1.2. Условия эксплуатации, неисправности колёсных пар и причины их появления, влияние неисправностей колёсной пары на безопасность движения поездов.

Условия эксплуатации.

При качении колес по рельсам они испытывают сложные виды нагружения: контактные и ударные нагрузки, трение от соприкосновения с рельсами и тормозными колодками. Соприкасаясь с рельсом малой поверхностью, колесо передает ему значительные статические и динамические нагрузки. В результате этого в зонах соприкосновения колес с рельсами возникают большие контактные напряжения. В процессе торможения между колесами и колодками создаются большие силы трения, вызывающие нагрев обода, что способствует образованию в нем ряда дефектов. Удары колес на стыках рельсов могут вызвать появление трещин в ободе.

В наиболее сложных условиях нагружения находиться обод колеса. Металл обода поэтому должен обладать большой прочностью, ударной вязкостью износостойкостью; металл ступицы и диска – необходимой вязкостью (упругостью). Ободья колес для удовлетворения указанным требованиям подвергают после механической обработки упрочняющей термической обработке путем прерывистой закалке отпуска.

В связи с различными условиях эксплуатации пассажирских и грузовых вагонов стандартом (ГОСТ 10791) предусматривается специализация вагонных колес.

Условия эксплуатации пассажирских вагонов характеризуются высокими скоростями движения, частыми интенсивными торможениями, в результате чего на поверхности катания колес появляются участки с измененной структурой. Поэтому для колес пассажирских вагонов локомотивной тяги и не моторных вагонов электро- и дизель - поездов предусмотрена сталь менее склонная к закалке – сталь марки 1 ГОСТ 10791 с содержанием углерода 0,44-0,52%

Колеса грузовых вагонов работают в условиях более высоких напряжений в контакте колеса и рельса, поэтому для таких колес применяется сталь марки 2 ГОСТ 10791 с увеличением содержанием углерода до 0,55-0,65%.

В настоящее время у колёсных пар в эксплуатации наиболее часто встречаются вертикальный подрез гребня, его износ по толщине, а так же остроконечный накат.

Данные неисправности происходят из-за неправильной сборки тележки, длительной работы на участках пути с крутыми кривыми, а так же нарушений требований формирования колёсных пар. Эти неисправности могут вызывать сход вагона с рельсов при проходе стрелочных переводов.

Неисправности колёсных пар и причины их появления.

Прокат – возникает вследствие естественного износа колеса.

Неравномерный прокат возникает в результате развития поверхностных дефектов и неоднородности металла колеса.

Круговой наплыв металла на фаску образуется в результате пластической деформации верхних слоев металла обода, возникающей под действием нормальных и боковых усилий, чаще всего в кривых участках пути.

Кольцевые выработки. Возникновение, объясняется неодинаковыми термическими условиями работы поверхностных слоев металла колеса и композиционной колодки по ширине зоны контакта и воздействия абразивных частиц пыли на поверхности трения по краям колодки.

Тонкий гребень происходит в кривых участках пути, и неправильная работа рычажной передачи.

Вертикальный подрез гребня и остроконечный накат гребня образуются при неправильной сборке буксового узла, наличии на пути следования поезда в кривых участках одинакового направления и других причин, из-за которых колесная пара постоянно смещена в одну сторону относительно продольной оси пути.

Тонкий обод - толщина обода менее допускаемой уменьшается из-за износа в процессе эксплуатации и при обточках.

Навар возникает в результате неисправной тормозной системы.

Ширина обода менее допускаемой возникает в результате многократной обточки внутренней грани колеса.

Ползун образуется при заклинивании колесной пары и движении ее юзом.

Выщербины образуются на поверхности катания колес из-за усталостного разрушения поверхностных слоев металла, под действием многократно повторяющихся контактных нагрузок или из-за термотрещин, которые возникают вследствие нагрева колес тормозными колодками.

Местное уширение обода образуется в результате пластической деформации металла под действием циклических нормальных сил вследствие наличия местного внутреннего дефекта (неметаллического включения, раковины, расслоения металла на определенной глубине обода).

Поверхностный откол у наружной грани обода возникает в результате усталостных процессов от действия нормальных и касательных сил путем развития трещин, образующихся на глубине 8 - 10 мм при наличии местного концен­тратора напряжений в виде раковины, неметаллического включения и т.п.

Откол кругового наплыва происходит либо из-за усталостных процессов, протекающих в месте наплыва, либо под действием горочных замедлителей при роспуске вагонов на механизированных горках.

Трещины в диске возникают из-за наличия в металле неметаллических включений и неровностей от прокатки, развиваются от микротрещин на острых кромках, образующихся при прошивке или сверлении отверстия, появляются в местах не­ровностей, остающихся после прокатки неис­правным инструментом.

Трещины в ступице образуются в результате наличия дефектов в металле ступицы.

Задиры и риски на шейках и предподступичных частях образуются из-за проворачивания внутренних колец подшипников и лабиринтных колец при грении букс или недостаточном натяге колец при монтаже, а продольные риски на шейках - при снятии закрепительных втулок с острыми краями или заусенцами па продольном разрезе.

Конусообразность шейки или предподступичной части, и овальность шейки образуется в результате неравномерного износа шеек или предподступичных частей, а также из-за несоблюдения допусков при обтачивании.

Радиусы галтелей образуются в результате ненормального износа галтелей шеек из-за подгонки подшипников.

Протертость на средней части - углубление от трения деталей тормозной рычажной передачи образуется при несоблюдении требований по содержанию тормозной передачи.

Сварочные ожоги - следы касания электродом или оголенным проводом возникает при несоблюдении правил при выполнении сварочных работ на вагоне.

Наклеп (намины) - на шейке от втулки или кольца роликового подшипника возникает при нарушении технологии посадки подшипника.

Забоины и вмятины возникают в результате пластической деформации от удара тяжелым предметом по оси в процессе погрузки или выгрузки колесной пары или при ее ремонте.

Изогнутость оси происходит преимущественно при авариях и крушениях подвижного состава.

Разработка центрового отверстия возникает в результате смятия металла в процессе многократного небрежного закрепления колесной пары в центрах на станке при ее ремонте.

Неисправность торцового крепления происходит в эксплуатации или при монтаже под действием значительных осевых сил, вызывающих пластическую деформацию резьбы.

Сдвиг ступицы колеса на оси происходит из-за плохой механической обработки сопрягаемых поверхностей, а также из-за недостаточного натяга при запрессовке.

Ослабления ступицы возникает из-за нарушения технологий формирования, а так же от ударов при авариях и крушениях. Признаком ослабления ступицы колеса на оси является неокрашенная полоса, трещина слоя краски, смазка и ржавчина.

Овальность и эксцентричность колеса по кругу катания образуется из-за неравномерного износа колес в эксплуатации или погрешностей при их изготовлении.

Разность диаметров колес более допускаемой появляется при неравномерном по профилю круговом износе поверхности катания из-за ненормальной работы колесной пары в рельсовой колее.

Расстояние между внутренними гранями колес не соответствует допускаемому, образуется при неправильном формировании колеса или сдвига со ступицы и многократных обточек внутренних граней колес.

Разность расстояний между внутренними гранями колес более допускаемой, образуется при неправильном формировании или из-за изогнутости оси.

Трещины в подступичной части образуются в результате продолжительного действия на оси больших внешних сил, вызывающих циклические знакопеременные напряжения изгиба.

Излом шейки от перегрева образуется в результате резкого снижения прочности шейки, вызванного перегревом буксы в эксплуатации.

Влияние неисправностей колёсной пары на безопасность движения поездов.

Колёсная пара является наиболее ответственной и изнашиваемой частью вагона, от которой в большей степени зависит безаварийная работа подвижного состава. Испытывая значительные статические нагрузки, колёсная пара постоянно изнашивается в результате своего взаимодействия с рельсами.

Кроме того, вследствие нарушения технологии изготовления, неправильной сборки тележки, неисправностей тормозной системы и некоторых других причин.