Как измерить выщербину на колесной паре

Обновлено: 06.07.2024

17.1.1. Произвести остановку поезда.

17.1.2. Сообщить об остановке по радиосвязи машинистам вслед идущих и встречных поездов и ДСП станций, ограничи­вающих перегон.

17.1.4. Проверить наличие надписей на кузове вагона о величине ползуна на колёсной паре вагона.

О результатах смотра и возможности следования доложить ДСП (ДНЦ).

Величина ползуна или навара

Условие и скорость следования (V)

Локомотив, ССПС с бандажными колёсными парами и моторный вагон МВПС

Прицепной вагон МВПС, ССПС с цельнокатанными колёсными парами и вагоны поезда

от 1 до 2 мм (вкл.), в пасс. поезде навар от 0,5 мм до 2 мм (вкл.)

До ПТО, имеющие средства для замены колёсных пар:

пасс. – V не выше 100 км/ч

груз. – V не выше 70 км/ч

от 1 до 2 мм (вкл.)

от 2 до 6 мм (вкл.)

До ближайшей станции, V не выше 15 км/ч, где колёсная пара должна быть заменена (навар можно устранить абразивным кругом)

от 2 до 4 мм (вкл.)

от 6 до 12 мм (вкл.)

До ближайшей станции, V не выше 10 км/ч, где колёсная пара должна быть заменена (навар можно устранить абразивным кругом)

До ближайшей станции, V не выше 10 км/ч, при этом исключить возможность вращения колёсной пары через вывешивание или иной способ транспортирования. Локомотив от состава отцепляется, ТЦ, ТЭД повреждённой колесной пары отключить.

При выводе локомотива, ССПС с перегона путём скольжения колёсной пары на тормозных башмаках необходимо производить смазку рельсов, обеспечивающее скольжение.

17.5. Глубина ползуна измеряется абсолютным шаблоном. При отсутствии шаблона допускается на остановках в пути следования глубину ползуна определять по его длине согласно таб. №2.

Длина ползуна, мм

Глубина ползуна, мм

17.6.1. Наличие авторежима на вагоне.

17.6.2. Давление в ТЦ при соответствующем снижении давления в тормозной магистрали.

17.6.3. Время отпуска вагона.

17.8.1. Выщербина, вмятина или раковина на поверхности катания глубиной более 3,0 мм и длиной: у локомотива и моторного вагона более 10,0 мм, а у прицепного вагона более 25,0 мм.

17.8.2. Выщербина или вмятина на вершине гребня длиной более 4,0 мм. 17.8.3. Остроконечный накат гребня в зоне поверхности на расстоянии 2 мм от вершины гребня и до 13 мм от круга катания.

17.8.4. Протёртое место на средней части оси локомотива глубиной более 4 мм, на оси МВПС – более 2,5 мм.

17.8.5. Местное или общее увеличение ширины бандажа или обода цельнокатаного колеса более 6,0 мм. 17.8.6. Кольцевые выработки на поверхности катания у основания гребня глубиной более 1,0 мм, на конусности 1:3,5 более 2,0 мм и шириной более 15 мм.

При наличии кольцевых выработок на других участках поверхности катания бандажа нормы браковки как для кольцевых выработок, расположенных у гребня.

Поперечные и продольные трещины в бандажах и цельнокатаных колесах нередко возникают из-за наличия металлургических пороков металла.
По мере износа колеса или бандажа эти пороки, приближаясь к поверхности катания, увеличивают концентрацию напряжений и вызывают образование трещины в этом сечении с последующим изломом.
Продольные внутренние трещины приводят первоначально к местному уширению бандажа или обода колеса по длине до 300 мм и более (рис. 17). Обычно в месте уширения прокат поверхности катания бывает несколько большим в связи с пластическими деформациями металла.
Отколы бандажей и ободов цельнокатаных колес (рис. 18) появляются главным образом из-за наплывов металла при большом прокате, неправильного режима торможения замедлителями и башмаками при спуске вагонов с горки, а также из-за металлургических пороков и недоброкачественной термической обработки колес и бандажей.
По данным ЦНИИ МПС поступление в ремонт колесных пар из-за наличия отколов составляет более 10% от общего выхода колесных пар по различным неисправностям.
Ползуны (выбоины) на поверхности катания (рис. 19) появляются в результате скольжения колеса по рельсу при заклинивании колесных пар.

Рис. 19. Ползун на поверхности катания бандажа или колеса

Рис. 20. Выщербина I типа

Рис. 21. Выщербина II типа

Рис. 22. Трещины внутри выщербины II типа, идущие в глубь обода колеса или бандажа

Такой дефект крайне опасен, так как ползун во время движения вагона вызывает удары, разрушительно действующие на рельсовый путь, колесные пары и другие узлы вагона. Поэтому колесные пары с подшипниками скольжения с ползунами на поверхности катания глубиной 2 мм и более и с подшипниками качения глубиной 1 мм и более к работе под вагонами не допускаются.
Преждевременная обточка поверхности катания для устранения ползуна сокращает срок службы бандажа или колеса.
Исправнее состояние тормозных приборов, правильная регулировка рычажной передачи и рациональные режимы торможения исключают возможность
заклинивания колесных пар и появление ползунов на поверхности катания колес.

Рис. 23. Относительный выход колес грузовых вагонов по выщербинам I и II типов в зависимости от содержания углерода в стали: 1 — с выщербинами I типа; 2 — с выщербинами II типа

Рис. 24. Кривая распределения величины потери металла при обточке колес из-за выщербин

Выщербины на поверхности катания колеса или бандажа представляют собой местное выкрашивание частиц металла. По природе появления их условно подразделяют на два типа.
По исследованиям ЦНИИ МПС причиной образования выщербин первого типа является кратковременное проскальзывание колесной пары по рельсам. Такое проскальзывание вызывается непродолжительным заклиниванием колес в момент остановок, когда сила трения между поверхностью колес и колодками становится больше силы сцепления колеса с рельсом. Этому способствует наличие на рельсах инея, снега, воды, понижающих коэффициент сцепления. При кратковременном скольжении колесной пары на поверхности катания обоих колес появляются светлые (отбеленные) пятна овальной формы (рис. 20), глубина которых достигает 0,2 мм. Возникновение отбеленного слоя связано со структурными изменениями металла поверхностного слоя в связи с сильным нагревом в результате трения, возникающего при проскальзывании колеса по рельсу. Для отбеленного слоя характерно наличие микротрещин, развивающихся перпендикулярно или с некоторым наклоном к поверхности трения.
При относительно высоких скоростях проскальзывания и значительных давлениях на малых участках контактирующихся поверхностей энергия внешнего трения в большей части переходит в тепло. Концентрация этого тепла в микрообъемах поверхностного слоя вызывает превращение перлита в аустенит с закалкой на мартенсит при мгновенном отводе тепла в массу обода колеса или бандажа. При этом структурные изменения от тепла трения протекают одновременно с пластической деформацией металла поверхностного слоя.
Аналогичным образом развиваются выщербины от скольжения одного колеса по рельсу при торможении вагонов башмаками на сортировочных горках.
Глубина выщербин I типа не превышает, как правило, 1,5 — 3 мм. Они имеют разнообразную конфигурацию, определяемую развитием трещин в зоне ползунов.
Выщербины II типа (рис. 21) появляются от усталостных явлений в поверхностном слое. Начальная стадия таких выщербин часто представляет собой процесс шелушения поверхности с отделением частиц металла в виде тонких лепестков. В дальнейшем трещинки, приводящие к шелушению, развиваются в глубь бандажа или колеса, соединяются между собой, в результате чего происходит отделение кусочков металла и образование выщербин II типа. Глубина таких выщербин иногда достигает 15 — 20 мм. Они имеют неровную поверхность, характерный вид усталостного разрушения и покрыты пленкой окислов. Внутри выщербины часто обнаруживается сетка мелких трещин, идущих в глубь обода колеса или бандажа (рис. 22). Поэтому обточка колес и бандажей с целью удаления выщербин должна выполняться особенно тщательно. Не исключено, что трещины могут быть скрыты (затерты) резцом при обточке, а при дальнейшей работе колеса они могут привести к быстрому образованию выщербин на том же месте и даже к излому бандажа или обода колеса. Необходимо тщательно исследовать состояние и характер выщербины до и после обточки, используя все современные методы и средства для их устранения.
Выщербины II типа чаще всего образуются на одном колесе и значительно реже одновременно на двух колесах.
Выход колесных пар из эксплуатации по выщербинам существенно зависит от содержания углерода (рис. 23), предела прочности и способов термической обработки цельнокатаных колес и бандажей.
Обточка поверхности катания колес из-за выщербин вызывает большие потери металла (рис. 24) и значительно снижает срок службы колесных пар.

(повышение скорости движения, применение композиционных колодок и др.) участились случаи появления так называемого навара, который образуется на поверхности катания колеса в результате смещения частичек металла .

Если высота навара на колесе у пассажирского вагона более 0,5, а у гру­зового более 1 мм, то такие колесные пары эксплуатировать не разрешается.

При выявлении на промежуточной станции навара на колесе высотой более указанных размеров, но не свыше 2 мм допускается довести неисправ­ный пассажирский вагон со скоростью не более 100, а грузовой не свыше 70 км/ч до ближайшего пункта технического осмотра. При наваре высотой более 2 мм вагон с неисправной колесной парой должен быть отцеплен от поезда.

Прокат, ползун и навар

Чтобы выявить глубину проката, ножку движка 1 (см. рисунок) на шаб­лоне устанавливают на расстоянии 70 мм от внутренней грани бандажа или обода цельнокатаного колеса.

Затем вертикальную грань 5 шаблона плотно прижимают к внутренней грани бандажа или обода цельнокатаного колеса, а опорную скобу 4 — к гребню и опускают движок 1 до соприкосновения с поверхностью катания. Деление на шкале 2, оказавшееся против риски на движке (см. стрелку), укажет величину проката. В нашем примере на рисунке прокат колеса

Размер ползуна и навара определяется разностью двух измерений, а именно, в месте наибольшего дефекта и в месте равномерного проката ря­дом с ним. Если дефект смещен относительно круга катания колеса, то пе­ред измерением соответственно смещается движок* 1 в прорези 3 шаблона.

Для определения глубины ползуна нужно от цифры на шкале, найденной при его измерении, отнять величину равномерного проката, полученную при помощи абсолютного шаблона, как указано выше, а для определения высоты навара необходимо от величины равномерного проката вычесть цифру, полученную при измерении навара.

Толщина гребня колеса в эксплуатации допускается не более 33 и не ме­нее 25 мм при измерении на расстоянии 18 мм от вершины.

У пассажирских вагонов, включаемых в поезда, курсирующие со ско­ростью свыше 120, но не превышающей 140 км/ч, толщина гребня колеса должна быть не более 33 и не менее 28 мм, а включаемых в поезда, идущие со скоростью, превышающей 140, но не больше чем 160 км/ч, допускается минимальная толщина гребня 30 мм и та же максимальная толщина 33 мм.

Пассажирские вагоны, включаемые в пункте формирования в поезда, следующие до пункта оборота свыше 5000 км, должны иметь колесные па­ры с толщиной гребня колеса не менее 26 мм.

Толщина гребня, так же как и прокат, определяется при помощи абсо­лютного шаблона, установка на колесную пару которого ничем не отлича­ется от ранее описанной, только пользоваться в этом случае нужно не вер­тикальным, а горизонтальным движком 1 (см. рисунок), расположенным на противоположной стороне шаблона. По шкале 2 и риске, отмеченной стрел­кой, видно, что толщина гребня на рисунке равна 30 мм.

Тонкомерный гребень колесной пары может быть выявлен в условиях эксплуатации и специальной браковочной прорезью абсолютного шаблона, ширина которой равна 25, а глубина — 18 мм.

Если при установке абсолютного шаблона, как указано на рисунке, име­ется зазор между вершиной гребня и горизонтальной гранью браковочной прорези, то колесную пару эксплуатировать разрешается, так как толщина гребня колеса, измеренная на расстоянии 18 мм от вершины, в этом случае более 25 мм, а если такого зазора нет, то колесная пара должна быть за­бракована, ибо ее гребень на том же расстоянии от вершины тоньше 25 мм.

При длительном пользовании абсолютным шаблоном в условиях лункта технического осмотра его точность показаний может нарушиться. Поэтому абсолютный шаблон должен проверяться один раз в шесть месяцев по конт­рольному шаблону.

При перекосе рамы двухосного вагона или тележки, неправильной с6орке буксового узла, наличии большого количества кривых участков од­ного направления на пути следования поезда и других причин, в силу кото­рых колесная пара постоянно смещена в одну сторону относительно про­дольной оси рельсовой колеи, во время движения появляется вертикальный подрез гребня на колесе.

Если подрез по высоте в результате измерения специальным шаблоном, изготовленным по утвержденному МПС чертежу, окажется более 18 мм, то колесную пару эксплуатировать запрещается.

Признаком обнаружения на пунктах технического осмотра вертикаль­ного подреза гребня может являться наличие ступенчатого проката по­верхности Катания на колесе противоположного конца колесной пары.

Чтобы убедиться, опасен ли для движения выявленный подрез, необхо­димо вертикальную ножку шаблона плотно прижать к внутренней грани бандажа или обода цельнокатаного колеса, а движок подвести вплотную к подрезанной грани гребня. Если браковочная грань движка или только отметка цифры 18 соприкасается с подрезанной гранью гребня, то колесная пара бракуется. Если между гребнем и движком у от­метки 18 имеется зазор, то вагон с такой колесной парой может следовать в составе поезда дальше.

Шаблон для измерения подреза гребня проверяется один раз в шесть месяцев.

У колеса на участке сопряжения подрезанной части с вершиной гребня может появиться остроконечный накат (см. рисунок). Вагон с такой колес­ной парой бракуется.

С применением композиционных колодок появился новый дефект — кольцевые выработки поверхности катания. Если глубина такой выработки у основания гребня ока­жется более 1 мм или на уклоне 1: 7 более 2 мм, или ее ширина превысит 15 мм, то колесная пара должна быть изъята из эксплуатации.

КОЛЕСНЫЕ ПАРЫ СКОРОСТНЫХ ПОЕЗДОВ.

К колесным па­рам пассажирских вагонов, курсирующих в поездах со скоростью свыше 120 км/ч, предъявляются более жесткие требования, чем к ходовым частям обычных поездов. При скорости движения более 120, но не свыше 160 км/ч прокат допускается не более 5, расстояние между внутренними гранями ко­лес не более 1 443 и не менее 1 439 мм (см. рисунок). У вагонов скоростных поездов, скорость которых не превышает 140 км/ч, оси колесных пар должны быть типа РУ или РУ1 с обточенной средней частью. Толщина гребня при этом допускается не менее 28 и не более 33 мм, а обода колеса не менее 35 мм. Вагоны, следующие со скоростью свыше 140, но не более 160 км/ч, должны иметь оси только типа РУ1 с накатанной средней частью и толщи­ной гребня колеса не менее 30 и не более 33 мм, а обода — не менее 40 мм.

В остальном к колесным парам вагонов скоростных поездов предъявля­ются те же требования, что и к обычным, а при скорости движения свыше 160 км/ч они должны удовлетворять специальным техническим условиям.

Проведем анализ причин и механизмов образования выщербин.

Официальная статистика обточек колесных пар по этим видам выщербин отсутствует. Развитие выщербин происходит по контактно-усталостному механизму после образования трещин различного происхождения.

611 Выщербины по светлым пятнам, ползунам, наварам

Выщербины по светлым пятнам, ползунам, наварам — местное разрушение в виде выкрашивания металла поверхности катания колеса [20] (см. рис. 1.5).

Рис. 1.5. Выщербины по светлым пятнам, ползунам, наварам

Одной из главных причин возникновения данного дефекта является выкрашивание участков поверхности катания, образующихся в результате закалки металла при скольжении заклиненных КП по рельсам.

612 Выщербины по усталостным трещинам

Выщербины по усталостным трещинам — местное разрушение в виде выкрашивания металла поверхности катания колеса [19] (см. рис. 1.6).

Рис. 1.6. Выщербины по усталостным трещинам

Данный вид дефекта является одним из видов естественного износа металла и возникает вследствие исчерпания запаса пластичности и накоплением усталостных повреждений.

613 Выщербины по термическим трещинам на поверхности катания обода колеса

Выщербины по термическим трещинам иа поверхности катания обода колеса — местное разрушение в виде выкрашивания металла поверхности катания колеса [19] (см. рис. 1.7).

Рис. 1.7. Выщербины по термическим трещинам на поверхности катания обода колеса

Причиной возникновения является образование термических микротрещин на поверхности катания обода колеса в результате многократно повторяющихся нагревов и охлаждений при торможении, с дальнейшим ростом и объединением микротрещин под действием контактных нагрузок с последующим выкрашиванием металла.

Обнаруживают выщербины при встрече поезда сходу на слух по характерному, повторяющемуся с определенной периодичностью стуку, а после остановки поезда при осмотре колес.

• • образуются по сетке термических трещин;
• • расположены группами;
• • имеют параллельные грани, расположенные перпендикулярно к поверхности катания.

Особенности возникновения контактно-усталостных повреждений

Схема типов выщербин по причинам возникновения и оценка их распространенности [20] представлена на рис. 1.8.

Нужно отметить, что все рассмотренные дефекты, представленные на рис. 1.8, являются контактно-усталостными повреждениями (КУП), так как, невзирая на разные причины возникновения, разрушение поверхности катания происходит в результате циклического взаимодействия колеса и рельса [20].

Рис. 1.8. Схема типов выщербин и оценка их распространенности

Данную схему (рис. 1.8) нельзя считать до конца объективной, так как она получена в результате обработки статистических данных по 326 колесным парам, проходящих деповской и текущий ремонт в двух депо (Череповец и Лосиноостровская), но характерное представление по распределению контактноусталостных повреждений дает.

Одной из основных причин возникновения контактно-усталостных повреждений колеса является естественная реакция материала колеса на циклическое нагружение.

На данный момент известны четыре установившихся состояния материала при циклическом нагружении (рис. 1.9) [20; 21J:

• • совершенная упругость (а);
• • упругая приспособляемость (Z?);
• • пластическая приспособляемость (с);
• • исчерпания способности к упрочнению ( N ), характеризующей долю сил трения в месте контакта. Условия нагружения и свойства материала учтены безразмерной величиной Р°^ — отношением максимального контактного давления Р° к пределу текучести ? материала на сдвиг. Из диаграммы Джонсона следует, что если Р°^ дд _то пластическое течение выходит на поверхность (контактноусталостные повреждения колеса, возникающие с поверхности, рис. 1.9).

Анализ процессов зарождения дефектов контактной усталости [20] показал, что они образуются в следующих случаях:

• • при накоплении микропластической деформации в подповерхностных слоях под действием максимальных тангенциальных напряжений, преимущественно в районе дефектов в структуре материала;
• • при наличии высоких растягивающих напряжений на поверхности контакта, способствующих возникновению трещины с поверхности;
• • в условиях реакции материала на циклическое нагружение, когда исчерпывается способность материала к пластической деформации, возникают трещины на поверхности катания колеса. Этот режим возникает, когда на поверхности колеса и рельса действуют силы трения, связанные с относительным проскальзыванием колеса по рельсу, превышающие 0,3 нормальной нагрузки (см. рис. 1.9).

Накопление повреждаемости. Исследование [20] показало, что интенсивность накопления повреждений и положение зон, в которых повреждаемость достигает максимального значения, определяются двумя группами факторов.

Первая группа — форма, размеры областей контакта и распределение контактных напряжений при единичном акте взаимодействия; все они определяются главным образом профилями контактирующих тел, вертикальными и горизонтальными силами, действующими на колесную пару, относительными проскальзываниями колеса по рельсу. Эта группа факторов в большей степени влияет на глубину области, в которой поврежденность максимальна.

Вторая группа факторов определяется статистическими характеристиками совокупности процессов взаимодействия. Чем больше разброс точек контакта по профилю колеса, тем меньше локализовано накопление поврежденности и тем большее время, при прочих равных условиях, до момента достижения по-врежденностью критического момента, при котором зарождается трещина.

В зависимости от условий взаимодействия возможно возникновение подповерхностного контактно-усталостного разрушения (зарождение подповерхностной трещины) и поверхностных контактно-усталостных повреждений. При относительном проскальзывании с большим коэффициентом трения возникают две области значений максимальных касательных напряжений, приводящих к разрушению с поверхности и под поверхностью [20]. Учет конкурирующих механизмов разрушения поверхности позволяет в определенной мере управлять процессом контактно-усталостного разрушения.

Развитие трещин на поверхности колеса. На рис. 1.11 приведена схема связи между скоростью роста трещины по числу циклов и ее длиной а [20; 26]. В соответствии с этой схемой существует несколько этапов развития роста контактной усталости с поверхности. После зарождения в результате реакции пластически деформируемого материала на циклическое нагружение (кривая 1) трещина распространяется под действием контактных напряжений.

Рис. 1.11. Этапы развития роста трещины

По мере того, как она становится длиннее и глубже, скорость ее распространения увеличивается до тех пор, пока трещина не достигнет определенной длины (кривая 2). В случае выхода трещины из зоны действия контактных напряжений интенсивности ее развития снижается (кривая 3). Далее развитие трещины происходит под действием остаточных напряжений (кривая 4). Поскольку на скорость распространения трещины действуют многие факторы, показанные на рис. 1.10, области могут сдвигаться в ту или иную сторону.

Другая гипотеза [27] утверждает, что трещина развивается при одновременном действии сжимающих напряжений ас у поверхности и растягивающих ар в ее устье (рис. 1.12).

Рис. 1.12. Схема развития трещины контактной усталости

Большое распространение получила гипотеза Pineau [28], по которой доминирующим в распространении трещины длиной а является тот механизм, который обеспечивает максимальную скорость da / dN распространения по циклам нагружения N _ Рассматриваются два механизма развития трещин: под действием касательных (индекс 5 ), растягивающих (индекс 1 ) напряжений:

Так как изнашивание и контактная усталость являются конкурирующими механизмами, интенсивность изнашивания поверхности катания может существенно влиять на развитие трещины: начальные трещины или не развиваются, или темп их развития замедляется.

Результирующая длина трещины зависит от разности между скоростью ее развития и скоростью изнашивания.

Виды контактно-усталостных поврежедений колеса

Подповерхностные контактно-усталостные повреждения (КУП) колеса.

Трещины, возникающие при таких повреждениях, формируются на глубине 3-6 мм и растут в сторону рабочей поверхности колеса, что приводит к образованию раковин. При развитии трещины вглубь может произойти разрушение колеса 31.

Одной из причин возникновения подповерхностных КУП колеса является то, что направление главных напряжений за цикл нагружения меняется, а компоненты напряжений не достигают максимальных значений в одно время [32].

На рис. 1.13 представлены виды подповерхностных КУП колеса грузового вагона.

Рис. 1.13. Виды подповерхностных КУП колеса грузового вагона: а — повреждения глубиной 4-5 мм; б — то же, 3-4 мм

Моделирование напряженно-деформированного состояния показывает [33], что в зоне, близкой к дефекту, могут формироватся растягивающие остаточные напряжения, что может приветен к зарождению трещины.

Размер подповерхностного дефекта существенно влияет на зарождение контактно-усталостного повреждения. На рис. 1.14 показано, как изменяется относительный предел усталости материала колеса дефектом в зависимости от относительного размера дефекта. Например, при относительном размере дефекта dido, _в 20 раз превышающий размер, не оказывающий влияния на предел контактной усталости, и предел усталости (для одноосного напряженного состояния) материала с дефектом Q составляет 50 % предела усталости данного материала ^°. Для сложного напряженного состояния, характерного для колеса, увеличение размера подповерхностного дефекта с 1-2 мм приводит к росту показателя усталостной повреждаемости 40-60 % [33].

Рис. 1.14. Изменение относительного предела усталости материала колеса с дефектом от относительного размера дефекта d I da

КУП могут возникать даже при отсутствии явных дефектов материала в местах, где эквивалентные напряжения превышают предел усталости материала в данной точке (на глубине примерно 4 мм поверхности катания) [34].

Для предотвращения подповерхностных дефектов и их последствий принимают следующие меры:

Поверхностные контактно-усталостные повреждения

В начальной стадии (рис. 1.15, а) на поверхности катания появляются трещины, наклоненные на угол от 20-30 до 45°. Сечение, где обнаруживаются такие трещины, может находиться на расстоянии 25—40 мм от наружного торца, в середине дорожки катания, в области, примыкающей к гребню [20]. При обследовании чаще всего обнаруживались трещины в зоне, примыкающей к наружному торцу. В процессе эксплуатации происходит объединение мелких трещин, приводящее в итоге к образованию локальных и далее сплошных выщербин (см. рис. 1.14), которые являются браковочным дефектом.

Такого вида повреждения часто появлялись на колесах грузовых вагонов в ходе испытаний на экспериментальном кольце ВНИИЖТа, на котором движение осуществляется в одном направлении по односторонним кривым различных радиусов, начиная с R = 400 . При испытаниях нагрузка на ось составляла 250-270 кН [3].

Рис. 1.15. Виды стадии развития поверхностных контактно-усталостных повреждений: а — начальная стадия; 6 — локальные выщербины; в — сплошные выщербины

Одним из видов поверхностных контактно-усталостных повреждений является трибоусталость [27; 35]. Трещины зарождаются в результате изнашивания усталостного характера. Частицы материала отделяются в виде тонких чешуек.

Наклонные параллельные трещины по кругу катания

Такого рода дефекты могут возникать, например, при прохождении кривых, когда колесная пара вынуждена оставаться в положении, отличающемся от чистого качения. Наружное колесо, вынужденное катиться по большому диаметру, проскальзывает назад, а другое колесо, катящееся по меньшему диаметру, проскальзывает вперед. На поверхности КП возникают продольные силы (силы продольного крипа), пропорциональные ее смещению. При развороте колесной пары на угол набегания колесо начинает проскальзывать в поперечном направлении, в результате чего возникают силы поперечного крипа, пропорциональные углу набегания. Силы поперечного крипа и вызывают пластическую деформацию поверхностных слоев [20].

Когда отношение сил трения, связанных с крипом, к нормальной нагрузке превышает 0,3, пластическая деформация выходит на поверхность колеса (см. рис. 1.8). Многократное, однонаправленное воздействие этих сил приводит к такому режиму реакции материала на циклическое нагружение, при котором происходит накопление пластической деформации до уровня исчерпания пластичности материала.

На рис. 1.16 представлена поверхность колеса шириной 140 мм и выделены зоны, в которых наблюдаются наклонные параллельные трещины [3; 20].

Зона 1 Зона 3 Зона 2

Рис. 1.16. Поверхность колеса с зонами, где наблюдаются наклонные параллельные трещины по поверхности катания: зона 1 — вблизи гребня; зона 2 — вблизи наружной части колеса; зона 3 — средняя часть поверхности колеса

Зоны различаются характером действующих на них сил, глубиной деформации слоев материала, видом и направлением развивающихся трещин. В зоне 1 трещины наклонены к оси колесной пары и направлены от гребня. Они возникают из-за многократного воздействия сил крипа, связанных с относительным проскальзыванием при взаимодействии колеса с наружным рельсом в кривых малого радиуса. В зоне 2 появляются трещины, наклоненные примерно под углом 45° к оси колесной пары и направленные от внешней поверхности колеса. Трещины образуются из-за многократного воздействия сил трения в процессе взаимодействия этой части поверхности с внутренним рельсом при движении в кривых малого и среднего радиусов. В зоне 3, расположенной в средней части поверхности катания, могут развиваться трещины, параллельные оси колесной пары. Трещины возникают в результате воздействия сил трения, связанных с продольным относительным проскальзыванием (крипом), в прямых и кривых большого радиуса [20].

Зоны различаются глубиной пластической деформации вдоль рабочей поверхности колеса (рис. 1.17). Наибольшая глубина деформации наблюдается вблизи наружной поверхности колеса. Зона 1 является основной по интенсивности деформаций. Направления развития трещин по глубине в зонах 1-3 также различаются. Трещины по мере роста приводят к поверхностному выкрашиванию.

Рис. 1.17. Изменения глубины (а), а также направления деформации (б) в различных зонах поверхности катания колеса [3; 20]

Несмотря на различие в глубине и направлении деформации, механизм возникновения трещин определяется исчерпанием пластических свойств материалов при многократном однонаправленном воздействии на соответствующие зоны поверхности катания. Степень этого взаимодействия (скорость проскальзывания и сила трения) в значительной степени зависит от угла набегания гребня колеса на рельс, большой разницей диаметров колес, большими забегами боковин и др. Следовательно, возникновение такого рода дефектов связано с ухудшением технического состояния пути и подвижного состава.

Обобщение причин образования выщербин

Выщербины термомеханического происхождения являются следствием термомеханических повреждений, представляющих собой дефекты поверхности катания в виде белых пятен, ползунов с последующим выкрашиванием микрообъемов металла. Характеризуются повышенной твердостью в зоне белых пятен (1,5-2 раза выше, чем твердость поверхности колеса) вследствие образования мартенситно-аустенитной структуры. Толщина белого пятна составляет 0,1-0,5 мм и зависит от продолжительности теплового воздействия вследствие интенсивного нагрева поверхностного слоя металла в процессе скольжения (юза) заторможенного колеса по рельсу до температуры, при которой происходят структурные превращения, и быстроты отвода тепла в холодный металл после прекращения скольжения.

Различают следующие термомеханические повреждения колеса:

• • односторонние, с образованием ползунов, белых пятен и наваров. Такого рода повреждения возникают на немеханизироваиных сортировочных горках, где регулирование скорости отцепов осуществляется с помощью тормозных башмаков, и скорость выхода выгона на башмак оказывается выше допустимой;
• • двухсторонние, возникающие в результате превышения тормозной силой сил сцепления.

Причинами этого являются:

• • неисправности тормозного оборудования;
• • переторможенность нескольких колесных пар вследствие того, что фактические параметры тормозных сил превышают расчетные из-за разброса сил трения между отдельными колесами и их колодками;
• • снижение сцепления колеса с рельсом при торможении из-за неправильной работы систем лубрикации.

Выщербины контактно-усталостного происхождения подразделяются на подповерхностные и поверхностные.

Подповерхностные вызваны дефектами структуры металла, высоким уровнем контактных напряжений и недостаточной сопротивляемостью металла колеса контактно-усталостным повреждениям.

Поверхностные представляют собой наклонные, параллельные трещины по кругу катания и выкрашивания, с ними связанные. Причинами такого рода дефектов является пластическая деформация превышающая пластичность материала поверхностного слоя, связанного с относительным проскальзыванием колеса по рельсу, ведущих к образованию поверхностных усталостных трещин.

Направления работ по снижению контактно-усталостных повреждений колес

Основные работы по снижению контактно-усталостных повреждений можно производить по шести основным направлениям.

Читайте также:

  
• Подключение видеорегистратора шкода октавия а7 к блоку предохранителей
  
• Не работает магнитола rolsen
  
• Видеорегистратор digma freedrive action full hd wifi инструкция
  
• Промывка двигателя киа спектра
  
• Может ли гибдд отказать в постановке на учет если авто в залоге у банка