5.2 Контакт между ложным гребнем колеса и рабочей выкружкой рельса

При расчете профилей и технической эксплуатации рельсов и колес, с этим типом контакта не должно возникать проблем. Расчет осуществляют прежде всего в результате наличия:

- колес с прокатом, превышающим допустимый предел, который составляет 2 мм;

- наружных рельсов с боковым износом более 12 мм;

- сочетания проката и неудовлетворительного направления тележек в колее. Это приводит к асимметричному прокату профиля колеса. В зависимости от направления движения подвижного состава или направления кривизны пути выпуклая часть профиля колеса может наползать на рабочую выкружку рельса.

Все эти факторы при таком контакте выпуклого типа приводят к уста-

лостным повреждениям и существенному сглаживанию рабочей выкружки. Чрезмерная шлифовка рабочей грани ведет к возникновению двухточечного контакта и дальнейшему ухудшению ситуации.

5.3 Дефекты колесных пар

В эксплуатации встречается более 60 дефектов колесных пар.

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 (рисунок 5.2,а) происходит вслед­ствие смя- тия на площадке контакта и истирания металла под дей­ствием сил трения, возникающих при торможении и проскальзыва­нии локомотивных колесных пар. Превалирующим яв­ляется износ от проскальзывания колеса по рельсу или тормозной колодки по ободу. Поверхность катания наклепывается, в резуль­тате чего повышается твердость до НВ 470.

Ступенчатый прокат (рисунок 5.2,б) возникает при смещении пятна контакта колеса и рельса в сторону фаски из-за несимметрич­ной посадки колес на ось, большой разницы диаметров колес по кругу катания, непра- вильной установки колесных пар в тележке, перекоса рамы тележки.

Вертикальный надрез гребня (рисунок 5.2,в) возникает при непра- вильной установке колеса, а также при эксплуатации подвиж­ного состава на участках пути с большим количеством кривых ма­лого радиуса.

1 - профиль неизношенного колеса;

2 - профиль изношенного колеса

Рисунок 5.2 - Виды износов поверхности катания колес:

Кольцевые выработки (рисунок 5.2,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 полимер из которого выполнена колодка, разлагаясь, вытесняется к ее краям вместе с продуктами износа. 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 часто встречаются «навар» и подкален- ные места («белые» пятна).

«Навар» - 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 встречаю- щийся 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 неметал- лические 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: изме- нение 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.