Повышение надежности колесных пар электровозов ВЛ80

 Для вирішення описаної  проблеми існує два шляхи: підвищення  міцності з'єднувальних пристроїв  системи-рейка - шпала »і усунення  дії зазначених навантажень за  рахунок зміни конструкції колісної  пари. Останнє рішення може бути  реалізовано при створенні конструкцій  ходових частин рейкових екіпажів  з симетричним навантаженому  коліс. Прикладом такого рішення  може служити конструкція ходової  частини іспанського поїзда Talgо,  що містить рами, в яких незалежно  встановлені колеса на півосях  з симетричним навантаженням. 

В останні десятиліття  активно розробляються технології, пов'язані з автоматичним зміною ширини колії при використанні спеціальних  розсувних колісних пар. У світовій залізничної практиці відомі декілька систем автоматизованого переходу загонів  з однієї колії на іншу, які вже  знаходяться в експлуатації. До таких  систем відносяться: іспанська система Taigo, німецька система Rafil / DBAG, болгарська система М.Гайдарова і польська система SUW2000, розроблена Р. Сувальський [10]. Природно, що застосування традиційних жорстких колісних пар в таких системах неможливо. При забезпеченні достатньої надійності роботи розсувних колісних пар може бути отриманий значний техніко-економічний ефект за рахунок усунення дорогих перевантажень і перестановок візків на стикових станціях та суттєвого зменшення часу проходження поїздами системних стиківзалізнихорогі.

Спроби створення конструкцій  колісних пар з симетричним навантаженням  коліс і з незалежно обертовими колесами, стикалися з технічними проблемами, пов'язаними з ненадійністю та необхідністю досить частого періодичного обслуговування існуючих буксових підшипників,а  також з незручністю обслуговування «внутрішніх» букс при досить щільною  компонуванні рейкового екіпажу.В  даний час розроблені практично  не потребують обслуговування буксові  підшипники "касетного» типу, відрегульовані по зазорах і заправлені консистентним  мастилом на весь термін експлуатації, з гарантованим ресурсом з пробігу  у кілька мільйонів кілометрів [7, 8]. Наприклад, дворядні конічні підшипники касетного типу компанії «Бренко» групи  компанії «Амстед Рейл» вже пройшли  сертифікацію в Регістрі сертифікації на федеральному залізничному транспорті РФ і отримали дозвіл на їх встановлення на вантажні та пасажирські вагони. Застосування подібних підшипників  може істотно полегшити завдання розробників при створенні перспективних  конструкцій ходових частин рейкових екіпажів.

Відповідно до «Інструкції  з формування, ремонту й утримання  колісних пар тягового рухомого складу вимірювання параметрів зносу поверхонь  кочення за годину технічного складу здійснюється гребеневимірювачем ГУ1.

Вимірювання проводяться  безпосередньо на рухомому складі без  викочування колісних пар.

Профілометр складається  із прибудові цифрової індикації (ПЦІ) і скануючого модуля.

Вимірювання профілів поверхонь  кочення коліс базується на лазерному  скануванні, при якому скануючий  модуль встановлюється на колесі. Головнім елементом скануючого модуля є тріангуляційний лазерний датчик, схема та принцип роботи якого показані на рисунку 4.3  Тріангуляційні лазерні датчики призначені для безконтактного вимірювання та контролю положення, переміщення, розмірів, профілю поверхні, деформацій, вібрацій, сортування, розпізнавання технологічних об'єктів, вимірювання рівня рідини чи сипучого матеріалу.

Рисунок 4.3– Схема та принцип  роботи тріангуляційного лазерного 

                       датчика

 

В основу роботи датчика  покладено принцип оптичної тріангуляції. Випромінювання напівпровідникового  лазера (1) направляється за допомогою  об'єктива (2) на об'єкт (6). Розсіюючись  на об'єкті, випромінювання збирається об'єктивом (3) на cmos - лінійці (4). Відрізок 6-6* — переміщення об'єкту. Процесор сигналів (5) обчислює відстань до об'єкта, спираючись на положення зображення світлової плями на лінійці (4).

На передній панелі ПЦІ  розташовано цифровий дисплей, а  на її верхній кришці знаходиться  клавіатура. На задній панелі встановлено  гнізда для підключення ПЦІ до скануючого модуля й комунікаційного порту.

Параметрі, що вимірюються, відповідають вимогам «Інструкції  з формування, ремонту й утримання  колісних пар тягового рухомого складу. Параметрі гребеня розраховуються автоматично зі знятого профілю.

Одним із недоліків профілометра ІКП «РИФТЕК» є необхідність перед  кожним вимірюванням вводити в пам'ять  прибудові цифрової індикації номер  локомотива (4-значне число) й оригінальний номер колісної парі (до 12 знаків). Також  системою введення даних не враховується можливість збігу номерів одиниць  рухомого складу різних серій.

 

 

Рисунок 4.4 – Ілюстрація непристосованості ІКП для вимірювання 

                          показників зношування коліс  на електровозі

Рисунок 4.5 - Приклад можливого  розташування кабелю з'єднання 

                         сканувального блоку та ПЦІ

Для усунення зазначених недоліків  пропонується використовувати такий  порядок операцій уведення даних  у пристрій цифрової індикації перед  вимірюванням.

Операція 1. Вводитися однозначне число номера оператора, наприклад, ОР.ОООІ, причому нулі попереду чисел  з'являються автоматично та їх указувати  не потрібно.

Операція 2. Вводитися умовний  номер локомотива, присвоєний йому в депо, наприклад, пі.00000035 — для  локомотива з умовним номером 35.

Операція 3. Вводитися умовний  номер колісної парі, присвоєний їй у депо, який складається з порядкового  номера колісної парі локомотива і  умовного номера локомотива, наприклад, для 12-ї колісної парі тепловоза  ТЕП60 із умовним номером 35 відвести пР.0000000001235. • Операція 4. Обирається позначення боку колісної парі: ліве колесо — знак«[», праві колесо —«]».

Збереження інформації в  ПЦІ та її передача до бази даних  персонального комп'ютера здійснюється згідно з інструкцією, наданою заводом - виробником [2].

Аналіз придатності профілометра ІКП для використання в програмно-технічній  системі моніторингу зношування бандажів як засобу вимірювання та збору первинної інформації базується  на результатах його випробної експлуатації в депо Дебальцеве-Пас. Донецької  залізниці в період із січня до вересня 2009 р. Під година експлуатації приладу було виявлено наступні недоліки.

- За габаритами профілометр  ІКП не пристосований для вимірювання  профілів коліс електровозів  ВЛ8. На рисунку 4.5, а показано, що наявність невеликого зазору  між колесом і корпусом редуктора  не дозволяє встановити профілометр  для виконання вимірювання в  жодному з можливих положень.

 

 

а — новий бандаж; б  —товщина бандажа 

Рисунок 4.6 - Варіант компонованого  рішення конструкційного 

                         виконання профілями

 

- Розташування кабелю  з'єднання профілометра з пристроєм  цифрової індикації (ПЦІ) на  кінці рукоятки є досить незручним.

- Профілометр ІКП не  пристосований для вимірювання  товщини бандажа, що, як і раніше, визначається за допомогою шаблона  И372.01 (рисунок 4.6). Це істотно зменшує  переваги системи моніторингу  зношування бандажів.

- Ємність акумуляторних  батарей, які входять до комплекту  ІКП, недостатня, тому неможливою  є безперервна робота ІКП під  година робочого вимірювання.

- Процедура введення ідентифікаційних  даних перед кожним вимірюванням  є доладною та досить незручною.  Невиправданім є введення 12-значного  числа ідентифікаційного номери  колісної парі та повного номери  одиниці рухомого складу для  кожної колісної парі.

Таким чином, спираючись на аналіз недоліків приладу ІКП, визначених під година його адаптації, та на досвід експлуатації в депо Дебальцеве-Пас. Донецької залізниці, пропонується ввести деякі зміни до конструкції  та інформаційного забезпечення.

Доцільно було б закріпляти кабель не на кінцівці рукоятки, а на її кутовій частині. Вдалою була б  також конструкція приладу з  бездротовим з'єднанням скануючого блоку й ПЦІ, наприклад, за технологією Bluetooth. 

5 Пропозиції щодо удосконалення ремонту бандажів колісних пар

 

Загальне підвищення твердості  бандажів колісних пар дозволяє значно знизити інтенсивність зносу  робочої поверхні, тим самим збільшуючи її ресурс і знижуючи витрати на ремонт локомотива. Вважалося, що загартовані  бандажі можуть викликати підвищений знос рейок і знизити величину коефіцієнта зчеплення, не виключена  й поява тріщин на загартованих колесах  в процесі експлуатації. Однак  такі побоювання безпідставні. При  роботі твердого бандажа або колеса по твердому рельсу взаємне стирання зменшується.

В останні роки отримала розвиток плазмове поверхневе загартування гребенів колісних пар. Метою плазмового поверхневого зміцнення колісних пар є підвищення їх довговічності і надійності при експлуатації без зниження працездатності рейок. Для досягнення цієї мети вирішені три взаємопов'язані і суперечливі проблеми. Перша полягає в поверхневому локальному зміцненні робочої поверхні гребеня на задану твердість з отриманням дрібнодисперсного структури металу зміцненого шару. Саме ці фактори забезпечують зниження темпів зносу гребеня і зменшення коефіцієнта тертя між гребенем і бічною поверхнею головки рейки, що сприятливо впливає на рейки, особливо в кривих, сповільнюючи їх знос. Друга проблема пов'язана з формуванням полів внутрішніх напружень, що діють як в обсязі металу, так і між зернами. Швидкі нагрівання та охолодження локальної ділянки масивного колеса призводять до структурних перетворень, пов'язаних зі зміною питомої обсягу, і пластичним деформаціям - стиснення і розтягування. Найбільші проблеми виникають при загартуванню бандажів Оскільки це пов'язано з безпекою руху доцільно висвітлити їх більш детально. Матеріал бандажа на колесі знаходиться в умовах складного напруженого неоднорідного стану. У початковому стані за рахунок натягу відбувається пластичне деформування матеріалу, а рівень розтягуючих напруг перевищує межу текучості. В процесі плазмової гарту напруги перерозподіляються. Розрахунки показують, що рівень напружень поблизу центру плями нагріву має менші значення у порівнянні з периферією, відповідно максимум напружень зміщується на деякій відстані від центру нагріву. Відмінність напружень по величині для різних варіантів розташування плазмотрона відносно гребеня колеса незначно і становить близько 5%.

На відміну від напруженого  стану максимум деформацій збігається з максимумом температур, тобто знаходиться  в центрі нагріву. Відмінність деформацій по величині для різних варіантів  розташування плазмотрона, як і для  напруг, незначно. При цьому можна  відзначити таку закономірність. У  міру віддалення осі плазмотрона  від гребеня деформації зменшуються  на 13%, а потім збільшується на 18%. Натяг призводить до значного зростання  і зміну знака окружних напруг. Після охолодження колеса виникають  залишкові напруження і деформації. Інтенсивність напружень перевищує  межу текучості матеріалу, а пластичні  деформації досягають величини S = ​​0,15%. Матеріал знаходиться в умовах тривісного розтягування, при відносно головних напружень 1/5. Розміри найбільш напруженою області бандажа відповідають області термічного впливу. Зона пластичного деформування матеріалу поширюється від поверхні бандажа на глибину 5-6 мм. Максимальні пластичні деформації мають місце на поверхні бандажа в районі безпосереднього впливу струменя плазмотрона на бандаж.

Третя проблема пов'язана  зі зміною тонкої структури металу в результаті плазмового поверхневого нагріву. В залежності від режиму плазмової гарту можуть бути отримані практично протилежні результати. У  разі правильної технології (оптимального термічного циклу) буде отримана переважно  троостит-сорбітна тонкопластинчата структура в суміші з безструктурним мартенситом біля поверхні, що має кілька підвищену мікротвердість і характеризується плавним переходом до основного металу. Отримана тонка структура відрізняється дисперсністю субструктурного елементів (субзерен, блоків, осередків), рівномірним розподілом дислокацій без градієнтів по дислокаційної щільності. В цьому випадку, структура вихідного металу облагороджується і всі механічні характеристики поліпшуються. У разі порушення технології (відхилення термічного циклу від оптимального) формується грубопластінчатая структура (феррито-перлітною) з феррітниміі оторочками. Вона характеризується наявністю неметалічних включень сульфідного типу, більших за розміром субструктур, а також нерівномірним розподілом дислокацій і формуванням різких градієнтів дислокаційної щільності, що формуються, як правило, в області контакту жорстких і м'яких структурних складових (цементних пластин з феритних прошарками в перліті, або на межах перлітних зерен з феритних оторочками і т. п.). Тут можуть виникати тріщини.

В експлуатації робоча поверхня колеса знаходиться під дією комплексу  різних навантажень. Виявлено, що при  одночасній наявності трьох факторів:

- 1) матеріал обіду знаходиться в складно-напруженому стані;