Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Вагоны Минимаркер Формирование колесных пар

Формирование колесных пар

Страница 5 из 12

Под формированием понимается сборка колесной пары из составляющих элементов (оси и колес). Сформированная колесная пара должна соответствовать утвержденным чертежам, техническим условиям и государственным стандартам. Перед формированием колесных пар оси и цельнокатаные колеса подвергают обработке на специальных станках и проверке соответствия их нормам и техническим требованиям.

Прессовая посадка

Широко распространенным способом формирования колесных пар является прессовая посадка. Колесо с осью соединяют при помощи прессовой посадки, при которой колесо в холодном состоянии под большим давлением (пресс) насаживается ступицей на подступичную часть вагонной оси. Для получения прочного соединения диаметр подступичной части оси должен быть несколько больше диаметра отверстия в ступице.

Для обеспечения необходимой прочности соединения и предотвращения перенапряжения соединяемых частей колесной пары необходимо правильно выбрать величину усилия напрессовки, которое должно превышать силу трения, развиваемую на сопрягаемых поверхностях.

Приближенно усилие напрессовки колеса на ось определяется по формуле

Hнап = Nμ, (1)

где N – нормальное давление на сопрягаемых поверхностях;

μ – среднее значение коэффициента трения на этих поверхностях.

Величину нормального давления можно представить в виде произведения средней величины контактного удельного давления р на площадь по поверхности сопряжения S = πdklk, где dk – диаметр, а lk – длина поверхности контакта. Принимая диаметр поверхности контакта равным диаметру подступичной части оси d2, а величину lk – равной длине ступицы lст и подставляя эти величины формулу (1), получим

Hнап = pπd2lстμ = Sq, (2)

где q – удельная сила трения.

Величина контактного давления р зависит от материала, формы и размеров сопрягаемых элементов, в частности она прямо пропорциональна натягу. Величина коэффициента трения и зависит от качества обработки и твердости сопрягаемых поверхностей, вязкости масла, покрывающего при напрессовке контактирующие поверхности, скорости напрессовки, величины контактного удельного давления.

Из перечисленных факторов особенно существенное значение имеет натяг. Малая его величина может не обеспечить необходимой прочности прессового соединения, а большая может вызвать опасные для прочности оси напряжения. Величина натяга для достижения необходимых запрессовочных усилий зависит от конструкции колеса или центра и находится в пределах 0,1–0,25 мм.

Перед напрессовкой подступичная часть оси и поверхность отверстия в ступице колеса обрабатывается не ниже 5-го класса шероховатости, что контролируется при помощи стандартного эталона. Грубая обработка соприкасающихся поверхностей приведет к ослаблению прессового соединения у сформированной колесной пары. Кроме того, необходимо обеспечить цилиндричность отверстий ступиц и подступичной части оси, а также отсутствие вмятин и забоин.

На всей длине подступичной части оси не допускаются по диаметру: конусность более 0,1 мм при условии, что больший диаметр обращен к середине оси; овальность более 0,05 мм; волнистость более 0,02 мм. Для плавного захода оси в ступицу при запрессовке поверхность подступичной части, смежная с шейкой, обтачивается на конус с разностью диаметров до 1 мм; на длине 7–15 мм, за исключением вагонных осей типа III с цельнокатаными колесами, для которых длина запрессовочного конуса должна быть не менее 45 мм.

На всей длине отверстия ступицы колеса допускаются по диаметру: конусность не более 0,05 мм на каждые 100 мм длины ступицы при условии, что больший диаметр отверстия обращен к гребню; овальность не более 0,05 мм; волнистость не более 0,02 мм.

Чтобы предупредить задиры при запрессовке и распрессовке и снизить концентрацию напряжений в оси, внутренние кромки отверстия в ступице колеса закругляют радиусом 4–5 мм. Переходы этих закруглений к цилиндрической поверхности отверстия должны быть плавными, без уступов.

Перед запрессовкой элементы колесных пар тщательно проверяют и подбирают по размерам, ось проверяют на дефектоскопе. Посадочные поверхности отверстия в ступицах колес и подступичные части осей наглухо протирают и покрывают ровным слоем натуральной олифы – вареного растительного масла (льняное, конопляное или подсолнечное). Ось и колеса непосредственно перед запрессовкой должны иметь одинаковую температуру. Однако допускается разница не более 10°С при условии, что колесо нагрето больше, чем ось.

Процесс запрессовки заключается в следующем. Надеваемое колесо и ось подвешивают на балке гидравлического пресса так, чтобы геометрические оси отверстия ступицы, плунжера (10) (рис. 1) пресса и оси колесной пары совпадали. Горизонтальное положение оси проверяют уровнем. Затем один конец оси вставляют в отверстие ступицы, а другой упирают в торец плунжера пресса. На концы осей, которые имеют резьбу для закрепления роликовых подшипников, при запрессовке надевают специальный стакан, передающий часть давления на галтель предподступичной части и предохраняющий резьбу и торцы оси от повреждения.

Схема гидравлического пресса для формирования колесных пар

Рис. 1 – Схема гидравлического пресса для формирования колесных пар

При пуске электродвигателя (1) пресса плунжер под давлением жидкости, сжимаемой насосом (11), постепенно выдвигается, давит на ось. Скорость движения плунжера пресса при запрессовке должна быть не более 2 мм/с. После напрессовки одного колеса ось поворачивают и напрессовывают второе колесо. Во время запрессовки контролируют по манометру (8), чтобы давление нарастало равномерно, а не скачками. Подсчет запрессовочного усилия Р производят по формуле

14042014_f1

где d – диаметр поршня, мм;

р – запрессовочное давление, Н/м2.

Так как для получения необходимого натяга 2Δ (рис. 2, а) диаметр оси Do делается несколько больше диаметра отверстия ступицы Dc, то во время запрессовки под действием силы Р ось колеса деформируется, т. е. она преодолевает деформирующую силу Р1 силу Р2, деформирующую ступицу колеса, и силу трения Рт. Последняя возрастает почти прямолинейно по мере перемещения колеса по оси, и сила, необходимая для преодоления ее, на диаграмме изображена прямой 0a (рис. 2, б). К этой силе добавляются силы, необходимые для преодоления сил Р1 и Р2, которые показаны в виде ординат между линиями 0a и 0d. Они несколько больше в середине запрессовки, так как в этом месте поперечное сечение ступицы с диском или со спицами наиболее развито. Линия 0d является теоретической кривой запрессовки.

Схема запрессовки колеса на ось и теоретическая диаграмма запрессовки

Рис. 2 – Схема запрессовки колеса на ось и теоретическая диаграмма запрессовки

После того как ступица полностью войдет на подступичную часть оси, величина силы трения будет постоянной и для дальнейшего перемещения колеса потребуется преодолевать, кроме силы трения, только усилие от деформации оси. Кривая запрессовки при этом станет почти горизонтальной.

Гидравлический пресс, на котором формируют колесную пару, оборудован двумя манометрами и самопишущим прибором (индикатором) для записи диаграммы изменения давления при запрессовке. Один манометр, предназначенный для контроля величины запрессовочных усилий, имеет шкалу, позволяющую производить отсчет с точностью до 2 тс. По другому манометру контролируются давления, возникающие при распрессовке; на его шкалу наносится контрольная черта, показывающая наибольшее допустимое давление для пресса. При распрессовке индикатор и манометр, предназначенные для контроля за запрессовкой, выключаются. Измерительные приборы пресса систематически проверяют по контрольным приборам.

Самопишущий прибор работает автоматически. Перемещение плунжера (10) (см. рис. 1) гидравлического пресса через тросик (12) передается приводному шкиву (3), барабану (4) и ленте самопишущего прибора (5). В то же время из рабочего цилиндра к самопишущему прибору подается по трубке (7) маcло, под действием изменяющегося давлений; которого стрелка (6) (перо) чертит диаграмму запрессовки. Натяжение тросика обеспечивается грузом (2).

На каждую формируемую колесную пару (9) индикатор чертит две диаграммы запрессовки: для ее левого и правого колес. По индикаторным диаграммам контролируется качество запрессовки колесных пар. К основным контролируемым параметрам диаграммы запрессовки относятся: величина конечных усилий, длина сопряжений, форма кривой запрессовки. Величина конечных усилий запрессовки, строго регламентированная Инструкцией по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию вагонных колесных пар, должна быть в пределах 37–55 тс на каждые 100 мм диаметра подступичной части оси.

На диаграмме запрессовки величина конечных усилий Рзк определяется уровнем точки на кривой, соответствующей концу процесса запрессовки (рис. 3, а, б).

Диаграммы запрессовки колес

Рис. 3 – Диаграммы запрессовки колес: а, б – плавное нарастание несколько выпуклой кривой; в – вогнутая кривая; г – резкий скачок давления в начале запрессовки; д – резкие колебания давления запрессовки в любой части диаграммы; е – колебания давления запрессовки

Нормальная индикаторная диаграмма запрессовки по форме должна представлять собой несколько выпуклую вверх кривую, плавно возрастающую в течение, всей запрессовки. Форма диаграммы характеризует степень нарастания давления при запрессовке, качество обработки подступичной части оси и отверстия в ступице колеса, правильность выбора натяга, а длина диаграммы, взятая по горизонтали, показывает, на какой длине действовало запрессовочное давление.

Длина кривой на диаграмме допускается не меньше 85% теоретической длины Lт, которая определяется по формуле (рис. 4)

Lт = (l + a – r – b)i,

где l – длина ступицы колеса;

а – расстояние от наружного торца ступицы колеса до начала подступичной части оси;

г – радиус скругления кромки отверстия ступицы;

b – длина запрессовочного конуса подступичной части оси;

i – передаточное число привода от плунжера гидравлического пресса к барабану индикатора.

Расчетная схема для определения теоретической длины диаграммы

Рис. 4 – Расчетная схема для определения теоретической длины диаграммы

Чем больше разница между теоретической и действительной длиной кривой диаграмм, тем меньше прочность запрессовки. Наименьшая допускаемая длина сопряжения L (см. рис. 3), определяемая по диаграмме запрессовки, должна быть при номинальных диаметрах цельнокатаных колес 950 и 1050 мм соответственно 145i и 155i мм.

В зависимости от конструктивных особенностей колес, качества обработки посадочных поверхностей и по другим причинам диаграммы запрессовки могут иметь отклонения от установленной формы. Допускаются следующие отклонения:

  • вогнутость кривой диаграммы при условии, что вся она располагается выше прямой, соединяющей начальную точку кривой с точкой, расположенной на расстоянии, равном наименьшей допускаемой длине L сопряжения, и указывающей на данной диаграмме наименьшее допускаемое давление для данного диаметра подступичной части оси (см. рис. 3, в);
  • скачок давления в конце диаграммы, если точка кривой перед скачком находится на уровне конечного усилия.

Примерные диаграммы удовлетворительных запрессовок приведены на (рис. 3, а, б, в) и неудовлетворительных запрессовок – на (рис. 3, г, д, е).

Колесная пара, которая имеет неудовлетворительную диаграмму как по очертанию, так и по величине усилий запрессовки, бракуется и распрессовывается, а на диаграмме делается отметка о причине браковки.

Для технического анализа прессовых работ на диаграмме запрессовки указываются данные: дата запрессовки, тип колесной пары, номер оси, тип и номер колесного центра или колеса, конец оси (правый или левый), диаметры подступичной части оси и отверстия в ступице колеса, измеренные в миллиметрах с точностью до второго знака после запятой (сотые доли), принятый натяг, длина ступицы, конечное усилие запрессовки в тоннах, наличие бандажа, порядковый номер диаграммы. Диаграмма хранится в течение 20 лет на предприятии, сформировавшем колесную пару.

Поскольку усилия напрессовки, вычисленные по формуле (2) и принимаемые при формировании колесных пар, в несколько раз превышают наибольшие силы, возникающие при движении вагона по прямым и кривым участкам пути и стремящиеся сдвинуть колесо с оси, можно было бы считать прочность прессового соединения вполне достаточной. Между тем в эксплуатации иногда возникают сдвиги колес на осях. Поэтому целесообразно уточнить влияние некоторых факторов, снижающих прочность прессового соединения.

Под действием вертикальной нагрузки Р верхние волокна подступичной части оси растягиваются в продольном (аксиальном) направлении, а нижние – сжимаются (рис. 5). Этим деформациям препятствуют силы трения, возникающие на посадочных поверхностях. Вследствие деформаций оси и действия сил трения возникают также деформации ступицы колеса. Поскольку величины деформаций оси и ступицы различны, а их разница по краям посадочных поверхностей при значительных силах Р превышает величину предельного упругого смещения, происходит проскальзывание этих поверхностей. При вращении колесной пары изменяется направление проскальзывающих волокон. Такое проскальзывание снижает прочность соединения колеса с осью. О наличии зон проскальзывания OFA, O1BG, О1КС и OED свидетельствует образование в этих местах коррозии трения в процессе эксплуатации колесных пар. Кроме зон проскальзывания, имеется и зона неподвижного контакта OABO1CD. С увеличением нагрузки Р и обусловленных ею деформаций изгиба оси площадь зон проскальзывания возрастает, а зона неподвижного контакта уменьшается.

Зоны деформаций наружных слоев посадочных поверхностей подступичной части оси и ступицы колеса при действии вертикальной нагрузки

Рис. 5 – Зоны деформаций наружных слоев посадочных поверхностей подступичной части оси и ступицы колеса при действии вертикальной нагрузки

Поскольку в условиях эксплуатации колесо на оси удерживается преимущественно силами упругости, действующими по площади неподвижного контакта, для определения силы, сдвигающей колесо с оси, в уравнении (2) необходимо S заменить этой площадью.

Аналогичные зоны скольжения и неподвижного контакта возникают при действии на колесную пару и других нагрузок, вызывающих изгиб оси, например горизонтальных поперечных сил, приложенных к гребню колеса. Такие силы могут достигать больших величин при движении вагона по крестовине стрелочного перевода и неблагоприятном сочетании некоторых факторов. Для нормального прохода колесной пары по крестовине расстояние между внутренними гранями ободов колес должно превышать расстояние между рабочими гранями головки контррельса и усовика крестовины. Однако при превышении этого размера крестовины за пределы допустимого и уменьшения расстояния между внутренними гранями колес вследствие изгиба оси под нагрузкой и нагрева колес при интенсивном торможении, а также при большом прокате колес и износе головок рельсов может не только отсутствовать необходимый зазор между гребнем колеса и усовиком крестовины, но и появиться большое усилие, передающееся от крестовины на колесо.

Интенсивный нагрев обода колеса при торможении, распространяемый и на ступицу, также снижает прочность соединения колеса с осью.

Прочность соединения колеса с осью зависит от величины и распределения переменных напряжений изгиба в оси.

Тепловая посадка

Так же проводились исследования по применению тепловой посадки, при которой нагретую ступицу колеса свободно надевают на ось; после остывания колесо прочно соединяется с осью.

Тепловая посадка обладает следующими преимуществам и по сравнению с прессовой:

  • не возникают механические повреждения сопрягаемых поверхностей в процессе напрессовки, которые снижают усталостную прочность колесной пары;
  • повышаются усилия распрессовки колес (за исключением случаев интенсивного их нагрева), по которым обычно оценивают надежность соединения колеса с осью.

Недостатками тепловой посадки являются:

  • увеличение (примерно в 2 раза) повреждения подступичной части оси у краев ступицы от коррозии трения. Это, видимо, объясняется тем, что в процессе эксплуатация колесной пары срезаются имеющиеся на посадочных поверхностях неровности («гребешки»); при прессовой посадке эти неровности срезаются главным образом во время напрессовки колеса;
  • отсутствие индикаторной диаграммы, характеризующей качество прессового соединения колеса с осью. Проверка прочности тепловой посадки величиной силы, при которой не должен происходить сдвиг колеса, не исключает возможности перенапряжения оси и ступицы;
  • усложнение снятия колес с оси (необходимость предварительного подогрева колеса для предупреждения задиров посадочных поверхностей);
  • большие затраты электроэнергии на подогрев колес перед насадкой па оси;
  • необходимость увеличения продолжительности формирования и расформирования колесных пар;
  • необходимость увеличения площади колесного цеха – выделения участка для охлаждения колес после насадки.

Для предупреждения коррозионных повреждений подступичной части оси рекомендовалось применять лаковые покрытия. Однако при нагреве ступицы колеса до 60–80°С, возможном в результате интенсивного торможения вагонов с обычными колодочными тормозами, из-за размягчения лаковой пленки происходило резкое уменьшение усилий, необходимых для сдвига колеса. Так, за два месяца 1967 г. было обнаружено 18 случаев сдвига и проворота колес из числа 1082 колесных пар, сформированных тепловым способом на Уральском вагоностроительном заводе (Уралвагонзавод). Поэтому решено изъять все эти колесные пары из эксплуатации и впредь до устранения недостатков, снижающих надежность соединения, воздерживаться от применения тепловой посадки.

Проведены исследования с применением нового вида покрытия (полиметилсилоксановая жидкость ПМС-150), защищающего посадочные поверхности от коррозионных повреждений и обеспечивающего хорошую прочность соединения колеса с осью при повышенных температурах. Тепловая посадка применяется при формировании колесных пар тепловозов.

Для решения вопроса целесообразности использования тепловой посадки необходим подробный технико-экономический расчет, оценивающий все положительные и отрицательные факторы, свойственные этому способу соединения колес.

В ФРГ проводятся исследования по применению клеевого соединения колес с осью при уменьшенном натяге. При этом также используется тепловая посадка. Уменьшение натяга в 3–5 раз снижает напряжения от посадки в ступице колеса, а в подступичной части оси – втрое, что повышает прочность колесной пары при меньшей ее массе.

Увеличение интенсивности эксплуатации вагонов сокращает срок службы колес, в связи с чем требуется более часто снимать их с оси. Снятие колес с оси способствует также более надежному выявлению трешин в подступичных частях. Однако при снятии колеса в оси нередко возникают задиры, которые иногда не удается устранить обточкой в пределах допустимых диаметров. Для устранения таких задиров и уменьшения усилий, необходимых для снятия колеса с оси, в стенке ступицы колеса просверливают отверстия и на внутренней поверхности ступицы протачивают канавку (рис. 6). Через эти отверстия и канавку под большим давлением нагнетают масло, которое просачивается по всей поверхности сопряжения оси и ступицы и обеспечивает полужидкостное трение при снятии колеса с оси. Проведенные опыты по применению маслосъема не дали положительных результатов, что, видимо, обусловлено наличием овальности и конусности подступичной части оси и отверстия ступицы, из-за чего не удавалось достичь просачивания масла по всей поверхности сопрягаемых элементов.

Устройство для подвода масла

Рис. 6 – Устройство для подвода масла

Раздвижные колесные пары

Кроме рассмотренного неподвижного соединения колес с осью, в некоторых случаях применяют вращающиеся относительно оси колеса (например, в вагонах поездов типа Талго в Испании и США), а также колеса, легко изменяющие свое положение на оси в зависимости от ширины колеи, – раздвижные колесные пары.

Первый патент на раздвижную колесную пару был выдан в 1898 г. С тех пор задача создания удачной конструкции раздвижной колесной пары пользуется постоянным вниманием изобретателен. В 1968 г. проводился международный конкурс на конструкцию колесной пары, пригодной для эксплуатации на дорогах различной колеи. Технические условия этого конкурса, выдвинутые испанскими железными дорогами, предусматривали возможность создания двух типов колесных пар:

  • с неподвижной осью и вращающимися колесами;
  • с колесами, вращающимися вместе с осью и имеющими возможность перемещаться вдоль оси при переходе на колею другой ширины.

Колесные пары первого типа нспытывались в вагонах поезда, курсировавшего между Женевой (ширина колеи 1435 мм) и Барселоной (ширина колеи 1668 мм).

Конструкции колесных пар второго типа разрабатываются в ГДР с 1951 г. В результате совместного участия заводов и научно-исследовательских институтов были созданы раздвижные колесные пары типов ДР-III (масса 2200 кг) и ДР-IV (масса 1700 кг), применяемые в вагонах международного сообщения. В Советском Союзе с 1957 г. велись работы по созданию надежных и экономически целесообразных конструкций раздвижных колесных пар. Одна из таких конструкций (типа ТГ-14), предложенная Брянским машиностроительным заводом, также имеет значительную массу (1860 кг), что является недостатком наряду со сложностью.

Более совершенная конструкция разработана работниками Уралвагонзавода и ВНИИЖТ.

Технико-экономические расчеты показывают, что при перевозке некоторых грузов применение раздвижных колесных пар, несмотря на повышение тары вагона, увеличение порожнего пробега, стоимости ремонта и содержания, обеспечивает более низкие капитальные вложения и эксплуатационные расходы по сравнению с использованием перегрузки груза на пограничных станциях. Бесперегрузочное сообщение сокращает потери грузов и ускоряет их доставку, обеспечивая экономию оборотных средств.

Большая эффективность применения раздвижных колесных пар достигается в вагонах, осуществляющих перевозки на короткие расстояния, а также в рефрижераторном подвижном составе.

Основные размеры сформированной колесной пары

Сформированная колесная пара подвергается механической обработке для получения поверхности катания колес соответствующего профиля и необходимых размеров. После обточки внутренняя грань, а также поверхность катания и поверхность гребня колеса должны соответствовать 3-му классу шероховатости. Отклонения (просветы) обработанных поверхностей колес от установленного профиля проверяются максимальным шаблоном. Основные размеры вагонных колесных пар при новом формировании приведены в таблице 1. После тщательной проверки и приемки на торце шейки оси годной колесной пары ставятся клейма формирования.

Таблица 1

14042014_t1


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика