Колесные пары: техническое обслуживание и ремонт

Колесная пара — главный элемент вагона, платформы и других видов железнодорожного подвижного состава. Она обеспечивает возможность движения по рельсовым путям и удерживает остальные части конструкции в нужном положении при всех режимах работы. На колесную пару приходится вся нагрузка от веса вагона и груза в точке контакта с рельсом, что требует высокой прочности деталей. По мере эксплуатации колесная пара изнашивается и частично теряет требуемые свойства. Продлить ресурс конструкции позволяет регулярное техническое обслуживание колесных пар вагонов и их своевременный ремонт.

Как устроена колесная пара

Кроме распределения веса вагона на рельсы, колеса тепловозов и других машин тягового состава передают на рельсы крутящий момент, обеспечивая движение многотонного поезда. Сила сцепления в точке касания к рельсу во время разгона и торможения достигает очень больших величин, что требует от колес способности выдерживать как статические, так и динамические нагрузки. Обслуживание и ремонт колесных пар нужно проводить в установленные регламентом сроки, выполняться оно должно по определенной технологии.

Конструкция колесной пары вагона предельно простая, как и у других механизмов высокой степени надежности. Пара состоит из:

• двух колес;
• соединяющей их оси;
• бандажей и бандажных колец;
• пары зубчатых колес

Оси изготавливаются из специальных марок стали способом ковки. После термической обработки осевая сталь приобретает нужную прочность и вязкость, уменьшается ее хрупкость. Для материала оси очень важно сохранить целостность при вибрационных и ударных нагрузках.

Устройство оси достаточно сложное; каждый элемент разделяется на участки, которые исполняют определенную роль. Это:

• средняя часть;
• шейки с обеих сторон;
• буксовые шейки, на которые устанавливают подшипники;
• предподступичные отделы;
• подступичные наконечники, на которые устанавливаются колеса.

Участки отличаются по диаметру. В зоне перехода от одного диаметра к другому не допускается ломаных линий, все переходы сделаны по плавным лекалам. Такие участки получили название гантелей. К качеству их обработки выдвигаются повышенные требования. Подшипники роликового типа на буксовых шейках установлены резьбовым способом, что исключает смещение обоймы при значительных боковых нагрузках.

После обработки на токарных станках оси в обязательном порядке шлифуют для устранения царапин, сколов и других дефектов, которые могут стать потенциальными центрами возникновения внутренних напряжений, снижающих ресурс оси. В результате таких напряжений несущая способность оси снижается, что может привести к повреждению во время движения.

Колесный центр, являющийся следующим элементом колесной пары, изготавливается из углеродистой стали. На одну из его частей, а именно обод, насаживается бандаж. Именно бандаж вступает в контакт с рельсом, принимая на себя конечную нагрузку. Изготавливают бандаж из особых сверхпрочных марок стали с высокой стойкостью к истиранию.

В конструкции колесных пар также предусмотрен специальный канал, закрывающийся пробкой. По нему под давлением подается масло во время снятия колеса с оси. Оно исключает повреждение контактной зоны, появление трещин и задиров. Снятие выполняется способом распрессовки, что требует приложения значительных усилий.

Возможные неисправности колесных пар

Во время движения, торможения и стоянки порожнего и загруженного вагона на оси действуют разнонаправленные силы. Техническое обслуживание и ремонт колесных пар — ответственные операции, которые производятся по определенной схеме с учетом рекомендаций производителя. Ошибки при выполнении техобслуживания и ремонта могут привести к повреждению отдельных элементов и оси в целом.

Колесная пара — тщательно продуманная и рассчитанная конструкция, проверенная десятилетиями эксплуатации в самых разных условиях. Анализ статистики ремонтно-восстановительных работ позволил составить список характерных повреждений и неисправностей, возникающих в процессе эксплуатации колесной пары.

• Равномерный прокат, то есть, уменьшение диаметра колес из-за воздействия сил трения с рельсом при торможении, ускорении и во время равномерного движения на прямых участках и поворотах. Величина проката рассчитывается при определении ресурса пары еще на этапе производства. Но точное значение установить сложно, условия эксплуатации однотипных пар могут сильно отличаться на разных участках железной дороги.
• Неравномерный прокат. Более опасный дефект, который возникает из-за неравномерной плотности металла бандажа или при интенсивном торможении.
• Наплывы металла на колесную фаску. Дефект устраняется, если обнаружены трещины. В остальных случаях колесо допускается к эксплуатации;
• Кольцевые выработки колес при воздействии тормозных колодок;
• Уменьшение толщины гребня из-за неправильной установки пары в тележке, деформации оси после движения на участках с многочисленными поворотами, различий диаметров соосных колес по причине неравномерного износа обода.
• Снижение толщины обода из-за неправильной обточки или износа.
• Появление на ободе плоских участков, «ползунов». Возникают они при резких торможениях, вызывающих скольжение колеса по рельсу. Нарушение плавности окружности приводит к появлению повышенных вибрационных нагрузок и шума.
• Возникновение зон навара на поверхности колес при повышении температуры во время скольжения в процессе торможения. Пластичная деформация металла — опасное явление, требующее устранения дефекта;
• Выкрашивание металла при длительной эксплуатации колесной пары при высоких нагрузках.
• Расслоение и другие дефекты металла, возникающие в процессе производства.

Также при перегрузках и движении в сложных условиях, или по причине заводского брака, могут возникать другие неисправности, часть из которых достаточно опасна, например, появление трещин на оси или колесах.

Диагностика поломок колесной пары

Осмотр и освидетельствование колесных пар грузовых и пассажирских вагонов производится согласно нормам и правилам. Для осмотра используют специальное оборудование:

• установки для мойки и очистки;
• стенды для дефектоскопии;
• подъемники и тележки для перемещения колесной пары по территории цеха;
• шаблоны для контроля над нормативными параметрами колес и осей.

Перед осмотром и выполнением операций по дефектоскопии, колесную пару тщательно очищают от грязи и моют. Перед мойкой демонтируют буксы, чтобы внутрь не попала вода. В зависимости от степени загрязнения, используют как воду под высоким давлением в сочетании с профессиональными детергентами, так и пескоструйные аппараты, снимающие плотные наслоения, а также щетки и другие механические устройства. После проведения осмотра и приборной диагностики колеса маркируют. Если колесо или пара не подлежат восстановлению, на них пишут букву «Б», что означает брак.

Цель и способы технического обслуживания колесных пар

Периодическое и внеочередное техническое обслуживание колесных пар вагонов проводится по стандартной технологии. Колеса и оси осматривают и проверяют дефектоскопом при каждой подкатке под раму вагона, и перед ремонтом. Каждое освидетельствование начинают с проверки клейма и четкости надписи с указанием даты последнего осмотра или ремонта. Также проверяют:

• пружинные пакеты;
• зубчатые колеса и заклепки на них;
• болты крепления зубчатых колес;
• бандажные кольца на предмет ослабления;
• толщину бандажа;
• колесный износ;
• деформацию окружности бандажа.

Если выявлена хотя бы одна из неисправностей на колесной паре, ее отправляют на ремонт. Если дефектов нет - на пару ставят клеймо с указанием даты освидетельствования и отправляют в зону монтажа вагонов.

Полное обслуживание колесной пары

Если при ремонте производилась замена хотя бы одного из элементов, не читается клеймо, или на паре видны следы механических повреждений, то вся конструкция отправляется на вагоноремонтные заводы или в специализированные мастерские для полной проверки и восстановления или списания. Технология полного обслуживания более сложная, она включает несколько сложных и трудоемких операций:

• снятие слоя краски и других защитных покрытий со всех деталей;
• проверка состояния всех узлов лабораторными неразрушающими методами;
• ультразвуковая диагностика скрытых повреждений;
• замена изношенных деталей;
• постановка клейма.

Все работы по полному обслуживанию и ремонту заносятся в специальный журнал.

К неразрушающим методам диагностики относятся:

• магнитопорошковый;
• вихретоковый;
• ультразвуковой.

Специальное оборудование позволяет обнаружить малейшие отклонения в форме колесной пары и структуре металла, из которого она изготовлена.

Виды ремонта

Стандартные колесные пары обладают большим запасом прочности и рассчитаны на длительный срок эксплуатации. Одним из факторов, увеличивающих ресурс, является ремонтопригодность. На практике используется два вида ремонта — с заменой деталей и без замены. Второй вид восстановления работоспособности узлов более распространенный и менее дорогой. При ремонте выполняют такие операции:

• обтачивание деталей;
• наплавка элементов;
• полировка;
• заварка отверстий;
• обработка на токарном станке гребней и фасок;
• фрезеровка внутренних граней;
• проверка профилей по шаблонам и их доработка;
• проверка зазоров и высоты гребня.

После ремонта колесная пара отправляется на проверку и дефектоскопию, затем на ней ставится клеймо с указанием даты и названия предприятия, проводившего ремонт.

Ремонт с заменой деталей

Это более сложный вид ремонта, который проводится, если восстановить поврежденную или дефектную деталь другим способом невозможно. Полный ремонт производится при:

• замене колес при обнаружении трещин, скрытых дефектов, заломов;
• сдвиге колес;
• повреждении оси;
• расхождении колес по наружной и внутренней касательной.

Такие работы требуют использования специального оборудования, в частности, прессов для разборки колесных пар. После полной разборки пары, все узлы и детали проверяются по отдельности. При обнаружении неустранимых дефектов, деталь отправляется на списание, на ее место устанавливают новую запчасть. Списывают детали при таких повреждениях, как:

• трещины на ободах и центральных частях колес;
• изогнутые оси;
• разрушенные или изношенные подшипники;
• видимые следы от электродов на осях;
• сколы на поверхности оси.

После проверки состояния рабочих узлов и подбора запчастей, производится обратная сборка. Технология соответствует сборке новых конструкций на заводе. В процессе сборки используется прессовое оборудование. Диаметр оси больше, чем диаметр колеса, поэтому запрессовка требует большого усилия. После установки колес на место, они удерживаются силой упругости металла.

После сборки пары проводится дополнительная дефектоскопия. Это необходимо сделать потому, что при воздействии гидравлического пресса поверхность или массив металла может пострадать, если нарушена технология или допущены ошибки. В процессе монтажа новых деталей после ремонта используется несколько вариантов сборки:

• СОНК — старая ось и новые колеса;
• НОНК — новые оси и колеса.

При использовании старой оси она проверяется всеми неразрушающими методами на предмет скрытых дефектов. Только после получения положительного заключения от экспертов ось поступает в работу.

Периодичность и сроки обслуживания

Проверяются колесные пары путем осмотра как с выкаткой из-под вагона, так и без выкатки. Проверка без выкатки проводится после каждой нештатной ситуации, возникшей в процессе эксплуатации подвижного состава. Толщина гребня и измерение проката проводится раз в месяц. Обыкновенное обслуживание с осмотром без выкатки проводится при текущем ремонте по режиму ТР-3. Полное обслуживание — после аварий, отсутствии или нечитаемости клейма, при капитальном ремонте моторного и безмоторного вагона.