Аналіз роботи та пошкоджень колісних пар локомотивів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аналіз роботи та пошкоджень колісних пар локомотивів

1. Обробка і аналіз статистичної інформації про якісні і кількісні показники роботи депо

По приписному парку депо (за станом на 2009-2011 рр.) збиралися такі статистичні дані з технічної документації підприємства:

- кількість локомотивів (секцій) по серіях, скільки з них знаходяться в роботі (за видами робіт), в резерві (за видами резерву) або в запасі (за видами запасу) та їх відповідні відсотки;

- обсяги вантажепотоків (до спаду перевезень та зараз);

- середні швидкості руху по дільницях, наявність браків поїзної роботи (з указуванням пошкоджень ТРС та їх причин);

- види технічних обслуговувань (ТО) та поточних ремонтів (ПР) починаючи з ТО-3, що виконуються в депо (включаючи ТО-4) по серіях ТРС; місця виконання ПР-2, ПР-З(П), капітально відновлювальні ремонти (КВР), капітальні ремонти (КР-1), (КР-2), обсяги ремонтів в депо (починаючи з ПР-1);

- довжини ремонтних стійл (по видах ТО, ПР), наявність канав та крупного обладнання (кранів, домкратів для ПР-3, скатоопускних канав, верстатів для обточування на ТО-4, поточних ліній тощо), кількість пунктів технічного огляду локомотивів (ПТОЛ);

- стан безпеки руху та техніки безпеки, умов експлуатації ТРС;

- відсутність або наявність в депо екологічної документації (томи граничнодопустимих викидів від стаціонарних джерел, відомостей про інвентаризацію ТРС приписного парку депо) та хто її веде;

- витрати на всі види ТО, ПР, непланові (НР) та інші види ремонтів (КВР, КР), а також витрати на воду, електроенергію, паливно-мастильні матеріали тощо (в т.ч. в динаміці по роках).

Наказом №928/Н від 30.12.2008 р. «Про реорганізацію відокремленого підрозділу «Локомотивне депо Стрий» начальника ДТГО «Львівська залізниця» на базі відокремленого підрозділу «Локомотивне депо Стрий» створено оборотне депо Стрий та підпорядковано його до складу ДП «Локомотивне депо Львів». Основні показники роботи депо наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 - Простій на ремонті

Таблиця 2 - Показники роботи депо за 3 поки

На підставі цих даних побудовані залежності показників роботи депо по роках (рисунок 1-11)

Як видно з рисунку 1.1 за роки спостережень тенденція зменшення А у 2009 році змінилась на ріст у 2010 році. До цього привів ріст величини пробігу (рисунок 2).

Вдалось стабілізувати середньодобовий пробіг (рисунок 3), дещо виросла швидкість руху поїздів (рисунок 4, 5).

Майже не змінилась динаміка ваги поїзда (рисунок 6). Разом з цим при скороченні простою на ТО, ПР-1 (рисунок 7, 8), це супроводжувалось ростом витрат на ТО-3, ПР-1 по всіх серіях локомотивів (рисунок 9, 10). саме за рахунок цього вдалось знизити б_деп.

Але можливості поліпшення використання ТРС в депо не вичерпані. Тому далі наведені заходи, направлені на удосконалення організації ремонту одних з найважливіших вузлів ТРС - колісних пар.

Рисунок 1 - Динаміка обсягів перевезень

Рисунок 2 - Динаміка пробігів локомотивів

Рисунок 3 - Динаміка середньодобового пробігу

Рисунок 4 - Динаміка технічної швидкості

Рисунок 5 - Динаміка дільничної швидкості

Рисунок 6 - Динаміка середньої ваги

Рисунок 7 - Простій на ПР-1

Рисунок 8 - Простій на ТО-3

Рисунок 9 - Динаміка собівартості ремонту ПР-1

Рисунок 10 - Динаміка собівартості ремонту ТО-3

Рисунок 11 - Динаміка деповського проценту несправних локомотивів

2. Аналіз причин зносу колісних пар

Одним з чинників, що впливають на інтенсивний зніс гребенів бандажів електровозів, є перекіс колісних пар відносно рами візка. Раніше в депо перевіряли соосність колісних пар локомотивів. Це було документально зафіксовано в правилах ремонту рухомого складу. Зараз подібна перевірка не проводиться, а новими правилами ремонту параметр перекосу колісної пари відносно рами візки не нормується. Тому виникла ідея перевірити вплив перекосу колісних пар на знос гребенів.

В процесі робіт застосовували декілька способів виміру перекосу колісних пар у візку. Під ним умовилися розуміти відхилення осі колісної пари від перпендикуляра до рейки. Перекіс може бути вказуватись в градусах і міліметрах. В останньому випадку перекіс - це відстань від плями торкання колеса колісної пари до точки перетину рейки й перпендикуляра до неї, опущеному з точки торкання іншого колеса тієї ж колісної пари.

На електровозах заміряли наступні параметри, що контролюються: зазор між буксою й буксовою напрямною, товщину наличника напрямної букси, товщину гребеня. Величину, що знаходимо визначали як різницю суми зазорів між буксою й буксовою напрямною і товщини наличника напрямної букси. Схема замірів за допомогою вимірювального щупа й штангенциркуля показана на рисунку 1.12.

Перекіс розраховується за формулою:

П = (П1 + П2 - Л1 - Л2) l_цк/l_рам, (1)

де l_цк - відстань між центрами кругів катання лівого і правого коліс, отриманого як сума відстані між внутрішніми гранями колісною пари (1440 мм) і двох відстаней між внутрішньою гранню колісною пари та центром круга катання (70 мм);

l_рам - відстань між зовнішніми поверхнями буксових боковин рами (2240 мм).

Для визначення максимального перекосу до розрахованого додають суму зазорів між наличниками букс та їх напрямних, які збільшують перекіс.

Максимальній перекіс визначають по формулі

П_max = [У_{всіх зазорів} + (П2 - Л2) + (Л4 - П4)] l_цк/2l_рам, (2)

Перекіс заміряли за допомогою спеціального шаблону, що застосовується в депо для визначення осьового розбігу колісної пари (для знаходження максимального перекосу додатково використовують щуп).

На рівні верхньої частини брускової боковини рами заміряють відстань від внутрішньої грані колеса до внутрішньої поверхні рами. Цю операцію виконують для правої й лівої частин колеса на кожній стороні колісної пари. Тангенс кута перекосу колісної пари

tg б_пер = Дl / l_хорди, (3)

де Дl - різниця правого і лівого замірів;

l_хорди - довжина хорди кола колеса по вершині гребеня на рівні верхньої частини брускової боковини рами.

1 - вісь колісної пари; 2 - букса; 3 - наличник напрямної букси; Л1, Л3 (П1, П3) - зазори між наличниками букси та буксових напрямних праворуч і ліворуч від букси для лівої (правої) частини електровоза; Л2, Л4 (П2, П4) - товщина наличників правої та лівої напрямних букси лівої (правої) частини локомотива.

Рисунок 1. - Схема заміру перекосу колісної пари відносно рами візка на тепловозі ЧМЕ3

При замірах колісних пар встановили, що довжина хорди змінюється в межах від 880 до 890 мм, що при розрахунках вносить похибку 0,2 мм. Однак нею можна знехтувати. Таким чином, довжину хорди можна рахувати постійною величиною, що дорівнює 885 мм. Щоб знизити похибку визначення перекосу, його визначають для лівої і правої сторін колісної пари, за величину справжнього перекосу приймають середнє значення.

Для визначення максимального перекосу до результату розрахунку додають суму зазорів між наличниками букс та їх напрямними, яка здатна збільшити перекіс:

П_max = (П_лів + П_прав)/2 + (П3 + Л1) l_цк/l_рам, при П=0, (4)

П_max = (П_лів + П_прав)/2 - (П3 + Л1) l_цк/l_рам, при П<0. (5)

Середня похибка вимірювання складає 2 мм. На тепловозах ТЕ116 за допомогою штихмаса заміряли паралельність осей колісних пар з правої й лівої сторін, після чого визначали перекіс як різницю відстаней між осями колісних пар з правої й лівої сторін.

При перекосі колісної пари в рамі візка знос за профілем бандажа розташовується нерівномірно. На відстаючій стороні колісної пари по ходу руху бандаж є набігаючим. Максимальній знос зміщений у бік його внутрішньої грані, а на протилежному бандажі знос зміщується у бік зовнішньої грані.

Практика показує, що колісні пари в візку можуть встановлюватися з одностороннім перекосом. Тоді права або ліва боковина рами зміщується вперед при русі в один бік. При зміні направлення руху змінюється й перекіс рами візка. До такого положення візка в експлуатації можуть привести різні діаметри по кругу катання після їх обточування й різна конусність профілю бандажа.

У разі перекосу від неправильної установки колісної пари в рамі або від перекосу рами візка знос бандажів різко збільшується. Відбувається зсув площини контакту на конічну частину гребеня (так називаємий «полегшуючий контакт»). В результаті різко збільшується знос гребенів й рейок.

У експлуатації важко добитися установки колісної пари без перекосу. Тому можливий максимальний пробіг бандажа до обточування при визначеному навантаженні на колісну пару буде визначатися припускаємим кутом перекосу при випуску з ремонту й утриманням екіпажа в період експлуатації

Залежно від величини перекосу буде зростати знос бандажів й відповідно знижуватись пробіг локомотивів між обточуваннями колісних пар. На. це не звертають належної уваги і в більшості випадків усувають знос гребенів бандажів, що утворився, а не прагнуть його попередити, дотримуючись технології ремонту колісних пар й їх збирання в рамах візків. Хоча подібний недолік можна й потрібне повністю усунути.

На знос бандажів колісних пар й рейок суттєво впливають конструкції візків й умови їх утримання. При дослідженнях встановлено, що знос бандажів колісних пар збільшується пропорційно величині перекосу колісної пари в рамі візка. Перекіс колісної пари на ±5 мм з-за різних відстаней між центрами знижує пробіг колісної пари на 20 - 25%.

Тривалі експерименти, аналіз конструкції й вивчення креслень візків показали, що причиною підвищеного підрізу гребенів на електровозах ВЛ11 й ВЛ11М може бути різна величина деформації гумових втулок валів поводків візків. Подальше розбирання поводків підтвердило вірність зробленого припущення. У деяких з них виявили розчавлені гумові втулки на валах поводків.

Однією з причин інтенсивного підрізу гребенів на безщелепних візках є різниця міжцентрових відстаней у візку (більше 1 мм) при статичній й динамічній установках колісних пар, поперечний зсув осей колісних пар щодо подовжньої осі рами візка більше 3 мм. До порушення міжцентрових відстаней приводить також різна жорсткість гумових втулок, що напресовуються на вали поводків. Щоб попередити підвищений знос гребенів, поводків, зняті при розбиранні візків з нормальнім зносом гребенів, слід при збиранні встановлювати на ті ж місця, де вони стояли й до розбирання.

У останні роки, не дивлячись на значне зменшення обсягу перевезень, залишається актуальним питання про знос залізничних коліс й рейок, особливо в кривих ділянках колії. Знос колісних пар і рейок залежить від великої кількості чинників, таких як стан й профіль колії, реальні площадки контакту колеса й рейки й, відповідно, напруження в місці контакту, механічні властивості металу коліс й рейок, наявність й склад мастила в кривих ділянках колії й багато що інше. На знос впливають навіть погодні умови.

У точках контакту нових колеса і рейки тиски перевищують тиски розкрученого пластичної течії (приблизно рівні твердості) як колісної (2,2-3,2 ГПа), так і рейкової (3,2-3,8 ГПа) сталей. Метал на робочих поверхнях колеса і рейки, особливо в перші моменти експлуатації, розтікається від точок контакту на гребені і поверхні катання у різні боки, утворюючи напливи (рис. 1.14).

Контактні тиски при цьому швидко знижуються, але пластичне протягом триває в ході ще багатьох циклів взаємодії. Напливи на зовнішню грань колеса і гострий накат на гребінь добре помітні і занесені в каталоги дефектів. Напливи металу в зоні викружкі колеса (помилковий гребінь і наплив на поверхню катання, а також наплив на викружкі рейки) важко побачити, оскільки вони існують нетривалий час протягом декількох тисяч циклів у період підробітки.

Рисунок 14 - Стадії зносу бандажу колісної пари

Форма контактних поверхонь коліс і рейок настільки складна, а умови експлуатації настільки швидко змінюються, що ні теоретичні оцінки, ні експлуатаційні вимірювання не в змозі допомогти у визначенні реальної навантаженості коліс і рейок в експлуатації. Об'єктивну оцінку навантаженості, причому усереднену в часі, можна отримати, досліджуючи розподіл твердості по глибині деформованого поверхневого шару. На рисунку 1.3 представлено розподіл твердості по перерізу коліс вантажних вагонів і бандажів локомотивів.

На поверхні кочення колеса, де сили тертя невеликі, твердість не перевищує 500 - 550 HV (в середньому 370 НV), але наклеп поширюється на більшу глибину. Твердість у зоні поверхні кочення коліс вихо ¬ дить на рівень ненаклепаного металу на глибині 5-8 мм, що менше, ніж дає розрахунок за формулою Хейфеца для вільного кочення h = (Р/20,) «2 = [220 000 / (2 - 600)] 1 / 2 = 14 мм.

На рисунку 1.15 наведені схеми контакту різних варіантів взаємодії колеса і рейки, вказані контурні площі контакту, розміри ліній взаємодії у вертикальній площині і розміри, що утворюються в процесі зносу радіусів головки рейки. Якщо бічний знос рейки не перевищує 5 - 7 мм, то площі контакту збільшуються для профілів креслення 2, і 3, і залишаються незмінними для бандажів з товщиною гребеня 29 мм. На цьому етапі відбуваються знос і підріз гребеня.

Рисунок 15 - Схеми контактування різних варіантів взаємодії колеса і рейки

колісний депо рейка знос

При великому зносі рейки площа контактування зміщується в напрямку вершини гребня і при граничному бічному зносі рейки 15 мм стає неминучим утворення загостреного накату, оскільки площа контакту зменшується в 2 - З рази і, відповідно, зростають напруження на контакті, які, як показують попередні розрахунки, перевищують межу текучості металу бандажа. М'якша сталь гребеня бандажа при цьому деформується і таким чином утворюється гострокінцевий накат.

Цей висновок підтверджується ще і тим, що, як видно з рисунок 1.16 (в, г, ж, з, л, м), місця контакту колеса і рейки і межа утворення загостреного накату геометрично співпадають. Не випадково у ряді депо фіксуються випадки виникнення загостреного накату при цілком допустимій для подальшої експлуатації товщині гребеня. Очевидно також, що і в прямих ділянках колії із-за вимушених поперечних коливань рухомого складу відбуваються вищерозглянуті процеси як у локомотивних, так і у вагонних коліс[1].

На практиці зустрічаються випадки, коли боковий знос рейки перевищує 15 мм. У цьому випадку можливий варіант контакту, показаний на рисунку 1.5, коли між поверхнями катання утворюється зазор, а вершина гребеня зминається. Неоднозначність думок експлуатаційників про ефективність змащення бічної поверхні рейки і гребеня бандажа може бути пояснена і тим, що при нових і мало зношених рейках ефект від змащування спостерігається, а по мірі збільшення бічного зносу рейок і збільшення зазору між рейкою і гребенем (на рисунку 16 області утворення зазору заштриховані) результат змащування є практично нульовим.

Рисунок 16 - Схема контакту колеса і рейки при боковому зносі рейки більш 15 мм

Таким чином, з позицій зменшення матеріальних витрат стає актуальною задача забезпечення більшої експлуатаційної узгодженості геометричних характеристик профілю бандажа і головки рейки. З цієї точки зору одним з напрямів подальших аналітичних і експериментальних досліджень є створення і аналіз роботи проміжних профілів, що забезпечують максимальну площу контакту колеса і рейки залежно від ступеня зносу останнього [5,6].

Размещено на Allbest.ru