Влияние на безопастность движения дефектов на поверхности катания колеса в системе «колесо-рельс»

Кочетков Ю.А., Глущенко И.Н.

Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС)

 

Известно, что важнейшими приоритетами для железных дорог является освоение перспективного поездопотока при гарантированной безопасности движения поездов и повышение эффективности работы на основе оптимизации взаимодействия служб пути и подвижного состава. Эта сложная задача требует комплексного решения. Для того чтобы обеспечить ощутимое повышение массы и скорости движения поездов, увеличения погонных и осевых нагрузок подвижного состава необходимо рассматривать эти вопросы в системе «колесо-рельс». Целью этой статьи является показать как дефекты на поверхности катания колеса влияют на техническое состояние верхнего строения железнодорожного пути, от чего во многом зависит безопасность движения. Для этого мы сначала провели аналитический анализ образования дефектов на поверхности катания колеса у вагонов, их причины, и по вине каких работников железнодорожного транспорта они были допущены. Этот анализ поможет нам грамотно проводить служебное расследование сходов подвижного состава т.е. выявлять более точно причину схода по вине колеса или рельса.

Явление, когда колесо прекращается вращаться и скользящее по рельсу при продолжающемся движении поезда называется заклиниванием колесной пары. Заклинивание или «юз» не наступает мгновенно ему предшествует проскальзывание, т.е. скорость колесной пары меньше поступательной скорости подвижного состава, что приводит к увеличению тормозной силы Bт=К*Yк, где К – нажатие тормозной колодки, Yк – коэффициент трения тормозной колодки. И тогда за счет повышения коэффициента трения Yк, приводит к юзовому движению колеса. В результате за счет трения колеса по рельсу в точке их контакта возникают высокие температуры приводящие к сдвигу металла на поверхности катания колеса, т.е. образуется «навар» и при использовании колеса под статнагрузкой колесной пары образуется овальная площадка, которую и называют «ползун». Кроме этого в некоторых случаях образуется выкрашивание металла колеса. Рассмотрим, как влияют эти неисправности на безопасность движения. Навар. При вращении колеса с «наваром» которое служит, как бы «молотом», а головка рельса становится как бы «наковальней», наносится точечный динамический удар на рельс, в результате внутри рельса образуется трещина, которая при прохождении других поездов разрастается и в конечном итоге происходит выпадание куска рельса, что приводит к сходу подвижного состава с непредсказуемыми последствиями. Особенно опасен остроконечный навар высотой более 2мм, поэтому его надо удалить при помощи зубила. Ползун. Это площадка на колесе которой наносится удар на головку рельса в результате, образуется внутренняя трещина в рельсах, а при минусовых температурах, особенно ниже 30 °С когда хрупкость металла увеличивается разрушается головка рельса до самой подошвы, что приводит к сходу подвижного состава с тяжелыми последствиями.

Проведенный анализ на одной из дорог ОАО РЖД показал, что в среднем за год из-за дефектов поверхности катания колеса было сменено рельс более 4000, из-за продольных трещин и выколов в местах перехода головки в шейку, поперечные изломы рельсов без видимых пороков в изломе-5 шт. и все эти дефекты рельса произошли из-за дефектов поверхности катания колеса.

Теоретические исследования образования юзового движения колеса и образования ползунов, показывают для того чтобы качение колеса по рельсу при торможении без проскальзывания и юза необходимо, чтобы тормозная сила (Bт=К*Yк) не превышала силу сцепления колеса с рельсом Bсц=Yсц*Рст, т.е. К*Yк≤Yсц*Рст, где Кр - сила нажатия тормозной колодки на обод колеса; Yкр - коэффициент трения тормозной колодки; Yсц-коэффициент сцепления колеса с рельсом; Рст - нагрузка от колесной пары на рельсы.

Чаще всего «юз» образуется при трогании с места, когда Yк=(0,2…0,25), но уже при скорости 5-8 км/ч он снизится до 0,08-0,1 и станет (примерно в 2 раза меньше) и восстановить тогда вращение колеса трудно. Если ползун образовался глубиной 2,5-3 мм (это длина лыски 110-115 мм), колесная пара не может выйти из «юза» даже если после торможения наступает полный отпуск. Глубина ползуна зависит от V движения, статической нагрузки на ось (Рст) коэффициент скольжения (Yсц) колеса. Например, в вагонах при нагрузке на ось 6 тн, при скорости 80 км/ч, глубина на вагонах ползуна на 1000 м пути будет примерно 0,1 мм (длина лыски 7-8 мм), а при скорости 140 км/ч будет 0,25 мм (длина 20-22 мм), а на локомотиве при статнагрузке 20 тн на ось при скорости 80 км/ч образуется глубина ползуна 1,25 мм (длина лыски 75-80 мм) и при скорости пассажирского поезда 120 км/ч, глубина ползуна будет составлять 22-24 мм. Инструкцией по эксплуатации тормозов установлено, что у вагонов ползун более 2 мм не допускается следовать с установленной скоростью, так как уже при глубине ползуна более 2 мм сила удара колеса на рельс у вагонов при скорости 45 км/ч составляет 45 тн, что особенно в зимнее время приводит к разрушению головки рельса с последующим сходом подвижного состава.

Проведем анализ причин образования ползунов в грузовых и пассажирских поездах из-за неправильных действий работников ПТО вагонов, машиниста, путейцев, а так же от атмосферных условий.

Анализ проведен из условия безъюзового движения колеса, которое выражается: К*Yк≤Yсц*Рст, где К – нажатие тормозной колодки к поверхности катания колеса и определяется, как произведение усилия на штоке (Ршт) и передаточного – числа рычажной передачи (n) т.е. К=Ршт*n; Yк – коэффициент трения тормозной колодки, который показывает какая часть от нажатия тормозной колодки идет на силу трения и, зависит от материала и скорости движения (с уменьшением скорости Yк увеличивается и максимальное достигает при скоростях в интервале от 0-5 км/ч). Коэффициент трения у композиционных колодок выше чем у чугунных, например, в интервале скоростей от 160-100 км/ч в 2,5 раза, а от 5-0 км/ч одинаков. С правой стороны неравенство Yсц*Рст, где Yсц - коэффициент сцепления колеса с рельсом. Определяется как отношение максимальной силы сцепления Всц к действительной нагрузки колеса на рельс (Рст).и зависит от скорости движения поезда и от чистоты рельсов.

Во время тумана, росы, при моросящем дожде, иней, листьев от деревьев, может уменьшится до 0,04 и менее, а вот при сильном дожде, когда рельсы чистые Yсц будет равным. При входе и выходе колес в кривых участках пути Yсц уменьшается на 5-10%, однако при подсыпке песка под колеса Yповышается, а при очистке рельсов шлифовальной машиной повышается до 0,2. Так, СЦ например, для грузовых вагонов при расчетных скоростях 20 км/ч Yсц при нагрузке на ось 6 тн – 0,131; 10 тн – 0,125; 10 тн – 0,121; 20 тн – 0,116. Статическая нагрузка от колесной пары на рельс (Рст) определяется Рст=М/n, где М – масса подвижного состава, в тн; n – количество осей.

Статическая нагрузка груза на ось в движении меняется в зависимости от неровности пути и временной разгрузки на ось. Разгрузка последней колесной пары (по ходу движения) происходит при экстренном торможении у цистерн с неполным заполнением жидким грузом, когда жидкость при торможении уходит вперед, а последняя колесная пара разгружается, а когда волна возвращается, колесо уже в юзовом движении т.е. при этом Рст разгружается более 15%, тормозная сила (Вт) становится больше силы Всц, в следствии нарушается условие безъюзового движения. Это происходит при перевозке сыпучих грузов имеющие плывучесть (цемент, зерно). Проведенный анализ показал, что во многом зависит образование юзового движения колеса с образованием ползунов по вине работников железнодорожного транспорта.

Образование ползунов по вине машиниста из-за неправильного управления тормозами, а именно:

-отпуск тормозов I положением ручки крана машины без завышения давления ТМ сверх зарядного давления в грузовом поезде. Это приводит к тому, что отпускная волна не доходит до хвостовых вагонов и тормозные колодки не отошли от колеса при вращающихся колесах, но как только поезд остановился и вновь начинает движение со скоростью от 0-5 км/ч, Yк большое и тогда К*Yк>Yсц*Рст и наступает «юз»;

-применение полного служебного и экстренного торможения без применения песка по колеса локомотива, в этом случае рельсы могут быть загрязненными и коэффициент сцепления (Yсц) колеса с рельсом уменьшается до «нуля» и тогда сила сцепления Yсц*Рст становится меньше, чем тормозная сила, что и приведет к юзовому движению колеса;

-отпуск II положением ручки крана машиниста, при этом в некоторых воздухораспределителях из-за неплотности манженты главного поршня воздух из золотниковой камеры перетекает в рабочую камеру, в результате главный поршень медленно передвигается на отпуск тормоза, а то 4 сосвсем не передвигается, т.е. нет отпуска;

-машинист не выдержал установленное время после остановки поезда до приведение в движение-после ступени торможения с разрядкой до 0,8 кГс/см² не менее 1,5 минуты на «равнинном» режиме и 2 минуты в «горном» режиме. При большей ступени глубины разрядки ТМ на «равнинном»;

-не менее 2 минут, на «горном» не менее 3,5 минут, а после экстренного в поездах до 100 осей- не менее 4 минут, более 100 осей не менее 6 минут. Следовательно, если время это не выдержано, то в хвосте поезда полный отпуск не произошел и колеса пошли сразу с места юзом;

- большое завышение давления в ТМ у пассажирского поезда сверх допустимого \(более 5,2 кГс/см²). Следовательно будет завышенное давление и в 3Р, но если машинист применит полное служебное или экстренное торможение, то 3Р соединятся с ТЦ и воздух будет перетекать до тех пор пока не выровняется давление и при этом оно будет больше 4 кГс/см²;

-при снегопадах и метелях, пурге, снежных заносах, при инее, гололеде при торможении машинист применил ступень торможения более 1 кГс/см² без применения песка под колеса. Причиной юза является-резкое уменьшение Yсц при большой тормозной силой т.е. К*Yк>Yсц*Рст;

-применение полного служебного и экстренного торможения без подачи песка под колеса- Yсц может резко уменьшиться, что приведет к юзу.

Образование ползунов по вине работников ПТО, к ним относятся:

-неправильно установлен режим загрузки. Например, на порожнем грузовом вагоне вместо «порожнего» режима установлен «средний» или «груженый». В результате при полном служебном и экстренном торможении в тормозном цилиндре образуется давление вместо 1,4-1,8 кГс/см² , соответственно 2,9-3,2 кГс/см² , 3,9-4,5 кГс/см² и тогда увеличивается усилие на штоке ТЦ (Ршт), а это отразится на силе нажатия тормозной колодки (К=Ршт*n) и тогда, нарушается условия безюзового движения К*Yк>Yсц*Рст;

-неправильно установлено передаточное число рычажной передачи (n), при композиционных колодках передаточное число установлено как для чугунных (на горизонтальных рычагах у стяжки валики стоят во втором отверстии от ТЦ), а это означает, например, что n=8,5 вместо 5,8 у полувагонов (у каждого типа оно различное). В этом случае К= Ршт*n будет больше допустимого;

-заторможен вагон ручным стояночным тормозом-при трогании с места Yк большое и нарушается условие безюзового движения К*Yк>Yсц*Рст;

-завал вертикальных рычагов рычажной передачи в сторону ТЦ более 30 °, что приводит к механическим причинам юзового движения колеса;

-неправильно отрегулирован регулятор рычажной передачи-расстояние «А» менее нормы;

-неисправность тележки вагона- выпадание пружин – механическое заклинивание колесной пары;

-утечки воздуха из ТМ превышающие допустимые нормы - компрессоры на локомотиве в этом случае работают чаще и гонят теплый воздух в ТМ, там он остывает, кристаллизуется и образуется ледяная пробка в концевых кранах, соединительных рукавах, поэтому отпускная волна не проходит, следовательно нет отпуска тормозов, а при возобновлении движения поезда после остановки Yк будет большой и тогда нарушается условие безъюзового движения;

-засорение пылеулавливающих сеток и воздухораспределителей - не будет отпуска тормозов и при возобновлении движения после остановки колесо пойдет юзом;

-неисправный авторежим- зазор между вилкой и упорной плитой более 5 мм. При большом зазоре на порожнем вагоне пр полном служебном торможении и экстренном, давление в ТЦ будет больше, чем 1,4-1,8 кГс/см² что и приведет к нарушению условия безюзового движения колеса К*Yк>Yсц*Рст т.е К будет большое при маленькой Рст;

-неисправность буксового узла - разрушение сепаратора буксового подшипника и колесо идет юзом;

-отсутствует хомут 70 мм на штоке ТЦ у пассажирского вагона с композиционными колодками - при экстренном торможении из-за маленького вредного пространства в ТЦ резко возрастает давление свыше 4 кГс/см² и К станет сверх допустимой и колесо пойдет юзом;

-разнотипность тормозных колодок (чугунные и композиционные на одном вагоне) - при одном и том же давлении в ТЦ из-за разности Yк будет «юз»;

-маленький выход штока ТЦ пассажирского вагона –при полном служебном и экстренном торможении из 3Р воздух будет перетекать в ТЦ до тех пор пока не выравнится (принцип двух сообщающихся сосудов) и оно будет больше допустимого т.к. обьем ТЦ будет маленький;

-большой выход штока ТЦ у грузовых и пассажирских вагонов. Юзовое движение колеса будет из-за нарушения параллельности штока, при отпуске он не уходит в ТЦ, следовательно, тормозные колодки не отойдут от колеса;

-зазор между тормозной колодкой и ободом колеса у пассажирского вагона в отпущенном состоянии более 5-8 мм, что в пути следования по стрелочным переводам подпрыгивает колесо, башмак поворачивается на 90° и упирается в колесо;

-замерзание рычажной передачи пассажирского вагона на второй тележки в районе трубы из туалета-нет отхода колодок от колеса при отпуске;

-замерзание ТЦ-при отпуске поршень примерзает;

-во время полного опробования тормозов осмотрщики не обнаружили на отдельном вагоне не отпуск тормоза при ЭПТ при IV положении из-за пробоя селенового диода;

-разрушение подшипников редуктора в приводе генератора на пассажирском вагоне, что приведет к юзовому движению колеса.

По вине некачественного ремонта на АКП:

-у ВР усл№483 на главном поршне поставлены не качественные манжеты, которые при отпуске пропускают воздух из золотниковой камеры в рабочую, в результате после торможения отпуска не будет т.к. главный поршень не переместится в отпускное положение;

-у ВР усл№483 режимные пружины загрузки вагона (большая и маленькая) не соответствуют по жесткости и усилию т.е. усилие большое и тогда в ТЦ давление будет больше нормативного по режиму загрузки.

По вине работников путевого хозяйства:

– разность по высоте стыков рельс свыше 5 мм т.к. во время торможения в этом месте во время перехода с «низкого» стыка на «высокий» происходит вертикальный толчок и тогда у колеса Yсц становится на доли секунды равная нулю, после чего уже колесо пошло юзом.

Юзовое движение колеса может быть, если цистерна не полностью залита, особенно мазутом и тогда при экстренном торможении жидкость уходит вперед и последняя колесная пара разрушается (Рст) более чем на 15% и нарушается условие безюзового движения колеса т.е. К*Yк=0,85 Yсц*Рст. К юзовому движению колеса могут приводить все грузы имеющие текучесть (зерно, песок, щебень, цемент). Юзовое движение колеса может быть если на головках рельса находятся листья от деревьев, особенно осенью в дождливую погоду когда Yсц резко уменьшается т.е. К*Yк>Yсц*Рст.

Для недопущения этих дефектов необходимо осуществить целый комплекс мер:

- повысить чистоту рельсовой стали, не допускать попадания на головку рельс листьев от деревьев;

-на пунктах налива нефтепродуктов осуществлять контроль за полнотой заполнения котла цистерн;

-повысить качество обучения на техучебах машинистов по управлению тормозами, рекуперацией работников ПТО вагонов и АКП;

-реализовывать Стратегическую программу обеспечения устойчивого взаимодействия в системе «колесо-рельс»;

-замена композиционных колодок на новые с металлокерамической вставкой с хорошей теплоотдачей и коэффициентом трения;

-повысить качество диагностирования колесных пар на ходу поезда техническими средствами;

-повысить качество технических осмотров и ремонтов вагонов, локомотивов.

 

Список литературы:

1. Асадченко В.Р. Автоматические тормоза подвижного состава железнодорожного транспорта [текст: книга/В.Р. Асадченко-М:изд. транспорт 2002]

2.Иноземцев, В.Г. Автоматические тормоза В.Р. Иноземцев-М;Издательство транспорт,1976

3 Козубенко В.Г. Безопасное управление поездом: вопросы и ответы [текст] книга /В.Г. Козубенко-М: издательство Маршрут, 2005

 

Заявка

1.Название статьи Влияние на безопасность движения дефектов на поверхности катания колеса в системе «колесо-рельс»

2.Кочетков Юрий Александрович

Глущенко Иван Николаевич

3.Самарский университет путей сообщения (СамГУПС) кафедра «Безопасность перевозок пассажиров и грузов»

4. Кочетков Ю.А.-доцент

Глущенко И.Н.-доцент

5.Секция-проектирование и эксплуатация, обслуживание и ремонт надежность и безопасность элементов и систем транспортного комплекса России.

6.г.Самара 1-ый Безымянный переулок 18,443066

телефон 2556843

факс 2556843

mail:[email protected]

7.Количество дополнительных экземпляров сборника-нет.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: