Повышение надежности колесных пар электровозов ВЛ80

Машина для миття шийок колісних пар. Машина, призначена для струменевого миття шийок гарячим розчином, складається з мийної камери, встановленої на рухомому візку, що переміщається по баку. Останній є зварною конструкцією, на верхній частині якої розміщені напрямні з швелерів для переміщення рухомого візка, кришка бака і вентиляційний патрубок. Рухомий візок є зварною рамою, на стійках якої встановлена камера мийної машини. Усередині камери є соплова система, що приводиться в обертання асинхронним двигуном через черв'ячний редуктор і пару зубчатих коліс.

Перед миттям колісну пару накочують  на механізм зупинки і скачування, потім її піднімають і фіксують. Насовують машину на шийку і торець мийної камери притискують до маточини колісної пари. Гідравлічна опора  з протилежного боку включається  автоматично. Перемикається триходовий кран і включається обертання  сопел в камері мийної машини. Відпрацьований миючий розчин по гумовому шлангу стікає в бак, звідки самопливом поступає в  бак мийної машини букс. Після закінчення операції миття шийки мийну машину відсовують, повертають колісну пару на 180° і процесі миття повторюється з другою шийкою.

 

Технічна характеристика машини для миття шийок колісних пар

 

Діаметр коліс, що піддаються обмиванню, мм   950 - 1250

Ширина колії, мм        1520

Час обмивання однієї колісної пари, хв.    4 - 5

Склад миючого розчину, %:

кальцінована сода       1 - 1,5

мило  господарське       0,5 - 1

вода          останнє

Температура розчину, °С      85 - 90

Насос вихрьовий:

тип          ВК-4/24

подача, мз/ч        8

 

Прес для випресовування і запресовування закріпно-стягнутих  втулок сферичних роликопідшипників  (рисунок 3.5). Прес складається із столу, що встановлений на чотирьох колесах і переміщається уздовж осі колісної пари, гідроциліндра, редуктора, пульта управління, набору деталей для зпресовування і напресування закріпних втулок, а також насосної станції і шафи з електроапаратурою. Зверху стіл накритий плитою, в якій посередині розміщена втулка. Для того, щоб гідроциліндр міг переміщатися в горизонтальному і вертикальному напрямі, він встановлений на двох рухомих плитах. У втулку плити столу вставлена п'ята площадки. Стіл з плитою пов'язаний вертикальними пружинами, що дозволяють плиті переміщатися у вертикальному напрямі. Над плитою встановлена друга плита, пов'язана з першою віссю і горизонтальними пружинами, що дозволяють другій плиті переміщатися в горизонтальному напрямі щодо столу.

Передня кришка гідроциліндра  виконана за одне ціле з циліндром  і є цапфою, на яку насаджені  радіальний і упорний підшипники, стягнуті між собою гайкою, розміщеною на кінці цапфи. На підшипники надіта велика шестерня з привареним до неї  стаканом, в якому зроблений проріз для шпонки.

На кінці штока гідроциліндра  встановлені також радіальний і  упорний підшипники, на які надітий  корпус, що має внутрішнє і зовнішнє різьблення. На зовнішній поверхні корпусу запресована шпонка, що з’єднана з пазом стакана шестерні і  переміщається в нім під час  руху штока циліндра. До верхньої частини  гідроциліндра приварений кронштейн, що має площадку під електродвигун  і черв'ячний редуктор. Приводна шестерня редуктора через паразитну  шестерню пов'язана з великою  шестернею, укріпленою на гідроциліндрі. Паразитна шестерня надіта на вісь кронштейна, привареного до площадки, на якій встановлений редуктор. У останній вмонтована фрикційна муфта, що дозволяє регулювати передавальний момент. Для випресування і запресування закріпних втулок до пресу додаються гільза, упорна втулка і два фасонні стакани з індикаторами.

 а – запресовка; б  – випресовка;

1 – гільза; 2 – паразитна  шестерня; 3 – редуктор; 4 – фрикційна  муфта;

5 – силовий гідро циліндр; 6 – механізм переміщення силового  циліндра;

7 – стіл; 8 – колеса; 9 – стакан; 10 – корпус; 11 – упорний  стакан.

Рисунок 3.5 - Прес для випресування і запресування закріпно-стягнутих втулок сферичних роликопідшипників

 

Для переміщення преса, у фундамент підлоги закладена рама зі швелерів, в пази яких входять колеса столу. Посередині рами прикріплена зубчата рейка. У середній частині столу вгорі і внизу розташовано два вали з надітими на них зірочками, зв'язані між собою ланцюгом. На кінець верхнього валу насаджений маховик, а на нижній вал надіта шестерня, з’єднана із зубчатою рейкою.

При запресовці закріпно-стягнутих  втулок корпус нагвинчує на вісь, а  упорний стакан упирається у втулку. Масло подається в штокову  порожнину циліндра. Запресовку проводять  відповідно до інструкції ЦТ/2631. Для цієї мети в насосній станції відрегульовані два запобіжних клапана. Якщо при обертанні корпус не потрапляє на нитки різьблення, обертання його припиниться, оскільки спрацює фрикційна муфта в редукторі.

При спресовці закріпно-стягнутих  втулок на корпус нагвинчують гільзу. Протилежний кінець гільзи навертають на закріпно-стягнуту втулку роликопідшипника. На гільзу надягає упорний стакан, який упирається в підшипник. Масло  подається в штокову порожнину. Стакан, що упирається в підшипник, витягає гільзою закріпно-стягнуту втулку

 

4 Заходи щодо контролю, ремонту, відновленню бандажів колісних пар локомотивів

 

Аналіз зламів втомних  руйнувань бандажів показує, що початком руйнування можуть бути як поверхневі, так і внутрішні порушення  суцільності металу. За результатами систематизації зламів втомних руйнувань  бандажів, за їх початку і розташуванню виявляються несплошностей, які  можуть послужити початком втомного руйнування бандажів, розроблена схема, представлена на рисунку 4.1.

У процесі виготовлення колісної пари бандажі піддаються неруйнівного контролю візуальним, магнітопорошковий, ультразвуковим методами, а також  може перевірятися зона обтиснення заводного  кільця вихрострумний.

Відповідно до [6] за допомогою  візуального контролю виявляються  поверхневі порушення суцільності  металу з розкриттям не менше 0,1 мм. При магнітопорошковий контроль виявляються поверхневі і підповерхневі  порушення суцільності металу при  вихрострумового контролю контролюються  поверхневі і підповерхневі несуцільності  металу, тому щощільність вихрових струмів в контрольованому виробі значно зменшується на відстані від  поверхні матеріалу. З результатів  проведених досліджень втомних зламів бандажів видно, що виявлення поверхневих  і підповерхневих несуцільностей металу бандажів є обгрунтованим.

Чорнові бандажі піддаються візуальному та ультразвуковому  контролю на предмет відсутності  поверхневих і внутрішніх неприпустимих  несплошностей для виключення потрапляння  таких бандажів на подальші технологічні операції виготовлення колісної пари.

 

Рисунок 4.1 - Місця початку  втомного руйнування бандажів і 

                       несуцільностей металу, які можуть  послужити 

                       початком втомного руйнування  бандажів 

 

Після механічної обробки  в складі колісної пари поверхню бандажа  стає світлою, і на цьому тлі збільшується контраст темних поверхневих порушень суцільності металу і поліпшуються умови виявляється ™ поверхневих  несуцільностей металу ..Крім цього, в  процесі механічної обробки можуть виявитися раніше невидимі поверхневі порушення суцільності, а також  можуть з'явитися нові в результаті формування колісної пари і обтиснення заводного кільця.

Напрями розташування поверхневих  несуцільностей типу тріщин різні, тому при виборі способу і напрямки намагнічування при магнітопорошкової  контролі необхідно це враховувати, тому щонайкращим умовою виявлення  несуцільності є перпендикулярний напрям силових ліній намагнічує поле по відношенню до напрямку очікуваної несуцільності.

 Різні напрямки несуцільностей  свідчать про необхідність різного  намагнічування деталі в процесі  контролю.

Після остаточної механічної обробки виявлення несуцільностей металу бандажів в складі колісної пари, недоступних візуальному та магнітопорошкового методів контролю, проводиться ульдеазвуковим імпульсним ехометодик. У чорнових бандажах при  діагностичної операції ультразвукового  контролю за внутрішній бічній поверхні контролюється також і зона поблизу  посадочної поверхні (рисунок 4.2, б).При  підготовці до формування колісної пари в бандажі виготовляється канавка  для установки заводного кільця, а при контролі бандажа у складі колісної пари ультразвук направити  з внутрішньої бокової поверхні в зону поблизу посадочної поверхні через цю канавки неможливо через  положення 2 перетворювача (рисунок 4.2, е).

 Задачу виявлення несуцільності  металу ультразвуком під поверхнею  можна вирішити за допомогою  впровадження роздільно-суміщених  перетворювачів. Виявлення підповерхневої  несуцільності металу з боку  посадочної поверхні установкою  роздільно-суміщеного перетворювача  неможливо через угнутості поверхні, а також недоступності цій  поверхні (бандаж піддається механічній  обробці й остаточного ультразвуковому  контролю у складі зібраної  колісної пари).Тому несуцільності  поблизу посадочної поверхні  можна виявляти ультразвуковим  методом з боку поверхні катання.  Але в цьому випадку вони  є несуцільності поблизу донної  поверхні, а виявлення несуцільності  там утруднено. Для виявлення  несуцільностей металу поблизу  донної поверхні необхідна розробка  нових технічних рішень.

В якості вирішення цього  завдання пропонується розробка способу  виявлення несуцільності металу у донної поверхні за допомогою аналізу  високочастотного луна-сигналу.

 

 

а - з поверхні катання; б - з внутрішньої бокової поверхні; в - з внутрішньої бокової поверхні після формування колісної пари

Рисунок 4.2 - Контрольовані  ультразвуком зони бандажів

 

В ідеальному випадку для  забезпечення мінімального впливу на рейковий шлях екіпаж повинен рухатися в рейкової колії без набігання  гребенями коліс на рейки. Для  цього передбачена конусність поверхонь  кочення коліс і подуклонка рейок, які в теорії сприяють прямолінійного руху екіпажу за прямими ділянках колії без набігання гребенів коліс на рейки. У ряді випадків це також полегшує вписування рейкового  екіпажу в криві ділянки колії  за рахунок компенсації різниці  дотичній швидкості коліс, що котяться по зовнішньому і внутрішньому рейках до того моменту, поки зовнішнє колесо не почне направлятися зовнішньої рейкової ниткою.

Однак технічний стан колії  та колісних пар робить вирішальний  вплив на виникаючі вертикальні  і горизонтальні сили взаємодії  в системі «колесо - рейка».Під  впливом нерівностей верхньої будови колії та поверхонь кочення коліс  в реальних умовах експлуатації колісна  пара робить складні просторові переміщення  по рейкової колії, і при русі екіпажу  досить часто навіть у прямих має  місце зіткнення гребеня колеса з бічною поверхнею рейки, що призводить до виникнення додаткового прослизання і зусиль у точках контакту. Це. у свою чергу, визначає підвищений знос рейок і коліс, генерацію шуму, розширення колії і виникнення умов для вкочування колеса на рейку.

Мінімізація зусиль у системі «колесо - рейка» вимагає, крім суворого дотримання встановлених норм утримання рейкової колії та ходових частин екіпажів, також вдосконалення конструкцій і характеристик екіпажів, створення оптимальних профілів поверхні кочення коліс і рейок [8].

У ряді випадків звивисте рух  колісних пар у рейкової колії, визначається традиційною конструкцією з жорсткою насадкою коліс на вісь і конічності профілями поверхонь кочення  коліс (особливо при високих швидкостях руху), може стати нестійким, що підвищує ймовірність сходження екіпажу з рейок. З тієї ж причини можуть виникати інтенсивні крутильні автофрікційні коливання колісної пари, що знижує надійність роботи її самої і тягового приводу, а також призводить до додаткового зносу поверхонь кочення коліс і рейок [9].

Одним із шляхів усунення нестійкого руху і крутильних автофрікційних коливань може бути усунення жорсткого зв'язку між колесами в колісній парі, наприклад, за рахунок використання колісних пар  з регульованим ковзанням або  незалежно обертових коліс.

Традиційна конструкція  залізничних колісних пар має  ще один досить істотний негативний чинник, пов'язаний з асиметричним щодо коліс  навантаженням осі колісної пари вагою надресорна будови екіпажу. При  цьому будь-яка реальна навантаження на колеса, що передається через  розташовані консольної букси, згинає вісь, і відстань між колесами прагне до зменшення. Періодична зміна вертикального  навантаження надресорна будови на букси  в динаміці при русі екіпажу призводить до зміни відстані між колесами традиційної  колісної пари. При спробі переміщення  колеса по рейці в напрямку, перпендикулярному  напрямку основного руху колеса, виникають  пружні зусилля і сила тертя ковзання. Враховуючи, що в описаному випадку можливі переміщення колеса по рейці невеликі і оцінюються величинами порядку десятих часток міліметра, можна припустити, що самих переміщень немає, а існують пружні деформації в системі «колесо - рейка - елементи кріплення».Якщо ж зазначені переміщення реалізуються, між колесами і рейками виникають відповідні сили тертя. Проведені дослідження дають підстави стверджувати, що на голівку рейки діють вельми значні знакозмінні зусилля, спрямовані перпендикулярно до напрямку руху рейкового екіпажу. Величина виникають при цьому сил тертя між колесами і рейками може досягати 40 кН, частота таких впливів 5-10 Гц. Очевидно, що вплив таких потужних впливів на рейки з боку рейкового екіпажу істотно позначається на довговічності рейкового шляху, тому щов результаті всі ці навантаження сприймаються рейками, елементами кріплення і шпалами.