umm_465

ной магистрали, автоматически срабатывает на торможение при разрыве тормозной магистрали;

14 – тормозной цилиндр, крепится к раме вагона, соединен воздухопроводом с авторежимом и механически – с тормозной рычажной передачей; выполняет функцию создания тормозного нажатия;

15 – авторежим, крепится к раме вагона, соединен воздухопроводом с воздухораспределителем и тормозным цилиндром; выполняет функцию автоматического регулирования давления в тормозном цилиндре в зависимости от загрузки вагона;

16 – балочка авторежима, закреплена на боковых рамах вагона; выполняет функцию регулирования величины хода вилки авторежима в зависимости от загрузки вагона;

17– автоматический регулятор тормозной рычажной передачи, яв-

ляется составной частью тормозной тяги; выполняет функцию автоматического регулирования длины тормозной тяги с целью обеспечения постоянства хода штока тормозного цилиндра по мере износа тормозных колодок;

18– тормозная рычажная передача, имеет систему тяг, горизонтальных и вертикальных рычагов; выполняет функцию передачи и распределения тормозного нажатия по осям колесных пар;

19– триангель, соединен с вертикальными рычагами; выполняет функцию равномерного распределения тормозного нажатия на колеса колесной пары;

20– тормозной башмак, крепится на триангеле и подвеске; выполняет функцию направленного и равномерного распределения силы тормозного нажатия по длине тормозной колодки;

21– подвеска тормозного башмака, закреплена валиком на боковой раме тележки. Кроме прямого назначения выполняет функцию отвода тормозной колодки от колеса при отпущенном состоянии автотормоза;

22– тормозная колодка, крепится чекой в тормозном башмаке; выполняет функцию создания тормозной силы за счет силы трения о поверхность катания колеса.

Кроме функциональных параметров работоспособность механизмов вагона может оцениваться и структурными параметрами (целостность, проч-

ность, деформация, износ), а также вспомогательными сопутствующими па-

раметрами (шумы, вибрация нагрев и др.). Техническое состояние вагона в целом может оцениваться основными характеристиками – габарит, коэффициент динамики, тормозная эффективность, сопротивление движению, амплитуда и частота колебаний и др.

5.4. Отказы вагонов

Цель технической диагностики – предотвращение отказа вагона в эксплуатации путем оценки его технического состояния и оставшегося ресурса, иными словами – обеспечение безотказности.

40

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение определенного времени или некоторой наработки (км, т-км).

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Критерий отказа – признак (диагностический признак) или совокупность признаков неработоспособного состояния объекта.

Независимый отказ – отказ объекта, не обусловленный отказом другого объекта.

Зависимый отказ – отказ объекта, обусловленный отказом другого объекта.

Внезапный отказ – отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта. Внезапному отказу не предшествует направленное изменение какого-либо из наблюдаемых эксплуатационных параметров объекта, в связи с этим прогнозировать возникновение внезапного отказа практически невозможно. В то же время понятие внезапного отказа относительно. При более глубоком изучении процессов и причин, связанных с возникновением отказа может появиться возможность обнаружения таких изменений в объекте, которые закономерно предшествуют возникновению отказа, считавшегося раньше внезапным.

Постепенный отказ – отказ, характеризующийся постепенным изменением значений одного или нескольких параметров объекта.

Перемежающийся отказ – многократно возникающий самоустраняющийся отказ объекта одного и того же характера (вида).

Причина отказа – явления, процессы, события и состояния, обусловившие возникновение отказа объекта.

Причины отказов технических средств, в частности, подвижного состава:

-несовершенство конструкции (недостаточный запас прочности, низкие показатели надежности, ремонтопригодности, контролепригодности, недостаточный ресурс и др.);

-низкое качество изготовления, постройки;

-нарушение правил эксплуатации;

-нарушение технологии ремонта и технического обслуживания.

В соответствии с этими причинами отказы можно разделить на два вида:

-производственные отказы, вызванные нарушением технических условий при изготовлении деталей, комплектующих изделий, постройке подвижного состава, нарушением правил ремонта;

-эксплуатационные отказы, вызванные нарушением правил эксплуатации и технического обслуживания.

Параметр потока отказов – отношение среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку (продолжительность или объем работы объекта) к значению этой наработки.

Поток отказов характеризуется ведущей функцией

41

где М – символ математического ожидания; r(t) – число отказов за время t. Параметр потока отказов

Имеем соотношение

Интенсивность отказов – условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник, определяется по формуле

где f(t) –функция плотности вероятности наработки до отказа; P(t) – вероятность безотказной работы;

F(t) – функция распределения наработки до отказа.

Вагон является восстанавливаемым объектом, его работоспособность восстанавливается на ремонтных предприятиях, в основном, путем замены отказавших деталей или сборочных единиц.

Приняв за единицу измерения наработки вагоно-км пробега (можно принять вагоно-осе-км, поездо-км, поездо-ч), определяем параметр потока отказов вагонов:

где n – число отказов, вызвавших вынужденную остановку поездов в пути следования за время t;

Nl – пробег в вагоно-км по участку за время t. Наработка между отказами определяется по формуле

42

Вероятность безостановочного следования поездов по участку выражается соотношением

где Nи – количество исправно проследовавших поездов за время t; No – общее количество поездов, проследовавших по участку;

n – количество поездов, имевших вынужденную остановку из-за отказов вагонов.

В общем случае (5.7) можно преобразовать как функцию параметра потока отказов:

Опасность того или иного отказа характеризуется его последствиями. Последствия отказа – явления, процессы, события и состояния, возник-

шие при отказе и находящиеся в непосредственной причинной связи с ним. Особым приказом Министерства транспорта определена классификация

нарушений безопасности движения в поездной и маневровой работе на железных дорогах:

А) Крушения поездов:

– столкновения пассажирских или грузовых поездов с другими поездами или подвижным составом, сходы подвижного состава в пассажирских или грузовых поездах на перегонах и станциях, в результате которых погибли или получили тяжкие телесные повреждения люди или повреждены локомотивы или вагоны до степени исключения их из инвентаря.

Б) Аварии:

-столкновения пассажирских поездов с другими поездами или подвижным составом, сходы подвижного состава в пассажирских поездах на перегонах

истанциях, не имеющих последствий, указанных в п.А но в результате которых повреждены локомотивы или вагоны соответственно в объемах ремонта ТР-2 и деповского или более сложных ремонтов;

-столкновения грузовых поездов с другими грузовыми поездами или подвижным составом, сходы подвижного состава в грузовых поездах на перегонах и станциях, не имеющих последствий, указанных в п. А, но в результате которых допущено повреждение локомотивов или вагонов в объеме капитального ремонта;

43

-столкновения и сходы подвижного состава при маневрах, экипировке и других передвижениях, в результате которых погибли или получили тяжкие телесные повреждения люди или повреждены локомотивы или вагоны до степени исключения их из инвентаря.

В) Особые случаи брака в работе (пункты, касающиеся вагонного хозяйства):

-столкновения пассажирских или грузовых поездов с другими поездами или подвижным составом, сходы подвижного состава в пассажирских или грузовых поездах на перегонах и станциях, не имеющих последствий, указанных в п.п. А и Б;

-уход подвижного состава на маршрут приема, отправления поезда или на перегон;

-развал груза в пути следования;

-излом оси, осевой шейки или колеса;

-излом боковой рамы или надрессорной балки тележки вагона;

-обрыв хребтовой балки подвижного состава;

-отцепка вагона от пассажирского поезда в пути следования из-за технической неисправности;

-отправление поезда с перекрытыми концевыми кранами.

Г) Случаи брака в работе:

-отцепка вагона от грузового поезда в пути следования из-за грения буксы или других технических неисправностей;

-саморасцеп автосцепок в поезде;

-взрез стрелки;

-обрыв автосцепки подвижного состава;

-падение на путь деталей подвижного состава;

-неисправности пути, подвижного состава и других технических средств, в результате которых допущена задержка поезда на перегоне хотя бы по одному из путей или на станции сверх времени, установленного графиком движения, на один час и более;

-сходы подвижного состава при маневрах, экипировке и других передвижениях, не имеющих последствий, указанных в п. Б;

-столкновения подвижного состава при маневрах, экипировке и других передвижениях, не имеющих последствий, указанных в п. Б, но при которых повреждены локомотивы или вагоны в объеме текущего отцепочного ремонта.

Анализ последствий отказов вагонов прежде всего показывает, что наибольший процент от общего числа крушений, браков составляют неисправности буксового узла (до 50 %), а от особых случаев брака – сходы вагонов (55 %), но следует иметь в виду, что самый опасный случай нарушения безопасности – столкновение поезда с другим поездом или подвижным составом, так как

вэтих случаях наступают наиболее тяжелые последствия. В связи с этим необходимо внедрение комплекса средств технической диагностики для своевременного обнаружения отказов вагонов, приводящих к тяжелым последствиям – к авариям и крушениям.

44

5.5. Причины крушений и аварий по вине вагонного хозяйства

Причины столкновения поезда с другим поездом или подвижным составом по вине вагонного хозяйства:

-отправление поезда с перекрытыми концевыми кранами;

-недостаточная тормозная эффективность;

-истощимость тормозной системы;

-саморасцеп автосцепок;

-обрыв автосцепок.

Причины схода подвижного состава из-за нарушений , связанных с техническим состоянием вагона можно разделить на три основные группы.

Первая группа причин схода связана с изломом деталей ходовых частей вагона, падением деталей вагона или груза на путь:

-излом колеса, оси колесной пары;

-излом шейки оси колесной пары из-за разрушения буксового подшип-

ника;

-излом литых деталей тележки;

-обрыв подвески тормозного башмака;

-обрыв деталей тормозной рычажной передачи;

-волочащиеся детали;

-падение деталей вагона на путь;

-падение груза на путь из-за нарушений правил технического содержания вагона.

Вторая группа причин относится к случаям схода вагона на стрелочном переводе из-за подреза гребня колеса, остроконечного наката гребня, проката колеса. Схема накатывания гребня колеса на остряк стрелочного перевода при противошерстном движении представлена на рис. 5.2. Правила технического содержания пути допускают максимальный зазор между остряком стрелочного перевода и рамным рельсом 4 мм.

Если гребень колеса изношен сверх нормативного значения – подрез гребня, то при противошерстном движении по стрелочному переводу вершина гребня колеса накатывается на остряк, а затем перекатывается через него, что приводит к сходу колесной пары.

При пошерстном движении в случае, когда прокат колеса превышает допускаемую норму, в процессе перекатывания колеса с остряка на рамный рельс торцевая часть колеса опустится ниже рамного рельса, как показано на рис. 5.3.

Врезультате взаимодействия торцевой части колеса с рамным рельсом возникнет распор колеи, что приведет к вкатыванию противоположного колеса гребнем на рельс и к сходу колеса, катящегося по остряку.

Третья группа причин схода вызвана вкатыванием колеса на головку рельса. Для многих случаев схода колес с рельсов характерным является то, что под действием поперечных горизонтальных (рамных) сил гребень колеса постепенным вкатыванием подымается на головку рельса, затем пересекает рельс и попадает на внешнюю сторону рельса.

45

4

3

1

2

4 мм

Рис. 5.2. Схема накатывания колеса с подрезом гребня на остряк при движении по стрелочному переводу: 1 – остряк стрелочного перевода; 2 – рамный рельс; 3 – колесо с подрезом гребня; 4 – колесо с исправным гребнем

Поперечные горизонтальные силы возникают при прохождении кривых участков пути, при определенных видах боковых колебаний вагона, из-за неровностей пути в плане. Для того чтобы не произошло схода колеса вследствие вкатывания гребня на головку рельса под действием какой-либо горизонтальной поперечной силы, необходимо, чтобы имело место непрерывное скольжение колеса вниз под действием вертикальной нагрузки.

46

1

2

Yp

3

Рис. 5.3. Схема схода колеса с прокатом при пошерстном движении по стрелочному переводу: 1 – колесо с прокатом; 2 – рамный рельс; 3 – остряк стрелочного перевода;

Yp– боковая сила

На рис. 5.4 приведена схема нагружения оси колесной пары в процессе вкатывания на рельс под действием поперечно-горизонтально действующей на колесную пару силы Yр. Cила Yр выражает комплекс всех действий вагона и тележки в поперечном направлении на колесную пару.

Силы P1 и P2 − вертикальные силы, приложенные в точках контактов, соответственно, левого и правого колес с рельсами. Эти силы вследствие вертикальных колебаний и боковой качки вагона являются величинами переменными. Будем полагать, что каждая из этих сил включает также половину веса самой колесной пары. S – расстояние между точками контакта колес с рельсами. β1 – угол наклона рабочей поверхности гребня левого колеса. β2 – уклон поверхности катания в точке контакта правого колеса с рельсом.

Допустим, что левое колесо начало вкатываться на головку рельса. Тогда колесная пара займет между рельсами положение, показанное на рис.5.4. Силы P1 и P2 в точках контактов раскладываются на нормальные N и касательные F составляющие.

47

Z

Y

Yp

N2

F2

S

β2

Рис. 5.4. Схема нагружения колесной пары в процессе вкатывания на рельс

Касательные составляющие – это силы, возникающие за счет сухого трения и препятствующие соскальзыванию левого колеса вниз на рельс:

F1 = tgϕN1 = μN1 ;

где ϕ – угол трения, коэффициент трения μ = tgϕ.

Чтобы предотвратить полное вкатывание гребня колеса на рельс, должно быть непрерывное скольжение левого колеса вниз по наклонной плоскости и одновременное поперечное скольжение правого колеса вправо, т. е. необходимо

Это неравенство получено проектированием на ось Y всех действующих на колесную пару сил. Проектируя силы на ось Z, получим:

48

Таким образом, устойчивость колесной пары от схода зависит от рамной силы Yр, углов β1 и β2, и от коэффициента трения μ . Устойчивость колесной пары от схода уменьшается с уменьшением угла β1, с возрастанием угла β2 и коэффициента трения μ.

В действительности критическое значение P1, как видно из формулы (5.12), зависит не только от коэффициента трения μ и углов наклона β, но еще в большей степени зависит от величины отношения вертикальных нагрузок и P2 / P1, приложенных к колесной паре.

Вследствие неравномерного размещения груза в вагоне при погрузке или при перемещение груза во время движения вагона, при боковой качке, отношение P2 / P1 не всегда равно единице.

При этом наиболее опасным для схода колес является тот случай, когда это отношение имеет наибольшее значение, так как при этом получается максимальная разгрузка набегающего колеса. Чем это отношение будет больше, т. е. чем больше будет разгрузка накатывающегося колеса, тем при меньшем значении поперечной силы Yp возможен сход вагона. Согласно опыту отношение вертикальных нагрузок P2 / P1 не должно быть больше 1,2.

Уравнение (5.12) определяет условие, необходимое для того, чтобы колесо начало вкатываться на рельс, но это условие не является достаточным, потому что продолжительность действия поперечной силы Yp должна быть достаточна для того, чтобы колесо успело полностью вкатиться на рельс. Продолжительность, а следовательно, и путь вкатывания, определяются величиной поперечного смещения колеса относительно рельса и зависят от угла наклона рабочей поверхности гребня, как показано на рис. 5.5.

Поперечное смещение, необходимое для вкатывания колеса на рельс lп, при подрезе гребня значительно меньше(lп2), чем для неизношенного гребня (lп1). Кроме того, вероятность схода в результате вкатывания колеса зависит от угла набегания колеса на рельс αн. Если колесо накатывается (набегает) на рельс под углом αн, то точка контакта с рельсом С смещается вперед, в результате чего появляется момент сил F, поднимающий колесо над рельсом, как показано на рис. 5.6. Очевидно, что с уменьшением lп и увеличением угла αн сокращается путь вкатывания: