Колесная пара

Технологический процесс  механической обработки оси определяется ее конструктивными особенностями и зависят от заданного объема выпуска изделий. Механическая обработка осей состоит из следующих основных этапов:

1)   подрезка торцов и зацентровка;

2)   предварительное обтачивание;

3)   получистовое точение;

4)   обработка элементов для крепления роликовых подшипников;

5)   чистовая обработка;

6)   упрочняющая обработка.

Для обработки заготовок  осей применяют специализированное и универсальное оборудование.

Выбор оборудования определяется типом производства. Операции накатывания можно выполнять не токарно-винторезных станках (IA64, IM6З), оснащенных накатными приспособлениями. На ремонтных предприятиях обработки oсей используют также старотипные станки  фирмы "Найльс» мод. AAZ и ASD.

 

Изготовление  цельнокатаных колес.

Современное производство штампованокатаных колес включает в себя технологические процессы подготовки заготовок, их нагрева, горячей деформации, противофлокеновой, термической и механической обработки, контроля и испытания колес. Для производства заготовок используют стальные отливки, которые раскрашивают на слиткорезательных  машинах. Нарезание  заготовки нагревают,а затем штампуют и прокатывают на колесопрокатном стане. После формообразования заготовки подвергают противофлокеновой и упрочняющей термической обработке (закалка и высокий отпуск).

Для получения заготовок  применяют и секционную штамповку. Исходная заготовка после осадки и прошивке отверстия подается в  трехсекционный штамп, в котором происходит последовательное формообразование ступицы, диска и ободка. Метод секционной штамповки позволяет сократить цикл производства заготовок и получить более точные по размерам и форме заготовки.

Отдельно отобранные заготовки колес подвергают испытанию  на удар. Колесо укладывают на шабот  и производят удар по ступице копровым грузом массой 1 т. с  высоты 6 м. Прогиб диска определяют по смещению ступицы относительно боковой поверхности обода. От каждой партии колес одной плавки отбирают   одну заготовку для проверки микроструктуры и определения механических свойств.

Механической обработке  подвергают поверхность катания, гребень, торцевые поверхности oбoда и ступицы  отверстие ступицы. В технологическом маршруте механическая обработка может предшествовать упрочняющей термообработке.

Выполнение механической обработки после термообработки позволяет устранить искажения  геометрических размеров и формы возникающие в результате термообработки.

Механическую обработку  выполняют на токарно-каруселъных полуавтоматах мод. 1Б502 и 1Д502. Находят применение и станки мод. 1502. Обработку производят за два установа. Вначале на токарно-карусельном полуавтомате мод. 1Б502 выполняют следующие переходы: обтачивания поверхности катания, гребня и внутреннего торца обода, торца ступицы, конусной боковой поверхности ступицы и проточку цилиндрического пояска в месте перехода обода в диск с наружной стороны колеса. Затем на станке мод. 1Д502 обрабатывают торец и конусную поверхность ступицы с внутренней стороны колеса и отверстие ступицы.

 

Дефекты колесных пар

Вэксплуатация встречается более 60 дефектов колесных пар, поэтому целесообразно эти дефекты классифицировать.

Все дефекты можно разделить на пять классов:

1)  предельный износ;

2) повреждение;

3) нарушение оплошности  металла;

4) разрушение;

5) нарушение геометрического  параметра.

Величина и форма  износа зависят от условий трения, состояния пути, свойств металла и других факторов. Изнашиванию подвергаются поверхность катания и шейки оси. По кругу катания износ может быть круговым или локальный.

Равномерный круговой износ происходит вследствие смятия на площадке контакта и истирания металла под действием сил трения, возникающих при торможении и проскальзывании (боксовании) локомотивных колесных пар. Превалирующими является износ от проскальзывания колеса по рельсу или тормозной колодки по ободу. Поверхность катания наклепывается, в результате чего повышается твердость до НВ 470.

1 - профиль неизношенного  колеса; 2 - профиль изношенного колеса

Рисунок 2- Виды износов поверхности катания колес:

Кольцевые выработки (рисунок 2, г) наблюдаются у колесных пар, эксплуатируемых с композиционными тормозными колодками.

Кольцевые  выработки возникают по краям колодки. При торможении температура в центре колодки  выше, чем по краям, поэтому следующий полимер, разлагаясь, вытесняется к краям колодки вместе с продуктами износа и частицами образца. Локальный износ (ползун) возникает при движении колеса по рельсу юзом. Заклинивание  колесной  пары колодками происходит при неисправной тормозной системе. При движении юзом происходит интенсивная пластическая деформация, образуются закалочные структуры. К эксплуатации не допускаются колесные пары с ползуном более 2 мм с подшипниками скольжения и более 1 мм - с подшипниками  качения.

При повреждении  колес наиболее частот встречаются «навар» и подкаленные места («белые» пятна).

«Нагар» - это термомеханическое  повреждение, которое характеризуется образованием на поверхности  сдвигов металла U - образной формы. Основная причина такого повреждения - нарушение процесса торможения. Результатом которого является кратковременное проскальзывание колеса по рельсу. Слой «навара» имеет высокую твердость (до НВ 900).

«Белые» пятна возникают  при быстром охлаждении обода  колеса при выходе его из-под тормозной  колодки. «Белые» пятна имеют  мартенситную структуру.

Среди термомеханических  повреждений оси наиболее часто  встречающихся и наиболее опасный  дефект - перегрев шейки оси. Перегрев возникает при неудовлетворительном содержании букс с подшипниками скольжения и при разрушении подшипников  качения. Колесные пары с перегретыми  шейками из  эксплуатации изымаются.

Нарушение сплошности может быть у колес и осей. На ободе колеса возникают трещины термической усталости. Могут быть также трещины технологического происхождения, причиной которых являются неметаллические включения и другие дефекты. В подступичной части оси возникают усталостные трещины.

Разрушение происходит в результате выкрашивания металла. В зоне «навара» и  «белых» пятен глубина выщербин обычно не превышает 2-3 мм. При развитии усталостных трещин на ободе появляются выщербины значительно больших размеров (до 20 мм). В эксплуатацию допускаются колесные пары с выщербинами и отколами глубиной до 10 мм и длиной 50 мм для грузовых вагонов и 25 мм - для пассажирских. Дефекты, вызывающие нарушение геометрических параметров, характеризуются несоответствием размеров требованиям чертежа. Основной причиной этих дефектов является повреждения или износ колесной пары. При обточке колес могут возникать следующие нарушения геометрических параметров: изменение расстояния между внутренними гранями колес; уменьшение ширины и толщины обода колеса.

Кроме указанных  выше дефектов, характерных для вагонных колесных пар, у локомотивных колесных пар наблюдаются специфические дефекты, связанные с их конструкцией. Таким дефектом, прежде всего, является ослабление посадки бандажа на ободе колесного центра с последующим сдвигом относительно друг друга.

Причинами сдвига являются нагрев бандажа при торможении, погрешности  формы бандажа и колесного  центра при сборке и др.

 

Ремонт  колесных пар.

Неисправные колесные пары подвергаются ремонту баз смены  и со сменой элементов. Технологическая  схема ремонта колесных пар представлена на рис. 1.4. Ремонт без смены элементов заключается в очистке, контроле, восстановлении профиля катания колес, обработке шеек oсей, контроле и окраске.

Ремонт колесных пар со сменой элементов связан с  распрессовкой колесных пар и заменой негодных колес или осей новыми или старогодными. Распресовываются колесные пары на горизонтальном гидравлическом прессе с помощью приспособлений, исключающих изгиб шейки и повреждение резьбы. Годные распрессованные элементы используют для ремонта.

 

Рисунок 3 - Структурная схема технологического процесса ремонта колесных пар

 

Старогодную ось протачивают в подступичной части. Припуск на обработку должен быть достаточным для устранения дефектов, вызванных распрессовкой. Среднюю честь оси протачивают при наличии протертости посередине оси глубиной более 2,5 мм.

Новые оси поступают  обычно в грубообработанном виде. Дальнейшая обработка осей выполняется по технологии нового формирования с использованием специализированных станков мод. 1A832, 1Б832, TOA40Z, 1A833, 1Б833, TOA40W, KS843, KS1842 и др. Приточку под запрессовку старогодных осей выполняют на токарно-винторезных станках мод. 1А64, 1M63.

Новые колеса поступают  на ремонтные предприятия в обработанном виде, поэтому требуется только приточка к оси, заключающаяся в чистовой расточке отверстия ступицы. Старогодные колеса подвергают расточке до устранения следов от распрессовки.

 

Повышение долговечности колесных пар.

Ресурс колес  и бандажей определяется эксплуатационным и технологическим износом. Технологический  износ - это слой металла, снимаемый  с поверхности катания при  переточках. Этот износ определяется двумя факторами:

1)   подкаленным и наклепанным слоем;

2)   износом (подрезом) гребня.

Дефекты термомеханического происхождения ("новары", ползуны, "белые пятна”) и наклеп приводят к повышению твердости наповерхностей катания. Твердые участки залегают на глубину от поверхности катания на 1,5 - 2,0 мм. Наличие твердых участков вызывает большие трудности при восстановлении профиля поверхностей катания колесных пар. Глубину резания выбирают такой, чтобы резец врезался под твердые участки. Вследствие этого в стружку уходит 3 - 4 мм полезного слоя металла при каждой обточке.

Одним из эффективных  путей повышения ресурса колес  является улучшение обрабатываемой поверхности перед обточкой за счет отжига верхних слоев металла поверхности катания колес путем нагрева их токами высокой частоты .

Износ гребня также  приводит к необходимости снимать  дополнительный слой металла с поверхности катания при обточке (рисунок 4,а). Для повышения долговечности бандажей колесных пар локомотивов, эксплуатируемых в карьерах, применяют наплавку гребней. Наращивание гребней позволяет уменьшить технологический износ (рисунок 4).

Кроме указанных  выше мероприятий повышению долговечности  способствует также проведению следующих  мероприятий: разработка новых сталей для изготовления бандажей; совершенствование профиля поверхности катания; термоупрочнение и т.д.

1  - исходный профиль поверхности катания; 2  - профиль поверхности катания до обточки;3  - профиль, восстановленный обточкой.

Рисунок 4 -  Влияние износа гребня, на толщину слоя срезаемого при обточке.

5 ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА  КОЛЕСНЫХ ПАР.

Для характеристики колесных пар необходимо выбрать и обосновать выбор показателей качества, так  как каждый вид продукции в  зависимости от ее назначения характеризуется  определенной номенклатурой показателей качества. 
Количественная оценка показателей качества продукции производится с целью:

• выбора наилучшего варианта продукции;
• повышения требований к качеству продукции в техническом задании на проектирование;
• оценки достигнутых показателей качества при проектировании и производстве;
• определения и контроля показателей качества после изготовления и в эксплуатации;
• определения соответствия достигнутых показателей качества требованиям нормативной документации.

 

Выбор перечня показателей  качества производится по ГОСТ4.346-85 «Система показателей качества продукции. Электровозы магистральные. Номенклатура показателей» и ГОСТ 4835-2006 «Колесные пары вагонов магистральных железных дорог колеи 1520 мм. Технические условия» 
Данные стандарты распространяется на колесные пары и устанавливает номенклатуру показателей их качества для применения при:

• разработке стандартов, технических условий и других нормативно - технических документов;
• выборе оптимального варианта новой продукции;
• аттестации изделий, прогнозирования и планирования их качества;
• разработке систем управления качеством продукции;
• предоставления отчетности и информации о качестве продукции.

 

В соответствии со стандартом определяются требования к показателям  качества, на основе которых проводятся испытания.