вагонов” ЦВ-ЦЛ-292. Под вагоны подкатывают отремонтированные тележки одного типа и одной базы. Трущиеся узлы тележек, подпятники, пятники, скользуны смазывают солидолом. Узлы вагона, оборудование и приборы, подвергающиеся испытанию, проверкам, принимают в процессе ремонта мастера и бригадиры соответствующих цехов и отделений и контролируют приемщики вагонов.

Отремонтированные вагоны сдают приемщику вагонов, заместителю начальника депо по ремонту вагонов, старшему мастеру сборочного цеха или сменному мастеру при отсутствии старшего. На каждый отремонтированный вагон составляется акт формы ВУ-36М, который подписывает заместитель начальника депо по ремонту вагонов и приемщик.

Затем вагоны маневровым локомотивом передаются на пути накопления и дальше на станцию под погрузку.

4 Организация ремонта колесных пар

4.1 Назначение, состав и техническая характеристика участка по ремонту колесных пар

Производственный участок по ремонту колесных пар вагонного депо Московка расположен в основном здании депо, рядом с участком деповского ремонта цистерн и предназначен для участкового ремонта колесных пар без смены элементов и ревизии букс с роликовыми подшипниками.

Технологический процесс ремонта колесных пар на участке организован по поточному методу и выполняется на специализированных ремонтных позициях, оснащенных оборудованием в соответствии с требованиями нормативно-технической документации на ремонт колесных пар.

Участок по ремонту колесных пар состоит из следующих отделений: колесный парк, отделение для осмотра и обмывки колесных пар, отделение дефектоскопирования колесных пар, отделение для производства обыкновенного освидетельствования колесных пар и промежуточной ревизии буксовых узлов, колесотокарное отделение, сварочное отделение, производственный участок роликовых подшипников.

Очистка средней части оси и дисков колес производится в специальной установке, обмывка колесных пар, корпусов и деталей букс, подшипников производится в моечных машинах. Для перемещения колесных пар, корпусов букс на участке по ремонту колесных пар имеются кран-балки. Выявление трещин и скрытых дефектов колесной пары осуществляется методом неразрушающего контроля. Ультразвуковому методу контроля при помощи дефектоскопов УД2-12, УД2-102 или УСК-4 подвергаются следующие элементы колесных пар: гребень, диск, обод, средняя часть оси, шейка и предподступичная часть оси, подступичная часть оси.

4.2 Организация труда на участке по ремонту колесных пар

Участок по ремонту колесных пар находится в оперативном и административном подчинении у начальника вагонного депо и его заместителя по ремонту вагонов. Руководство участком осуществляет мастер.

Основные виды работ, выполняемых на участке:

1) в отделении по ремонту колесных пар:

а) обмывка колесных пар;

б) осмотр, инструментальный обмер колесных пар, определение объема ремонта;

в)дефектация колесных пар;

г) наплавка, обточка колесных пар.

2) в отделении ремонта буксовых узлов:

а) демонтаж букс;

б) промывка подшипников, корпусов букс и деталей буксового узла;

в) осмотр, ремонт и комплектовка подшипников;

г) монтаж букс;

д) производство промежуточной ревизии букс.

Работа участка по ремонту колесных пар организована в две смены по 11 часов. В каждой смене по 2 бригады, из них одна занята ремонтом колесных пар, другая - ремонтом букс с роликовыми подшипниками. Неразрушающий контроль элементов колесных пар и деталей буксового узла производят дефектоскописты цеха неразрушающего контроля [3].

4.3 Ремонт колесных пар

Для обеспечения безопасности движения на сети дорог в соответствии с ПТЭ принята система проверки технического состояния и своевременного изъятия из эксплуатации колесных пар, состоящая из ряда мероприятий: осмотров колесных пар под вагонами, обыкновенного и полного освидетельствований.

Колесные пары под вагонами осматривают на технических станциях на ходу в момент прибытия, после остановки и перед отправлением поезда.

Обыкновенное освидетельствование производится при каждой подкатке колесных пар под вагон, если они при этом не подвергались полному освидетельствованию.

Полное освидетельствование колесных пар производится при: формировании и ремонте колесных пар со сменой элементов; опробовании ступиц на сдвиг; неясности клейм и знаков последнего полного освидетельствования; после крушений и аварий; полной ревизии роликовых букс; капитальном ремонте вагонов [4].

При обыкновенном освидетельствовании колесных пар осуществляют:

а) предварительный осмотр колесных пар до очистки с целью лучшего выявления ослабления или сдвига ступиц колес на оси и трещин в элементах;

б) очистку от грязи и смазки;

в) проверку неразрушающим контролем деталей колесной пары в соответствии с приложением Б;

г) осмотр, а также проверку соответствия размеров и износов всех элементов установленным нормам;

д) промежуточную ревизию букс колесных пар.

После обыкновенного освидетельствования знаки маркирования и клеймения на колесные пары не наносятся.

Полное освидетельствование производится:

а) при неясности клейм и знаков последнего полного освидетельствования на торце шейки оси;

б) при отсутствии бирки на буксе или неясности клейм на ней, обнаруженных при ремонте или подкатке колесных пар;

в) выкатываемым и подкатываемым колесным парам, проходившим последнее полное освидетельствование четыре и более лет, а также колесным парам срок службы которых 15 лет и более, кроме колесных пар, ранее проходившим последнее освидетельствование не более 3-х месяцев;

Примечание. Разрешается производить обыкновенное освидетельствование колесным парам, срок службы которых 15 лет и старше, при условии дефектоскопирования осей.

г) после крушений и аварий поездов всем колесным парам поврежденных вагонов;

д) после схода вагона с рельсов (колесным парам сошедшей тележки);

е) через две обточки по предельному прокату или другим неисправностям ободьев цельнокатаных колес;

ж) после выполнения допускаемых вырубок волосовин, неметаллических включений и других пороков на оси в пределах установленных норм;

з) при наличии на поверхности катания неравномерного проката 2 мм и более ползуна и навара 1 мм и более разности диаметров колес на одной оси 3 мм и более;

Примечание. Проверка неравномерного проката производится измерением его в сечении с максимальным износом и с каждой стороны от этого сечения на расстоянии до 500мм;

и) при полной ревизии букс;

к) при недопустимом грении буксы или повреждении буксового узла, требующего демонтажа букс;

л) при производстве сварочных работ на кузове вагона или тележке без соблюдения требований п. 1.7 «Инструктивных указаний по эксплуатации и ремонте вагонных букс с роликовыми подшипниками» 3-ЦВРК;

м) при капитальном ремонте вагонов;

н) при формировании и ремонте колесных пар со сменой элементов;

При полном освидетельствовании производят:

а) предварительный осмотр до очистки с целью лучшего выявления ослабления или сдвига ступицы колеса на оси и трещин в элементах;

б) контроль вихретоком, ультразвуком и магнитная дефектоскопия производится в соответствии с РД 32.174, РД 32.150, РД 32.149, РД 32.159;

в) демонтаж букс без снятия внутренних и лабиринтных колец при условии проверки осей специальным щупом ультразвукового дефектоскопа.

Внутренние и лабиринтные кольца у букс с двумя цилиндрическими подшипниками на горячей посадке снимают при их неисправности, а также при отсутствии специального щупа ультразвукового дефектоскопа.

г) очистку от грязи, смазки и краски;

д) проверку магнитным дефектоскопом шеек и предподступичных частей осей колесных пар после снятия внутренних и лабиринтных колец в соответствии с приложением Б;

е) проверку магнитным дефектоскопом внутренних колец подшипников без снятия их с шейки оси в соответствии с приложением Б.

ж) проверку дефектоскопом средней, части оси в соответствии с приложением Б;

з) проверку подступичных частей осей ультразвуковым дефектоскопом в соответствии с приложением Б;

и) осмотр всех элементов колесной пары, а также проверку соответствия их размеров и износов согласно 3-ЦВРК и ЦВ/3429.

После полного освидетельствования на торцах шеек осей колесных пар, признанных годными, выбивают установленные инструкцией ЦВ/3429 клейма и знаки [3].

На участке по ремонту колесных пар вагонного депо Московка производится ремонт колесных пар без смены элементов. Основной задачей этого ремонта является восстановление геометрии поверхности катания и гребня колеса. Основным методом восстановления геометрии является обточка на колесотокарных станках. Применяются станки Краматорского станкозавода модели 1836 М 10 (КЗТС).

При восстановлении профиля поверхности катания обточкой необходимо обеспечить обработку с минимально необходимой глубиной резания. Но это вызывает большие трудности, так как проточка будет проходить по твердому наклепанному слою металла поверхности катания колеса. Чтобы исключить эту трудность, искусственно увеличивают глубину резания, и обточка идет по ненак-лепанному металлу, но это уменьшает число последующих переточек, а значит и срок службы колес.

Для ликвидации этого недостатка разработаны конструкции установок для предварительного отжига поверхности катания колеса. Наиболее эффективными установками отжига являются установки с индукционным нагревом токами высокой частоты, обладающие способностью быстро прогревать верхние слои металла до высоких температур, тем самым снижая наклеп. Применение такой технологии позволяет обтачивать колесные пары со снятием стружки минимальной толщины, удлиняет срок службы колес примерно в два раза, дает экономию на режущем инструменте.

В последние годы резко интенсифицировался износ гребней, а восстановление геометрии поверхности катания и гребня обточкой на станке при самых передовых технологиях приводит к снижению срока службы колесных пар. Поэтому встал вопрос восстановления гребней наплавкой.

Колеса изготавливаются из среднеуглеродистой стали, которая является трудносвариваемой, при сварке и наплавке которой во избежание образования горячих (кристаллизационных) трещин в наплавленном металле и холодных трещин в околошовной зоне требуется выполнение целого ряда условий.

Для этого была разработана специальная технология наплавочных работ на базе шеечно-накатного станка ХАД-112, которая предусматривает предварительный нагрев колес в зоне гребня до t = 250 °С, наплавку в специальных кабинах с целью исключения образования сквозняков в зоне сварочного поста и последующее замедленное остывание колес после наплавки в специальных термостатах. При этом запрещено устанавливать наплавленные колесные пары на рельсы.

После наплавочных работ производится обточка колес по кругу катания, как это описано выше.

Далее колесная пара подвергается магнитно-порошковой дефектоскопии средней части оси, ультразвуковой дефектоскопии подступичных частей и шеек, если не производился съем внутренних колец роликовых подшипников на горячей посадке, и вихретоковая дефектоскопия дисков колес в соответствии с инструкцией.

После измерения параметров колесной пары в соответствии с инструкцией колесная пара в случае соответствия всем требованиям подвергается клеймению и окраске [4].

4.4 Размещение оборудования на участке по ремонту колесных пар

Производительность колесных участков в значительной степени зависят от рациональной компановки отделений, оптимального размещения производственного, подъемно-транспортного оборудования на площади участка. Планировка должна обеспечить максимальную прямо точность производственного процесса, непрерывность в движении и наименьший грузооборот колесных пар и их элементов в процессе ремонта, а также рациональное использование площади и объема здания колесного участка.

Кроме того, в процессе планировки оборудования учитывают необходимость обеспечения экономии трудовых движений рабочих и их наименьшую утомляемость. Рациональная планировка оборудования требует соблюдения и ряда других условий, таких, например, как удобство разборки оборудования при ремонте, выделение площадок для размещения оснастки, межоперационных заделов, удобство подачи инструментов, вспомогательных материалов, применение многостаночного обслуживания, соблюдение правил техники безопасности.

Вместе с тем схема планировки оборудования должна предусматривать возможность внесения в нее изменений в процессе совершенствования технологического процесса ремонта колесных пар. При компоновке отделений участка и размещения станков в линии необходимо предусматривать кратчайшие пути движения колесных пар при их ремонте, и не допускать обратных, кольцевых и петлеобразных движений, создающих встречные потоки и затрудняющих транспортирование колесных пар.

При расстановке оборудования руководствуются регламенитированными размерами промежутков (разрывов) между оборудованием в предельном и поперечном направлениях и размерами расстояний от стен и колонн. Колесные участки вагонных депо имеют различную компоновку отделений, на которую оказывают влияние такие факторы, как размеры цеха (длина и ширина пролетов), виды подъемно-транспортных средств, применяемых на участке, расположение колесного участка относительно тележного отделения и колесного парка. От компоновки отделений зависит направление потока колесных пар и их элементов в процессе освидетельствования и ремонта. По маршрутной линии движения судят о прямоточности и грузообороте колесных пар при их ремонте. Месторасположение колесного парка депо, как правило, определяется особенностями генерального плана депо, а также станции, где депо расположено.

Перечень оборудования на участке по ремонту колесных пар представлен в приложении В.

4.5 Расчет оборудования участка по ремонту колесных пар

Для обеспечения работы участка по ремонту колесных пар необходимо иметь достаточное количество колесотокарных станков.

Расчет необходимого количества колесно-токарных станков ведем по формуле (4.1):

, (4.1)

где N - годовая программа работ по обработке колесных пар, N =12000 кп,

C - затраты станко-часов на обработку колесной пары, C=0,84,

Фдст - действительный годовой фонд времени станка с учетом сменности, Фдст=4015,

Kисп - коэффициент использования станка во времени, Kисп=0,8-0,9.

Расчет был произведен для колесотокарного станка модели UBB-112, используемого в данный момент на участке по ремонту колесных пар. В настоящее время используется 2 станка для обточки колесных пар модели UBB-112:

- выпущенный в 1984 г., подвергавшийся капитальному ремонту в 2007г.

- выпущенный в 1989 г., подвергавшийся капитальному ремонту в 2006г.

Для выполнения заданной программы ремонта необходимо увеличение количества станков или замены их на более современные и мощные. Но так как увеличение станков невозможно, так как недостаточно места на участке по ремонту колесных пар для их расположения, поэтому заменим старую модель станка на более новую модель РТ905Ф1. Произведем расчет необходимого количества станков модели РТ905Ф1 по формуле 4.1.

4.6 Пути увеличения надежности и долговечности колесных пар

Срок службы колесных пар зависит от большого количества факторов: от условий эксплуатации, от конструктивного оформления колесных пар, качества стали и технологии изготовления.

Срок службы колес можно продлить за счет уменьшения числа обточек и толщины снимаемого слоя металла при каждой обточке. Поэтому необходимо строго следить, чтобы при обработке колес по кругу катания снимался минимальный слой металла.

Число переточек можно уменьшить за счет организационных и технологических мероприятий по повышению прочности и надежности колесных пар, которые можно реализовать по следующим направлениям: снижение напряженности осей в эксплуатации, технологические пути повышения надежности. Снижение напряженности осей в эксплуатации можно добиться путем ликвидации дополнительных силовых факторов, возникающих в эксплуатации из-за образования ранее рассмотренных износов и повреждений поверхностей катания колес, перегрузки и неравномерности распределения нагрузки внутри вагона, неисправностей систем рессорно-пружинного подвешивания, неисправностей и неровностей пути.

Несвоевременно устраненные дефекты поверхностей катания колес занимают ведущее место по своему вредному влиянию на прочность оси.

Снижению напряженности элементов колесных пар служит такое мероприятие, как балансировка колесных пар, которая обязательна для колесных пар вагонов, эксплуатируемых со скоростями движения выше 140 км/ч.

Технологические пути повышения надежности колесных пар имеют несколько направлений - это описанные методы накатки осей по всей длине, отжиг колес перед обточкой, восстановление шеек металлизацией, восстановление резьбы методами автоматической наплавки.

В настоящее время прорабатываются вопросы повышения качества стали за счет перехода на выплавку стали в электропечах с последующим вакуумированием и продувкой инертными газами (аргоном) с целью очистки от неметаллических включений.

Повышение качества стали для колес достигается за счет специализации химического состава стали для колес, эксплуатирующихся под грузовыми или пассажирскими вагонами. Эта специализация идет по пути выбора оптимального содержания углерода, марганца, ванадия и других присадок.

Проводятся работы по совершенствованию технологии изготовления колес и осей. В частности, целесообразен переход от изготовления осей методами ковки и штамповки к изготовлению методом поперечно-винтовой прокатки. Этот метод позволяет полностью автоматизировать процесс, снизить металлоемкость изделия на 70 кг и повысить качество и усталостную прочность оси.

Совершенствование технологии изготовления колес идет по пути совершенствования штамповой оснастки с целью уменьшения припусков на обработку, совершенствование методов термической обработки.

В настоящее время ВНИИЖТом разработана и внедряется технология обточки колес по ремонтному профилю на толщину гребня 27 и 30 мм, что позволяет увеличить число переточек колесных пар, а значит и их долговечность.

5 Неисправности колесных пар

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.

5.1 Неисправности осей колесных пар

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 рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Неисправности средней части оси

Наиболее опасными дефектами являются поперечные трещины 1 (рисунок 5.2). 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, выщербина и т.д.), вызывающими дополнительные динамические нагрузки. При обнаружении поперечных трещин в оси независимо от других параметров колесная пара подлежит расформированию.

Рисунок 5.2 - Трещина средней части оси

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 а к образующей оси. При угле наклона 30° и менее, трещина относится к продольным, а при угле 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 ее торца. Сразу же от поверхности трещины распространяются под углом 70...75° 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.

Причиной резкого снижения выносливости оси в этой зоне является также повреждение поверхности оси вследствие коррозии трения, 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.

Трещины в шейках осей (рисунок 5.3) 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.

Рисунок 5.3 - Трещина шейки оси

5.2 Неисправности 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 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.

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.



1 - местное уширение обода, сужение или смятие фаски, 2 - неравномерный круговой наплыв на фаску; 3 - местное уширение дорожки качения; 4, 5 -закатавшийся ползун, 6 - закатавшийся навар

Рисунок 5.4 - Неравномерный прокат

Неравномерный прокат - неодинаковый прокат, измеренный в 3-х различных сечениях. Это своего рода эллипс колеса, при котором ударов колес по рельсу не будет (рисунок 5.4). Неравномерный прокат возникает вследствие неравномерного износа поверхности катания из-за развития поверхностных дефектов и неоднородности свойств материала. Характерными признаками неравномерного проката являются:

- раздавливание - местный (по длине) наплыв металла на наружную грань обода в зоне фаски;

- местное сужение или смятие фаски;

- неравномерный круговой наплыв на фаску;

- местное уширение дорожки качения;

- наличие закатывающихся ползунов (рисунок 5.5) и наваров, трещин и выщербин в сочетании с местным уширением дорожки качения или раздавливанием обода.

Рисунок 5.5 - Закатавшийся ползун с выщербиной

Неравномерный по профилю круговой износ -- ступенчатый прокат, при котором на поверхности катания образуется ярко выраженная ступень, возникает при смещении зоны контакта колеса с рельсом в основном из-за несимметричной посадки колес на ось, большой разницы диаметров колес на одной оси по кругу катания, неправильной установке колесной пары в тележке (рисунок 5.6). Ступенчатый прокат, как правило, наблюдается у одного колеса колесной пары, а на другом колесе имеется либо повышенный износ, либо вертикальный подрез гребня колеса. Наибольшая глубина ступенчатого проката находится на расстоянии 25...30 мм от круга катания в сторону фаски. Колесные пары со ступенчатым прокатом исключаются из эксплуатации по нормам предельного равномерного проката, но чаще по подрезу гребня на другом колесе.

Износы гребня цельнокатаного колеса образуются вследствие интенсивного взаимодействия гребня колеса с головкой рельса. Этот процесс интенсифицируется при ненормальной работе колесной пары, вызываемой неправильной установкой колесной пары в тележке, значительной разницей диаметров кругов катания колес одной колесной пары, несимметричной посадкой колес на ось, а также из-за сужения рельсовой колеи. Во всех случаях колесная пара перекашивается в рельсовой колее и увеличивается частота набегания гребня на боковую грань головки рельса.

Рисунок 5.6 - Ступенчатый прокат

Различают три вида износов гребней: равномерный износ, вертикальный подрез и остроконечный накат.

Вертикальный подрез гребня - это износ гребня, при котором угол наклона профиля боковой поверхности гребня приближается к 90°. Вертикальный подрез в эксплуатации не допускается более 18 мм по высоте.

Остроконечный накат - это механическое повреждение, при котором по круговому периметру гребня в месте перехода его изношенной боковой поверхности к вершине образуется выступ. Этот дефект возникает в результате пластической деформации поверхностных слоев металла гребня в сторону его вершины из-за высокого контактного давления и интенсивного трения в зоне взаимодействия с головкой рельса. Эксплуатация колесных пар с остроконечным накатом запрещается, так как возможен сход вагонов с рельсов при взрезании противошерстной стрелки.

Круговой наплыв на фаску обода колеса - это повреждение, образующееся у колесных пар с прокатом 5 мм и более, когда дальнейшее увеличение проката происходит за счет пластической деформации смещения металла с поверхности катания в сторону фаски. Прохождение колесных пар с этим дефектом через горочные замедлители приводит к образованию другого дефекта - откола кругового наплыва колеса.

Откол кругового наплыва обода колеса встречается в виде кругового откола на отдельных участках, либо по всему кругу обода.

В эксплуатации встречается также местное разрушение - откол металла у наружной грани в районе фаски, которое, как правило, имеет значительную глубину и протяженность вдоль поверхности катания.

Это разрушение возникает в результате усталостных процессов под действием нормальных и касательных сил путем развития трещин, образующихся на глубине 8... 10 мм при наличии местного концентратора напряжений в виде раковин, неметаллических включений и т.п.

В эксплуатации не допускаются любые отколы глубиной более 10 мм или, если ширина оставшейся части обода колеса в месте откола менее 120 мм, или, если в месте разрушения независимо от размеров имеется трещина, распространяющаяся вглубь металла.

Седлообразный прокат - неравномерный по поперечному профилю обода круговой износ, при котором на поверхности катания образуется вогнутая седловина.

Кольцевые выработки - это износы, при которых на поверхностях катания колес образуются местные кольцевые углубления различной ширины (рисунок 5.7). Эти явления наблюдаются, как правило, у колесных пар, взаимодействовавших с композиционными тормозными колодками. Кольцевые выработки образуются по краям зоны контакта поверхности катания с тормозной колодкой и эта закономерность их появления объясняется неодинаковыми термическими условиями работы поверхностных слоев металла колеса и композиционной колодки по ширине зоны контакта и воздействием абразивных частиц пыли на поверхность трения по краям колодки.

Рисунок 5.7 - Кольцевая выработка

К эксплуатации не допускаются колесные пары с кольцевыми выработками глубиной более 1 мм у основания гребня и более 2 мм вблизи наружной грани обода или шириной более 15 мм.

Ползун - локальный износ колеса, который характеризуется образованием плоской площадки на поверхности катания (рисунок 5.8). Ползун возникает при движении колеса по рельсу юзом вследствие действия в зоне контакта комплекса явлений: разогрева зоны контакта до высоких температур, контактного схватывания металла и интенсивной пластической деформации.

Основными причинами заклинивания колесных пар тормозными колодками, приводящими к юзу колес, являются неисправности тормозных приборов, неправильная регулировка рычажной передачи, неправильное управление тормозами, изменения взаимного соотношения коэффициента трения тормозной колодки с колесом и сцепления колеса с рельсом (увлажнение поверхностей, попадание смазки).

Рисунок 5.8 - Ползун

Ползуны во время движения вагона вызывают удары, которые приводят к ускоренному разрушению деталей подвижного состава и верхнего строения пути. Исследованиями установлено, что при движении колесной пары юзом со статической нагрузкой на ось даже около 20 т интенсивность образования ползуна составляет 1 мм на 1 км пути. К эксплуатации не допускаются колесные пары с ползуном глубиной более 1мм.

Высокая температура зоны ползуна приводит при отпуске тормозов и проворачивании колесной пары к огромной теплоотдаче с нагретой поверхности, особенно при низких температурах окружающего воздуха и образованию закалочных структур металла в зоне ползуна, что вызывает возрастание хрупкости металла и в дальнейшем может стать причиной выкрашивания металла из зоны ползуна и образования выщербин.

Выщербина - местное разрушение обода колеса в виде выкрашивания металла поверхности катания (рисунок 5.9). Причиной их образования являются термомеханические повреждения, явления усталости металла и термические трещины обода. Выщербины в местах термомеханических повреждений и термических трещин образуются под действием касательных и нормальных сил во время торможения. Образованию выщербин способствует мартенситная структура верхних слоев металла колес, которая обладает высокой твердостью и хрупкостью. Большие остаточные напряжения закаленного верхнего слоя металла колес вызывают образование микротрещин, которые, постепенно развиваясь, соединяются между собой и в результате происходит выкрашивание металла. Выщербины в местах термомеханических повреждений и в местах термических трещин характеризуются небольшой глубиной, не превышающей 2...3 мм, причем они имеют, как правило, групповое расположение. Выщербины в местах усталостных трещин отличаются глубиной значительных размеров, достигающей 20 мм, неровной с характерным видом усталостного разрушения поверхностью, покрытой пленкой окислов.

Рисунок 5.9 - Выщербина

В зимний период (декабрь-март) выщербины образуются в 2...3 раза чаще, чем в период апрель-ноябрь, что связано с нестабильностью коэффициента трения от погодных условий, а значит, и с трудностью правильно выбрать режим торможения. Это связано также с увеличением зазоров в стыках рельсов, приводящих к дополнительным ударным воздействиям при прохождении колесных пар.

Навар металла на поверхности катания - термомеханическое повреждение, при котором на поверхности катания образуются участки сдвига металла U-образной формы (рисунок 5.10). Такая форма пластической деформации с максимальным сдвигом в центре полосы контакта и минимальным по краям объясняется эллиптическим законом распределения давлений на контактной площадке. Наибольшие деформации возникают в центре площадки контакта, где создается максимальное давление, которое развивается в направлении скольжения колес.

Навар располагается на поверхности катания в виде одной или нескольких зон, может быть однослойным и многослойным. Навар определяется высотой сдвига металла, измеряемой от неповрежденной поверхности катания до вершин сдвигов. Основной причиной этого дефекта является нарушение режимов торможения, в результате чего происходит проскальзывание колеса по рельсу на 20...30 мм в течение очень коротких промежутков времени. При этом в зоне контакта колеса с рельсом происходит интенсивная пластическая деформация с элементами контактного схватывания и значительным нагревом металла, что, во-первых, приводит к деформациям, а, во-вторых, к закалке этой зоны на мартенсит, обладающей повышенной твердостью. Таким образом, чередование сдвигов навара объясняется небольшим проскальзыванием колеса вследствие скачкообразного изменения силы сцепления колеса с рельсом.

Навар на поверхностях катания вызывает повышенные ударные нагрузки на подвижной состав и верхнее строение пути и поэтому не допускается навар высотой более 0,5 мм у колесных пар пассажирских вагонов и более 1 мм для грузовых вагонов.

Значительную долю дефектов колес составляют механические повреждения, к которым относятся ослабление посадки ступицы колеса на оси, сдвиг ступицы колеса.

Ослабление посадки ступицы колеса возможно при нарушении технологии формирования колесной пары, несоблюдении равенства температуры оси и колеса при измерении диаметров посадочных поверхностей, в результате чего неправильно определяется натяг на посадку. Признаками ослабления посадки является разрыв краски по всему периметру вблизи торца ступицы в месте ее сопряжения с осью и выделение характерной коррозии и масла из-под ступицы колеса с внутренней стороны. Колесные пары с признаками ослабления ступицы подлежат расформированию.

Рисунок 5.10 - Навар

Сдвиг ступицы колеса - это смещение ступицы колеса вдоль оси. Этот дефект также является следствием нарушения технологии формирования колесной пары или ударов при авариях (рисунок 5.11).

Сдвиг ступицы колеса ведет к изменению расстояния между внутренними гранями ободов колес и представляет серьезную угрозу безопасности движения, и поэтому колесные пары исключаются из эксплуатации.

Рисунок 5.11 - Сдвиг ступицы колеса

Термические поперечные трещины в ободе колеса (рисунок 5.12) образуются в виде множества трещин термической усталости на поверхности катания в зонах уклона 1:7, на фаске и в отдельных случаях переходящих на наружную грань обода. Эти трещины термической усталости возникают в результате чередования интенсивного нагрева поверхности катания колеса при торможении и последующего охлаждения. При резком торможении поезда поверхность катания колеса от трения, особенно с композиционными колодками, нагревается до температуры 400 °С, а в отдельных зонах температура может достигать 1000 °С. Повторяющиеся циклы нагрева и охлаждения вызывают последовательно в поверхностном слое обода колеса напряжения сжатия и растяжения, величина которых может превышать предел текучести стали, а это приводит к развитию пластической деформации и, как следствие, к образованию трещин.

Трещины в ступице колеса (рисунок 5.13) и в диске образуются под действием комплекса динамических сил из-за наличия металлургических дефектов металла в этих зонах, неметаллических включений и неровностей от прокатки колеса при изготовлении. Кроме того, трещины в ступице колеса развиваются от растягивающих напряжений после посадки колеса на ось и наличии микротрещин на кромках, образующихся при прошивке отверстия ступицы колеса.

Рисунок 5.12 - Трещина обода колеса

Рисунок 5.13 - Трещина в ступице колеса

5.3 Буксы с роликовыми подшипниками и их неисправности

В процессе эксплуатации буксы с роликовыми подшипниками могут чрезмерно нагреваться по следующим причинам:

- излома или разрушения одного из элементов подшипника;

- излишнего или недостаточного количества смазки;

- неправильной подборки и установки подшипников на оси;

- попадания в буксу механических примесей (песок, металлические частицы);

- неисправности тележки.

От исправного состояния буксовых узлов в большой степени зависит безопасность движения поездов. Являясь необрессоренной частью вагона, буксовый узел испытывает в пути следования значительные статические и динамические нагрузки, которые особенно велики при наличии на колесных парах ползунов, выщербин, «наваров», а также при проходе вагона по стыкам и дефектам рельсов. При проходе кривых участков железнодорожного пути, буксы испытывают большие осевые нагрузки. Буксовый узел требует высокой квалификации и точности выполнения работ по ремонту деталей и монтажу. Сложность своевременного выявления неисправностей букс объясняется также их конструктивными особенностями. Буксы герметично закрыты, и за короткое время стоянки вагона на ПТО не предоставляется возможным визуально проконтролировать состояние подшипников и деталей крепления.

Основными неисправностями буксовых узлов на подшипниках качения являются:

1) износы и изломы сепараторов;

2) разрушение деталей крепления подшипников;

3) обводнение смазки;

4) ослабление натяга внутренних и лабиринтных колец;

5) изломы и разрывы внутренних и упорных колец подшипников (рисунок 5.14).

Износ и разрушение сепараторов, как правило, происходят из-за обводнения или недостаточного количества смазки в подшипниках, а также из-за механических повреждений сепараторов, не выявленных при полной ревизии буксы.



Рисунок 5.14 - Разрушение буксы

Причинами попадания влаги в смазку являются неправильное ее хранение и нарушение технических требований к монтажу буксы. Не разрешается хранить смазку под открытым небом незащищенной от попадания атмосферных осадков. Во избежание попадания влаги в буксу не разрешается промывка колесных пар, подлежащих промежуточной ревизии, без специальной защиты буксового узла. При монтаже следует закладывать смазку в лабиринтное кольцо равномерно по всей окружности; необходимо заменять резиновые прокладки и кольца на новые и следить за прочностью болтовых креплений крышек.

Основная причина разрушения торцового крепления подшипников на шейке оси - нарушение требований монтажа букс: завышение зазоров между кольцами, неправильный подбор и установка гайки M 110. Следует тщательно контролировать состояние резьбы гаек и шеек осей.

Проворот колец происходит из-за нарушения температурных режимов при монтаже букс, применения несовершенных измерительных приборов и инструментов или неправильной их настройки. Допускаемая разница температур измеряемых деталей и инструмента -- не более 3°С. Работы по хранению, подбору и комплектации подшипников должны выполняться в чистых, сухих, светлых и изолированных помещениях с температурой 18±2°С и относительной влажностью не более 60% [4].

Основные неисправности колесных пар представлены на диаграмме (рисунок 5.15), которая свидетельствует о том, наибольший процент неисправностей колесных пар составляет тонкий гребень 58 %, ползун - 11%, навар - 8%, и 23% составляют прочие неисправности.

Рисунок 5.15 - Неисправности колесных пар