4.3. Формування колісних пар

Формування колісних пар є однією з відповідальних операцій по виробництву колісних пар, від якої багато в чому залежить безпека руху поїздів, а також довговічність колісних пар.

Підбор елементів і формування колісних пар виробляється відповідно до Інструкції [15].

Міцність з'єднання коліс із осями здійснюється за рахунок пружних деформацій поверхонь, що сполучають, під маточину частини осі й отвору маточини колеса.

Посадка повинна забезпечити з однієї сторони необхідну міцність з'єднання коліс із віссю, а з іншого боку - не повинна викликати зайвих напруг у зонах сполучення. Таким чином, необхідно забезпечити нерівність М_тр>М_кр. Це значить, що момент тертя на сполучаємих поверхнях підматочиної частини осі й отвору маточини повинен бути більше або дорівнює моменту крутіння, що виникає при взаємодії колеса з рейкою й гальмовою колодкою.

Щоб виконати цю нерівність, необхідно на сполучаємих поверхнях створити питомий тиск у межах пружної деформації, обумовлений вираженням:

(4.2)

де δ - величина натягу на посадку;

Е — модуль пружності;

d_ст — зовнішній діаметр маточини колеса, вимірюваний на відстані 10 мм від торця маточини;

d_m — діаметр підматочиної частини осі.

Таким чином, основним параметром, що забезпечує міцність з'єднання, є правильно обраний натяг, тобто різниця діаметрів отвору, що сполучають, маточини колеса й підматочиної частини осі, причому діаметр підматочиної частини осі повинен бути більше.

Однак на якість з'єднання впливає ще ряд технологічних параметрів, як наприклад, шорсткість посадкових поверхонь, їхні розміри й форми, швидкість запресовування, якість змащення поверхонь й інші фактори.

Дослідженнями встановлено, що найбільш стабільні результати запресовування досягаються при обробці отвору маточини колеса із шорсткістю 10 мкм, а підматочиної частини - 1,25 мкм. Відхилення форм посадкових поверхонь, зокрема, овальність отвору маточини колеса не повинні перевищувати 0,025 мм, а конусність отвору до 0,05 мм за умови, що більший діаметр отвору розташований у внутрішньої грані маточини.

Теоретичне зусилля при запресовуванні можна визначити з вираженням:

(4.3)

де /_ст — довжина маточини колеса; μ — коефіцієнт тертя сполучаємих поверхонь.

На основі теоретичних розрахунків і досвіду експлуатації в інструкції [15] прийняте зусилля запресовування в межах 363...538 кН (37...55 т) на кожні 100 мм діаметра підматочиної частини осі.

Запресовування коліс на осі проводиться в холодному стані на гідравлічних пресах Краматорських або Одеського машинобудівних заводів, оснащених манометрами й контрольними самописними приладами для запису діаграм запресовування.

При механічному запресовуванні коліс на осі передбачаються три основні операції: підготовча, формування посадок і контроль якості запресовування.

Підготовча операція полягає в підборі суцільнокатаних коліс по колу катання, по товщині обіду й по величині натягу. Різниця діаметрів по крузі катання нових коліс, насаджених на одну вісь, допускається не більше 1 мм. Напресування коліс на одну вісь із різницею товщин ободів більше 5 мм не допускаються. Розміри натягів для досягнення необхідних запресувальних зусиль установлюється в межах 0,10...0,25 мм.

Посадкові поверхні пресуємих елементів повинні бути очищені, протерті й покриті рівним шаром натуральної оліфи або рослинного масла. Змащення в процесі напресування охороняють поверхні від задиров, подряпин, зменшує коефіцієнт тертя, захищає метал сполукаємих поверхонь від корозії, а надалі внаслідок полімеризації масла трохи підвищує міцність пресового з'єднання.

Швидкість руху плунжера преса визначена експериментально й повинна бути не вище 2 мм/с. Зі зменшенням швидкості напресування колеса на вісь, коефіцієнт тертя збільшується й тому збільшується зусилля напресування. Зі збільшенням швидкості запресовування кінцеве зусилля знижується. Крім того, запресовування з великою швидкістю створює труднощі в точній зупинці процесу запресовування й дотримання точного розташування маточини колеса щодо торця й середини осі.

Пресуемі елементи колісних пар повинні мати однакову температуру (допускається Δt < 10 °С за умови перевищення температури колеса над температурою осі). При невиконанні цієї умови після формування й вирівнювання температур може відбутися ослаблення міцності зчеплення маточини колеса з віссю й зсув колеса.

При установці на прес необхідно стежити за збігом геометричних осей пресуемих елементів колісної пари з віссю плунжера, не допускаючи перекосів коліс щодо осі.

У процесі запресовування на вісь накладається шаблон, за допомогою якого контролюється розташування коліс на осі.

Для контролю за якістю напресування колеса на вісь гідравлічні преси обладнані самописними приладами, що вичерчують діаграми зміни зусилля напресування по довжині поверхонь, що сполучають. Процес запресовування при упругопластинчатому стані матеріалу посадкових поверхонь відбувається в такий спосіб (див. рис. 4.8). Ріст зусиль запресовування Р₃ почнеться з моменту зіткнення поверхні запресувального конуса осі з поверхнею скруглення кромки отвору внутрішнього торця маточини r. Різкий ріст зусилля запресовування відбувається внаслідок підвищення контактного тиску з ростом величини натягу, (ділянка О А). Зусилля запресовування повинне деформувати поверхні підматочиної частини осі й отвору маточини колеса й переборювати сили тертя між посадковими поверхнями.

Подальше просування осі в маточину до її середини буде супроводжуватися подальшим досить високим на зріст зусилля запресовування Р₃ (ділянка АВ). Зростання Р_з на ділянці АВ відбувається за рахунок росту сил на деформацію маточини колеса, жорсткість якої в міру просування до середини збільшується, через конусности зовнішньої поверхні маточини.

Рис. 4.8. Теоретична діаграма запресовування колеса на вісь

При подальшому просуванні осі інтенсивність росту Р₃ зменшується (ділянка ВС) внаслідок наступного зниження жорсткості маточини. З моменту виходу запресувального конуса осі з-під маточини колеса й до закінчення процесу запресовування рост зусилля запресовування припиняється.

Таким чином, при циліндричній формі поверхонь зміна зусиль запресовування характеризується лінією OABCDE діаграми. При циліндричній формі підматочиної частини й припустимої конусности отвору маточини величина натягу зростає в міру збільшення довжини поверхонь, що сполучають, а ріст Р₃ іде по кривій OFCDE.

При конічній формі підматочиної частини осі й циліндричному отворі маточини зміна зусиль запресовування відповідає кривій OGDE.

При конічній формі підматочиної частини осі й отвору маточини зміна зусиль запресовування відбувається по кривій OKDE. При пресовій посадці коліс на осі звичайно до 25...30 % напресовок має невідповідність напресовочних зусиль нормам або відхилення форми діаграми від припустимої. Це поясняється нестійкістю процесу тертя при напресуванні. Крім того, при пресовій посадці іноді виникають механічні пошкодження поверхонь, що сполучають, що знижують втомлену міцність колісних пар.