Основные дефекты цельнокатаных колес

А. А. РАЖКОВСКИЙ, А. Г. ПЕТРАКОВА

ДЕФЕКТЫ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЕС

 

 

ОМСК 2010

 

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

__________________________________

 

А. А. Ражковский, А. Г. Петракова

 

 

ДЕФЕКТЫ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЕС

 

 

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний к лабораторной работе

для студентов четвертого курса специальности 200503 –

«Стандартизация и сертификация»

 

 

Омск 2010

 

УДК 629.4

ББК 39.22

Р95

 

 

Дефекты цельнокатаных колес: Методические указания к лабораторной работе / А. А. Ражковский, А. Г. Петракова; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. 17 с.

 

 

Содержат порядок выполнения лабораторной работы, в процессе кото­рой должны быть закреплены знания об основных дефектах цельнокатаных колес (прокате, износе гребня, ползунах, выщербинах и др.), методах определения, причинах образования и способах предотвращения названных дефектов. Представлен порядок выполнения лабораторной работы, даны вопросы для самоконтроля.

Предназначены для студентов четвертого курса, изу­чающих дисциплину «Дефектообразование в объектах железнодорожного транспорта», очной и заочной форм обучения.

 

Библиогр.: 4 назв. Табл. 1. Рис. 9.

 

Рецензенты: канд. техн. наук, профессор Р. А. Ахмеджанов;

канд. техн. наук, доцент В. Б. Масягин.

 

___________________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2010

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

Введение…………………………………………….………………………............. 5

Лабораторная работа. Дефекты цельнокатаных колес…………………..……..... 6

1. Основные дефекты цельнокатаных колес…….….……………….……….... 6

1.1. Прокат………………………………….………….…………………….…... 9

1.2. Износ гребня колеса…………………….……….…………………..….….. 9

1.3. Ползуны и выщербины………………….……….…………………….…. 10

1.4. Кольцевые выработки и остроконечный накат………..………………... 11

1.5. Прочие дефекты цельнокатаных колес…….……….……………...……. 11

2. Порядок выполнения работы….………………….………….…………….. 13

3. Содержание отчета…………………….…………...……….…………….... 13

4. Вопросы для самоконтроля………………………………..………….……. 14

Библиографический список………………………………………………………. 14

Приложение. Варианты задания для самостоятельной работы…… ………….. 15

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

С усложнением условий эксплуатации современной техники актуальной проблемой становится определение причин разрушения деталей и появления дефектов, особенно в объектах железнодорожного транспорта. Применение новых материалов и технологий при создании железнодорожной техники влечет за собой необходимость изучения причин ее разрушения. Среди физических методов изучения связи состава и структуры мате­риала с его механической прочностью особое место отводится исследованию поверхностей разрушения, поскольку излом наиболее четко отражает строение и свойства материала в локальном объеме, в котором протекает процесс разру­шения. Несмотря на то, что особенностям изломов в практиче­ских исследованиях уделяется значительное внимание, научный подход к изучению этих особенностей еще только разрабатыва­ется. Большое количество работ, посвященных вопросам определения причин и характера изломов, было опубликовано в 70 – 80-х гг. прошлого столетия. Над этой проблемой работали научные коллективы, которые возглавляли В. Д. Алексеев, В. И. Гридюшко, Т. А. Гордеев, Я. Б. Фридман. В настоящее время фундаментальных трудов по данной тематике издается недостаточно, хотя проблема определения причин разрушения объектов железнодорожного транспорта актуальна. В 2004 г. был принят новый ГОСТ 10791-2004, в котором оговорены требования к колесам повышенной твердости, в 2007 г. – новый классификатор дефектов, согласно которому неисправностям вагонных колесных пар и их элементам присвоены новые номера.При подготовке к лабораторной работе «Дефекты цельнокатаных колес» рекомендуется ознакомиться с материалом, размещенным в Интернете и на сайтах железнодорожного транспорта, по проблеме «Конструкционно-технологическое обеспечение надежности колес рельсовых экипажей». В приложении к данным методическим указаниям даны варианты задания для самостоятельной работы студентов по определению вида дефекта цельнокатаного колеса. Номер варианта указывает преподаватель.

 

Лабораторная работа

ДЕФЕКТЫ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЕС

 

Цель работы: закрепление знаний об основных дефектах цельно-катаных колес, ознакомление со способами обнаружения и с причинами образо-вания основных дефектов, получение практических навыков определения вида, размеров дефекта и причин его образования.

 

Основные дефекты цельнокатаных колес

Изучение контактных явлений между колесом и рельсом, условий эксп-луатации колесной пары показало, что образование дефектов и нарастание скорости изнашивания колес, ведущие к полной или частичной потере их рабо­тоспособности, зависят от условий изготовления колес, их эксплуатации и ремонта. На прочность колеса оказывают влияние статические и динамические нагрузки, а также высокая температура, которая возникает при торможении, особенно в зоне перехода обода к диску. Темпера­тура в зоне обода и диска по мере уменьшения толщины обода значительно увеличивается. В результате взаимодействия перечисленных и других факторов на поверхности катания и гребне колеса возникает более 20 типов де­фектов.

Согласно классификатору неисправностей вагонных колесных пар и их элементов № 1.20.001-2007 все неисправности колесных пар и их элементов классифицируются по трехзначной десятеричной цифровой системе, образующей код неисправности. Первая цифра в коде означает класс, вторая – группу, входящую в состав класса, третья – вид конкретной неисправности.

Классы объединяют неисправности по общему признаку, характеризующему основное свойство и причинно-следственные связи их появления. Неисправности колесных пар и их элементов классифицируются по девяти классам:

1. Износы.

2. Термомеханические повреждения.

3. Механические повреждения, вызывающие деформацию и нарушение сборки.

4. Нарушение сплошности металла эксплуатационного характера.

5. Нарушение сплошности металла технологического характера.

6. Разрушение в виде выкрашивания металла и откола отдельных частей.

7. Разрушение в виде излома.

8. Нарушение геометрического параметра.

9. Нарушение отклонений формы и расположения поверхностей.

Группы объединяют неисправности по месту их возникновения.

Обозначения неисправностей цельнокатаных колес приведены в таблице.

 

Обозначения неисправностей цельнокатаных колес

 

Код неисправности	Наименование неисправности
1. Износы
	Равномерный прокат Неравномерный прокат Износ гребня Вертикальный подрез гребня Тонкий обод Кольцевые выработки Поражение поверхности катания колеса электрическим током (рифление)
2. Термомеханические повреждения
	Навар Ползун
3. Механические повреждения, вызывающие деформацию и нарушение сборки
	Остроконечный накат гребня Круговой наплыв на фаску Местное уширение обода
4. Нарушение сплошности металла эксплуатационного характера
	Трещина в диске около обода колеса Термические трещины на поверхности катания обода колеса
5. Нарушение сплошности металла технологического характера
	Продольные трещины, плены, расслоения и неметалли- ческие включения в ободе колеса Закаты или складка металла в диске колеса Поперечная трещина на поверхности катания обода колеса Трещина в ступице колеса Трещины в диске около ступицы колеса Радиальная трещина колеса Трещина гребня колеса

Окончание таблицы

6. Разрушение в виде выкрашивания металла и откола отдельных частей
	Выщербины по светлым пятнам, ползунам, наварам Выщербины по усталостным трещинам Выщербины по термическим трещинам на поверхности катания обода колеса Откол наружной боковой поверхности обода колеса Откол кругового наплыва наружной боковой поверхности обода колеса Откол гребня колеса
7. Разрушение в виде излома
	Излом колеса по трещине у ступицы Излом колеса по трещине обода Излом гребня Излом обода колеса в окружном направлении
8. Нарушение геометрического параметра
	Ширина обода колеса менее допустимой величины
9. Нарушение отклонений формы и расположения поверхностей
	Овальность и отклонение от концентричности по кругу катания колес, превышающие допустимые размеры

 

Наиболее часто встречаются дефекты, которые образуются вследствие неудовлетворительного качества материала колеса, а также по эксплуатацион­ным причинам:

– выкрашивание (выщербины, отколы) № 22 (611)*;

– продольные и поперечные трещины № 30, 31 (511, 513);

– местное уширение № 25 (313), ползуны № 20 (212);

– подрез гребня № 15 (114).

В процессе эксплуатации цельнокатаных колес происходит их естественный износ, в частности, равномерный прокат обода колеса возникает в результате трения его о рельсы.

Износ и повреждения колесных пар выявляют наружным осмотром, шаб­лонами и измерительным инструментом.

Наружным осмотром выявляют види­мые неисправности, такие как, тре­щины и от­колы обода, гребня, диска и ступицы цельно­катаных колес (рис. 1).

______________________

* В скобках указаны номера дефектов согласно данным таблицы.

 

Шаблоны применяют для проверки про­филя обода цельнокатаных колес, ра­диуса за­круглений осей колесных пар и других деталей.

Из измери­тельных инст­рументов наиболее распространены шаб­лоны, микрометры раз­личных конст­рукций, штихмасы, линейки и угольники.

Для выявления трещин в металле, кото­рые нельзя выявить наружным ос­мотром, применяют магнитные и ультра­звуковые дефектоскопы.

 

1.1. Прокат

Прокат по поверхности катания колеса образу­ется вследствие его трения о рельсы (рис. 2). Практи­чески принято считать, что 1 мм проката обода цельно­ка­таного колеса возникает в среднем после пробега колесной парой 30000 км.

При большом прокате увеличивается сопро-тивление движению поезда, кроме того, гребень колеса низко опускается и может касаться болтов рельсовых креплений, ослаблять соединение рельсов и даже срезать их болты, что создает угрозу для безопасности движения поездов.

 

1.2. Износ гребня колеса

Износ гребня колеса образуется от соприкосновения его с рельсом

вследствие изви­ли­стого движения колесной пары на прямых участках пути и при прохождении вагона по кривым.

Вертикальный подрез гребня является следствием нарушения нормаль­ных ус­ловий работы колесных пар. Подрез гребня особенно часто образуется у четы­рехосных вагонов, имеющих большую разность баз боковых рам тележек; при большой разности диа­метров колес, насаженных на одну ось; если имеется большой зазор между буксами и челюстями, а также перекос рамы тележки; от несимметричной насадки колес на оси. Для выявления вертикального подреза гребня применяют специальный шаблон (рис. 3). Ко­лесную пару бракуют, если вертикальная поверхность движка шаблона соприкасается с подрезанной поверхно­стью гребня хотя бы только в верхней части.

Изношенный гребень колеса может вызвать сход вагона с рельсов, особенно на противошерстных стрелках.

1.3. Ползуны и выщербины

Ползуны (выбоины) образуются на поверхности катания колес при их скольжении по рельсам в случае заклинивания колесных пар (рис. 4, а).

Ползуны во время движения вагона вызывают удары, разрушительно действующие на рельсовый путь, колесные пары и ходовые части вагона.

а б

Рис. 4. Виды дефектов на поверхности катания колеса:

а – ползун № 20 (212); б – выщербины № 22 (611)

 

Выщербинами называют местные углубления на поверхности обода ко­леса колесной пары, появляющиеся вследствие отслаивания или выкрашивания ме­талла (рис. 4, б). Выщербины возникают чаще всего на месте ползунов и рас­полагаются симметрично на одной линии у обоих колес. Такие дефекты могут быть и на одном колесе, возникают они от проскальзывания колеса по башмаку при расформировании состава.

1.4. Кольцевые выработки и остроконечный накат

а

На поверхности катания колес часто возникают кольцевые выработки (рис. 5, а), смещение металла и остроконечный накат на участке сопряжения подрезанной части гребня с его вершиной (рис. 5, б).

б

Рис. 5. Кольцевые выработки № 13 (116) (а) и

остроконечный накат гребня № 16 (311) (б) цельнокатаного колеса

1.5. Прочие дефекты цельнокатаных колес

 

К прочим дефектам цельнокатаных колес относятся «навар», мест­ное уширение обода, поверхностный откол, откол кругового наплыва, продоль­ные трещины, плены, расслоения, а также поперечные трещины в ободе, сетка термических трещин, трещины в диске и ступице (рис. 6).

а б в г

Рис. 6. Виды прочих дефектов поверхности катания колеса:

а – «навар» № 21 (211); б – продольная трещина, расслоение № 30 (511);

в – поперечная трещина № 31 (513); г – сетка термических трещин № 32 (412)

 

«Навар» – это тормозной дефект, который возникает в результате смещения металла обода колеса (рис. 6, а).

Трещины чаще всего возни­кают в ободе, ступице и на диске колеса (рис. 7). При­чиной появле­ния трещин могут слу­жить удары, испытывае­мые колес­ной парой при неудовлетворитель­ном каче­стве формирования колесных пар, при их по­грузке и разгрузке.

Если при формировании колесной пары ступица колеса или подступичная часть его оси будет обработана с большой ко­нусностью или овальностью, то после напрессовки колеса усилие, удерживаю­щее его на оси, будет распределяться не­равномерно по подступичной части, что вызовет мест­ные напряжения в оси, способствующие появлению трещин. Отсутст­вие фаски на внутренней грани ступицы колеса также может явиться причиной появления на ней трещины.

Металлографический анализ колес, поверхность катания которых имела дефекты в виде отшелушивания материала, выкрашивания и выглаживания по­верхности, показал наличие трещин во внешней зоне поверхности катания колеса, которые зарождаются в мартенсите и наклонно уходят в деформированный перлит (рис. 8, а); в средней зоне также имеется поверхностный слой мартенсита (рис. 8, б), однако находя­щийся под ним перлит не деформирован.

 

а б

Рис. 8. Вид внешней зоны поверхности катания колеса:

а – вид наклонных трещин, исходящих из мартенсита и продолжающихся в перлите (увеличение – ×50); б – слой мартенсита над недеформированным

перлитом (увеличение – ×100)

Мартенсит имеет хрупкую структуру с предрасположенностью к трещино­образова­нию. Трещины во внешней и внутренней зонах поверхности катания колеса распространяются в на­правлении деформации перлита.

В средней зоне поверхности катания колеса трещины, возник­шие в мартенсите на гра­нице с недеформированным перлитом, по-раз­ному из­меняют свое направление и чаще всего проходят по границе между мартенситом и перлитом параллельно поверхности катания (рис. 9). В про­цессе качения колеса по рельсу трещины увеличиваются и объединяются. Об­разующиеся при этом чешуйки металла могут деформироваться и сдвигаться с частичным взаимным перекрытием, это приводит к вы­крашиванию и растрес­киванию поверхности катания колеса. Дефекты поверхнос-ти катания спо­собствуют увеличению динамичес-ких ударных нагрузок на колесо, в результате чего тре­щины и иные дефекты распространя­ются по всей по­верхности катания колеса.

Порядок выполнения работы

1) Ознакомиться с основными дефектами, возникающими на поверхности катания колеса.

2) Согласно предложенному варианту самостоятельной работы (см. прил.) схематично изобразить дефект цельнокатаного колеса и описать его.

3) Определить вид дефекта на поверхности катания колеса (в задании), его размеры и причины образования.

 

Содержание отчета

1) Краткое описание основных видов дефектов на поверхности катания

цельнокатаного колеса.

2) Схема изучаемого дефекта с указанием характерных особенностей.

 

3) Характеристика вида дефекта и его размеры.

4) Описание вероятностной причины образования исследуемого дефекта.

 

Вопросы для самоконтроля

1) Какие основные дефекты образуются на поверхности катания цельно-

катаного колеса?

2) В чем опасность неравномерного проката на поверхности катания

цельнокатаного колеса?

3) Что является причиной вертикального подреза гребня колеса?

4) Как определяется подрез гребня колеса?

5) Может ли образоваться выщербина на месте ползуна?

6) В следствие чего образуется «навар»?

7) Как распространяются трещины во внутренней и внешней зонах по-

верхности катания цельнокатаного колеса?

8) Что является причиной образования трещин на поверхности катания

цельнокатаных колес?

 

Библиографический список

 

1. Дефекты стали: Справочное издание / Под ред. С. М. Новокщеновой. М.: Металлургия, 1984. 199 с.

2.Гридюшко В. И. Вагонное хозяйство /В. И. Гридюшко, В. П. Бу-­гаев, Н. З. Криворучко. М.: Транспорт, 1988. 295 с.

3. Герасимов В. С. Технология вагоностроения и ремонта вагонов / В. С. Герасимов, И. Ф. Скиба, Б. М. Кернич. М.: Транспорт, 1988. 381 с.

4. Алексеев В. Д. Ремонт вагонов / В. Д. Алексеев, Г. Е. Соро­кин. М.: Транспорт, 1987. 280 с.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

Варианты задания для самостоятельной работы

 

ж

Окончание приложения

 

м

Учебное издание

 

 

РАЖКОВСКИЙ Александр Алексеевич,

ПЕТРАКОВА Анна Геннадьевна

 

 

ДЕФЕКТЫ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЕС

 

__________

 

 

Редактор Т. С. Паршикова

 

 

***

 

 

Подписано в печать 25.03.2010. Формат 60 × 84 ¹/₁₆.

Плоская печать. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,1. Уч.-изд. л. 1,3.

Тираж 100. Заказ.

 

 

**

 

 

Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа

Типография ОмГУПСа

 

 

*

 

 

644046, г. Омск, пр. Маркса, 35

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: