Установка для наплавки гребней колёс

1 Характеристика конструкции колёсной пары

1.1 Назначение узла 

       Колесная  пара (Рис.1.) – одна из ответственных частей вагона. Она направляет движение вагона по железнодорожному пути и воспринимает все нагрузки, передающиеся от вагона на путь и обратно. Безопасность движения поездов во многом зависит от конструкции, материала, технологии изготовления и ремонта, а также от качества осмотра колесных пар. Конструкция колесных пар оказывает влияние на плавность хода, сопротивление движению и величину сил при взаимодействии вагона и пути. Типы, основные размеры и технические условия на изготовление определяются государственными стандартами, а содержание и ремонт – «Правилами технической эксплуатации железных дорог» (ПТЭ) и «Инструкцией по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию вагонных колесных пар» (ЦВ 3429).

       Для безопасного движения вагона по рельсовому пути на ось 1 прочно закрепляется колесо 2 (Рис.1.) с соблюдением строго определенных размеров. Расстояние между внутренними гранями колёс L составляет: для новых колёсных пар, предназначенных для вагонов, обращающихся со скоростью до 120 км/ч – (1440 ± 3), свыше 120, но не более 160 км/ч (1440 ⁺³_-1). Во избежание неравномерной передачи нагрузки на колеса и рельсы разность размеров от торца оси до внутренней грани обода l допускается для колёсной пары не более 3 мм. Колеса, укрепленные на одной оси, не должны иметь разность по диаметру D более 1 мм, что предотвращает односторонний износ гребней и не допускает повышение сопротивления движения. С целью снижении инерционных усилий, колёсные пары скоростных вагонов подвергаются динамической балансировке: для скоростей 140 … 160 км/ч допускается дисбаланс не более 6 Н*м; для скоростей 160 … 200 км/ч – не более 3 Н*м.

       На  железных дорогах РФ используются различные по конструкции колес – цельнокатаные и бандажные, по способу изготовления катаные и литые, по диаметру круга катания – 957 мм. Стандартный профиль колеса имеет гребень, коническую поверхность и фаску. Гребень колеса направляет движение и предохраняет колесную пару от схода с рельсов.

Рис. 1. Колесная пара 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2 Описание конструкции

       Стальное  цельнокатаное колесо (Рис. 2.) состоит из обода 1, диска2 и ступицы 3. Рабочая часть колеса представляет собой поверхность катания 4. Номинальный размер ширины обода составляет 130 мм. На расстоянии 70 мм от внутренней грани и обода, являющейся базовой, расположен воображаемый круг катания, используемый для измерения специальными инструментами диаметра колеса, толщины обода и проката. Противоположная грань б называется наружной. Ступица 3 с ободом 7 объединены диском 2, расположенным под некоторым углом к плоскости круга катания, что придает колесу упругость и способствует снижению уровня динамических сил во время движения вагона. Ступица служит для посадки колеса на подступичной части оси. Поверхность катания 4 обрабатывается по стандартному профилю.

Рис. 2. Стальное цельнокатаное колесо

1.3 Описание взаимодействия деталей колёсной пары под действием эксплуатационных и других нагрузок

       

       

       Наиболее нагруженным элементом колесной пары является шейка оси. Как показывает опыт эксплуатации, среди всех колесных пар наиболее нагруженной является первая по ходу движения вагона. Связано это с тем, что при вписывании подвижного состава в кривой участок пути кроме вертикальной, статической и динамической нагрузок на шейку передается направляющая сила рельса. При этом соответствующая реакция на поверхности катания колеса приложена в месте контакта с рельсом.

       Вертикальная  статическая нагрузка груженного вагона подсчитывается по формуле

,                                  (1)

где  , , – силы тяжести соответствующего вагона брутто, сила тяжести колесной пары и сила тяжести консольной части оси, считая от торца шейки до плоскости круга катания колеса;

 – число колесных пар в вагоне;

λ – средняя величина коэффициента использования грузоподъемности вагона, для пассажирского вагона λ = 1.

      Вертикальная  динамическая нагрузка, возникающая при колебаниях обрессоренных масс, вычисляется по формуле

                                          ,                                                     (2)

где – коэффициент вертикальной динамики колесной пары, определяемый по формуле

                                                                                (3)

где  λ_в – величина, зависящая от осности тележки (приведена в таблице).

А, В – величины, зависящие от типа вагона и жесткости рессорного подвешивания.

 – статический прогиб рессорного подвешивания.

Рис. 3. Схема загруженности колесной пары вагона

а - вертикальные статические и динамические силы; б - вертикальные силы от горизонтальных  нагрузок; в - горизонтальные нагрузки от центробежной силы и ветровой нагрузки; г - вертикальные нагрузки от сил инерции необрессоренных масс 

       При проведении расчета учитывается наиболее неблагоприятное состояние несимметричного вида колебаний. Динамическую нагрузку считают приложенной к центру одной шейки, а на другой ее принимают равной нулю.

       

1.4 Характеристика материала колёс 

       В соответствии с ГОСТ 10791-2004 цельнокатаные колеса изготавливаются из сталей трёх марок: 1 – для пассажирских вагонов локомотивной тяги, пассажирских локомотивов, путевых машин, не моторных вагонов электро- и дизель-поездов; 2 и 3 – для грузовых вагонов маневровых и грузовых локомотивов.

       Колёса  должны быть изготовлены из спокойной  стали, полученной мартеновским, кислородно-конвертерным или электросталеплавильным способом. Сталь должна быть подвергнута внепечной  обработке инертным газом.

       Сталь может подвергаться вакуумированию.

       Таблица 1 Химический состав стали колёс

 

       Примечания:

       1. В стали допускается отклонение  от массовой доли углерода  ± 0,02 %.

       2. Массовая доля никеля, хрома и  меди не должна быть более  0,30 % каждого элемента. Молибдена  – более 0,08 %.

       3.При использовании непрерывно-литой заготовки массовая доля серы не должна превышать 0,020 %.

       4. В готовых колёсах: предельные  отклонения по массовой доле  углерода, марганца, кремния, серы  и фосфора от указанных в  таблице – в  

соответствии  с ГОСТ 380, по массовой доле ванадия – не более ± 0,02 %.

       Ударная вязкость стали дисков колёс при  температуре 20⁰ С должна быть не менее: для стали марки 1 – 0,3 МДж/м²; для стали марки 2 – 0,2 МДж/м²; для стали марки 3 – 0,16 МДж/м².

       Механические  свойства стали ободов вагонных колес имеют следующие значения:

       Таблица 2 Механические свойства колёс

       

       Разница значений твердости ободьев на глубине (30 ± 1) мм по периметру колёс не должна превышать 20НВ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.5 Силовые факторы,  действующие на  колесную пару,

вызывающие  ее повреждение 

       Во  время движения колесная пара нагружается пространственной системой сил, изменяющихся по величине во времени 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. Эксплуатационное нагружение колесной пары характеризуется периодическим резким скачком амплитудных напряжений в ее элементах при прохождении стыков, крестовин и неровностях на рельсах, а также от воздействия неровностей на поверхности катания колес.

       Подрез  гребня возникает при трении гребня о вертикальную поверхность головки  рельса и является преждевременным  износом вследствие ненормальной работы колесных пар.