Розділ 4 технічний стан і ремонт колісних пар
4.1. Аналіз зношень і пошкоджень колісних пар і причини їхнього утворення
Колісні пари є одним з основних елементів ходових частин, від технічного стану яких істотно залежить надійність роботи вагона в цілому. При русі колісної пари по рейковій колії на неї діє комплекс статичних і динамічних вертикальних і горизонтальних сил. Крім того, вісь колісної пари випробовує додаткові напруги стиску в зонах напресування маточин коліс на осі й ряд інших експлуатаційних факторів. Сполучення комплексу цих факторів сприяє виникненню в елементах колісних пар ряду несправностей. Несправності осей колісних пар підрозділяють у загальному виді на зношення, тріщини, злами.
У середній частині осі в умовах експлуатації утвориться ряд несправностей, розташування яких представлене на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Несправності середньої частини осі
Найнебезпечнішими дефектами є поперечні тріщини 1. Виконаний аналіз великої кількості осей зі зламами в середній частині показав, що переважна більшість тріщин має втомлений характер викликаний багаторазовим повторенням циклічних навантажень, посилених додатковим впливом завантаження вагонів понад установлені норми, нерівномірним розподілом вантажу по кузові, утомою металу, наявністю концентраторів напруг, а також дефектами поверхонь кочення коліс (повзун, вищербина й т.д.), що викликають додаткові динамічні навантаження. При виявленні поперечних тріщин в осі незалежно від інших параметрів колісна пара підлягає розформуванню.
Поздовжні тріщини 2 утворяться внаслідок наявності в поверхневих шарах металу дефектів технологічного походження у вигляді неметалічних включень, заходів, полон, забоїн. Осі колісних пар з поздовжньою тріщиною довжиною більше 25 мм заміняються справними. Бракування похилих тріщин 3 залежить від кута нахилу а до утворюючої осі. При куті нахилу 30° і менш, тріщина ставиться до поздовжніх, а при куті а більше 30° — до поперечного.
Тріщини можна виявити за допомогою ультразвукової або магнітної дефектоскопії, або візуально (в умовах ПТО) по ряду зовнішніх ознак. Практикою встановлено, що плівка фарби в зоні розташування тріщини щільно не прилягає до осі, а в деяких випадках здувається у вигляді міхура або відшаровується. Більше глибокі тріщини можуть бути виявлені влітку по скупченню пилу, а взимку по наявності інею. Поясняється це тим, що в тріщині концентрується волога, до якої влітку прилипає пил, а взимку волога перетворюється в іній.
Кільцеві вироблення на середній частині осі 4 виникають від тертя вертикальних важелів і горизонтальних тяг, неправильно зібраної або неправильно відрегульованої важільної передачі гальма або їхнього падіння на вісь. Значна глибина стирання може привести до зламу осі, тому колісні пари з протертістю осі глибиною більше 2,5 мм бракуються.
Забоїни й вм'ятини 5 - механічні пошкодження, які характеризуються утворенням місцевого поглиблення, що виникає в результаті пластичної деформації від удару яким-небудь предметом (найчастіше в процесі навантаження або вивантаження колісних пар). Осі колісних пар бракуються по цих дефектах, якщо діаметр осі в місці його розташування допуска менше.
Зігнутість осі колісної пари - механічне пошкодження з утворенням вигину осі в результаті деформації її від ударів при аваріях і катастрофах. Зігнутість визначається вимірюванням відстані між внутрішніми гранями коліс у чотирьох точках по окружності або як биття при обертанні осі в центрах. Колісні пари із зігнутістю осі до експлуатації не допускаються.
Дефекти підматочиної частини осі в основному пов'язані з додатковим впливом запресовування маточини колеса на вісь. Найнебезпечніший дефект тріщина — порушення суцільності металу в зоні контакту осі й маточини в її торця. Відразу ж від поверхні тріщини поширюються під кутом 70...75° (рис. 4.2) усередину підматочиної частини осі, а потім на глибині 2...4 мм міняє свій напрямок на перпендикулярне до поверхні. Нахил тріщини від поверхні осі пов'язаний з тиском, надаваним кінцями маточини колеса, у перерізах яких тиск зростає в 1,5...1,8 рази від нормального тиску маточини колеса після посадки на вісь.
Причиною різкого зниження витривалості осі в цій зоні є також пошкодження поверхні осі внаслідок корозії тертя (фретинг-коррозиї), що розвивається на поверхнях сполучених деталей у процесі циклічного навантаження. Крім того, при контактному терті відбуваються процеси мікрозношування, хімічного окислювання поверхні, а також розвиваються електроерозійні явища за рахунок виникаючого при терті двох металів термоелектричного струму.
Дефекти в шейках осей:
Тріщини в шейках осей утворяться найчастіше поблизу жолобників. Основною причиною їхнього утворення в шейках осей з роликовими підшипниками є місцева концентрація напруги в зоні торця внутрішнього кільця, особливо поблизу заднього жолобника. Характер цих тріщин аналогічний характеру тріщин у підматочиної частини, тобто є наслідком концентрації напруг по перерізі торця внутрішнього кільця роликового підшипника. З метою зниження концентрації напруг у цій зоні необхідно виконувати канавки, що розвантажують, поблизу заднього жолобника глибиною 0, 04 мм.
Рис. 4.2. Характер утворення тріщини в підматочиної частини осі
Задиры й ризики на шейках і передпідматочиних частинах — кругове нерівномірне по поперечному профілі зношування. На шейках і передпідматочиних частинах з підшипниками кочення поперечні задири й ризики утворяться через провертання внутрішніх кілець підшипників і лабіринтових кілець при нагріванні букс або недостатному натягу кілець при монтажі.