Zestaw kołowy

DIAGNOSTYKA POJAZDÓW
SZYNOWYCH
WYKŁAD
Diagnostyka powierzchni tocznej
zestawu kołowego
Adam Mańka
Zestawy kołowe
Zestawem kołowym wagonu nazywa się trwale
połączoną oś z dwoma kołami przystosowanymi do
toczenia się po szynach. Zestawy kołowe są
podstawowymi
elementami
biegowymi
wagonu
towarowego. Przenoszą one na szyny wszystkie
obciążenia pochodzące od ramy wagonu, jak i na odwrót
wszelkie impulsy od szyny na ramę. Od ich konstrukcji i
stanu technicznego w dużej mierze zależy spokojność
biegu wagonu, bezpieczeństwo jazdy, jak również
przebieg wagonu miedzy jego kolejnymi naprawami
okresowymi.
Zestawy kołowe
• Są to elementy, które umożliwiają ruch wagonu po
torze, złożone z obracającej się osi i osadzonych na
niej nieprzesuwnie dwóch kół.
• Rozstaw kół na osi odpowiada szerokości toru, przy
czym odległość między obrzeżami kół jest nieco
mniejsza od szerokości toru, co umożliwia toczenie
się zestawu bez zakleszczenia.
• Łożyskowanie osi umożliwiające jej obrót jest w
zestawach kołowych wagonowych umieszczane z
reguły na zewnątrz kół
Rys. 1 Zestaw kołowy
1- oś zestawu 2- koło, 3- nakładka oporowa
4- podkładka zabezpieczająca, 5- śruba mocująca
Zestaw kołowy - podział
Zestaw kołowy - podział
Równomierne zużywanie się koła na całym obwodzie jest
warunkiem spokojnej jazdy. Dla swobodnej zaś jazdy po torze
konieczny jest luz między szyną a obrzeżem koła, który
wynosi:
emin = 1435 – 3 – 1425 = 7 mm
emin = 1435 +10 – 1410 =35 mm
Luz między szyną a kołem zestawu kołowego
Zestaw kołowy - podział
Wpływ podciętego obrzeża koła na grubość warstwy
skrawanej oraz wpływ napawania obrzeża na tę grubość.
Wtłaczanie
• Najczęściej stosuje się jedną prasę do wtłaczania i
wytłaczania kół z osi. Samo wytłaczanie przebiega
podobnie jak wtłaczanie, ale w odwrotnym układzie.
• W czasie wtłaczania niedopuszczalne jest
wykonywanie jakichkolwiek ubocznych zabiegów na
powierzchni osadczych w celu zwiększenia lub
zmniejszenia nacisku.
• Należy zakończyć, gdy czoło piast koła od strony
wewnętrznej dojdzie do oznaczenia na przedpiaściu
osi
Rys. 16 Normalny wykres wtłaczania koła na oś.
10
Kryteria kasacji osi zestawów
Pęknięcia środkowej części osi
Pęknięcia czopów
Pęknięcia przedpiaścia osi
Pęknięcia i wady materiałowe wykryte
defektoskopem
 Wytarcia lub karby na środkowej częsci osi > 2,5 mm
 Zgięcia osi > 3 mm
 Wytarcie wzdłużne czopa w stronę przedpiaścia




Zestaw kołowy - podział
Każdy zestaw kołowy musi być poddany
następującym badaniom i próbom:





oględzinom zewnętrznym
sprawdzeniu wymiarów
sprawdzeniu wyważenia statycznego
próbie trwałości połączenia koła z osią
badaniu defektoskopowemu
Ze względu na bezpieczeństwo ruchu zestawy
kołowe podlegają badaniom defektoskopowym. Jego
celem jest wykrycie ewentualnych wad w osi zestawu
kołowego, jak rozwarstwienie czy wtrącenia
niemetaliczne.
Zestaw kołowy - podział
•
•
•
•
W zależności od szerokości toru, na jakim są eksploatowane,
zestawy kołowe mogą być: wąskotorowe, normalnotorowe i
szerokotorowe.
Rozróżnia się dwa podstawowe rodzaje zestawów kołowych,
różniących się między sobą kształtem zakończenia osi, to jest
czopami, a mianowicie:
zestawy kołowe do łożysk ślizgowych,
zestawy kołowe do łożysk tocznych.
Zestaw kołowy składa się z osi wraz z nasadzonymi na niej
dwoma kołami. Koła zestawu mogą być:
obręczowane, składające się z koła bosego, obręczy i pierścienia
zaciskowego zabezpieczającego obręcz na kole bosym;
bezobręczowe, wykonane w całości w kształcie monobloku.
Zestaw kołowy – oś typu A
Stal St5P
Zestaw kołowy – podział cd …
Ze względu na szerokość rozstawu toru zestawy kołowe
można podzielić na:
- wąskotorowe – rozstaw 750 [mm],
- wąskotorowe – rozstaw 1000 [mm],
- normalnotorowe – rozstaw 1435 [mm],
- szerokotorowe – rozstaw 1520 [mm].
Ze względu na proces wytwarzania kół zestawy kołowe
dzielą się na:
- odlewane,
- kute,
- kuto – odlewane.
Zestaw kołowy – podział cd …
Ze względu na rodzaj materiału zastosowanego do produkcji kół zestawy kołowe
można podzielić na zestawy o kołach:
- stalowych,
- staliwnych,
- żeliwnych,
- z nowych materiałów niekonwencjonalnych.
Ze względu na zastosowanie zestawy kołowe można podzielić na:
a) do lokomotyw:
- napędne,
- nie napędne,
b) do wagonów:
- towarowych,
- osobowych.
Zestaw kołowy – podział cd …
Ze względu na wymiary średnicy tocznej kół zestawy kołowe dzielą się na:
-zestawy kołowe o normalnej średnicy:  920 [mm],  960 [mm], 1000[mm],
1600[mm],
- zestawy kołowe o małej średnicy:  840 [mm],  630 [mm].
W pojazdach doczepnych oraz wagonach średnice toczne kół mogą zaczynać się już
od średnicy 320 [mm].
Ze względu na wielkość obciążenia osi zestawu, zestawy można podzielić na:
- zestawy o normalnym obciążeniu osi,
- zestawy o zwiększonym obciążeniu osi.
Ze względu na typ stosowanych kół, zestawy kołowe dzielą się na:
-obręczowane,
-monoblokowe,
Typy zarysów obręczy i wieńców kół
bezobręczowych
•
•
•
•
•
Z obrzeżem o wysokości 28 mm (28 UIC)
Z obrzeżem o wysokości 32 mm (32 UIC)
28 UIC z obrzeżami zwężonymi o 10 mm (28AC10)
28 UIC z obrzeżami zwężonymi o 15 mm (28AC15)
Obręcze bez obrzeża BAC
Przekrój koła obręczowego
1- tarcza koła, 2 - obręcz, 3 – pierścień zabezpieczający,
4 - kołnierz obręczy
Przekrój koła obręczowego
Wymiar charakterystyczny qr
1-płaszczyzna czołowa wewnętrzna obręczy lub wieńca, 2- bok wewnętrzny obrzeża.
3-wierzchołek obrzeża, 4-bok zewnętrzny obrzeża, 5-łuk przejściowy obrzeża.
6-powierzchnia toczna, 7-pochylenie odcinka zewnętrznego powierzchni tocznej.
8- skos zewnętrzny profilu tocznego, 9-płaszczyzna czołowa zewnętrzna obręczy lub
wieńca,
b- szerokość obręczy lub wieńca,
0w- wysokość obrzeża.
0g- szerokość (grubość) obrzeża, r1, r2. r3-promienie wyoblenia obrzeża,
r4-prornień łuku przejściowego.
6-kąt zewnętrznego zarysu obrzeża,
D-średnica okręgu tocznego.
qr
Zarys 28 ACO
Podczas przeglądów okresowych pojazdów
trakcyjnych w lokomotywowni należy dokonać
następujących pomiarów:
•
•
•
•
•
•
Grubość obręczy
Grubość obrzeża
Wysokość obrzeża
Stromość obrzeża
Wysokość nawisu materiału na krawędzi tocznej
Obliczyć sumę grubości dwóch obrzeży w
zestawie
• Odległości między wewnętrznymi
powierzchniami obręczy (co szósty PO)
Pomiar wysokości nawisu materiału
na krawędzi powierzchni tocznej
Zarys obręczy po toczeniu
oszczędnościowym
Pomiar symetrii kół względem
pionowej osi zestawu kołowego
Pomiar ten polega na zmierzeniu różnicy
odległości między płaszczyzną czołową
przedpiaścia osi i wewnętrzną, boczną
powierzchnią obręczy lub wieńca koła
bezobręczowego jednej i drugiej strony
zestawu kołowego.
Symetria jest zachowana, gdy różnica tych
pomiarów nie przekracza 1 mm. C – C’ <
1 mm.
Oznaczenia i wartości odchyłek
kształtu i bicia zestawu kołowego
Suwmiarka do pomiaru parametrów
geometrycznych zarysu obręczy kół
Suwmiarka do pomiaru parametrów
geometrycznych zarysu obręczy kół
Pomiary zarysu
Szablon graniczny
Szablon do sprawdzenia wymiaru qR - sposób pomiaru
a) obrzeże koła dopuszczalne do przyjęcia,
b) obrzeże koła nie może być przyjęte
Szablon graniczny do sprawdzenia wysokości i grubości obrzeża kół
kolejowych zestawów kołowych
Sprawdzanie zarysu tocznego
Szablon graniczny
Podstawowe dane geometryczne obręczy kół
kolejowych zestawów kołowych.
Opis: Ow – wysokość obrzeża, Og – grubość obrzeża, qr – stromość obrzeża,
O – grubość obręczy, b- szerokość obręczy, D – średnica toczna obręczy,
D1 – średnica wewnętrzna obręczy.
WEARING ANALYSIS OF TRAM WHEELS AND RAILS
Wheel A-B Profile Measurement
Gauge
Silesian University of
Technology
Faculty of Transport
Railway Engineering Department
Wear of rolling profile Tram type
105
black colors– New rolling profile
red colors– worn rolling profile
WEARING ANALYSIS OF TRAM WHEELS AND RAILS
New rolling
profile
Wore rolling
profile
Stairs` wear
Thin rim
Example of wear of rolling profile Tram
Silesian University of
Technology
Faculty of Transport
Railway Engineering Department
WEARING ANALYSIS OF TRAM WHEELS AND RAILS
Rail XY Profile Measurement
Gauge
Silesian University of
Technology
Faculty of Transport
Railway Engineering Department
WEARING ANALYSIS OF TRAM WHEELS AND RAILS
Crack of rail
Wear of
groove
Example of wear rail profile
Silesian University of
Technology
Faculty of Transport
Railway Engineering Department
Crack of switch
blade
WEARING ANALYSIS OF TRAM WHEELS AND RAILS
Wear of rail profile
black colors– New rail
profile
red colors– worn rail profile
Silesian University of
Technology
Faculty of Transport
Railway Engineering Department
10
Ow
2
Pomiary zarysu - profilomierz
qr
Średnica toczna
Og
70
b - szerokość powierzchni tocznej
Wzorzec: 28UIC135.RYS
Przykład wymiarowania powierzchni tocznej
kolejowego zestawu kołowego
Pomiary zestawów kołowych
Pomiary należy wykonywać przewidzianymi do tego celu, sprawnymi i
zalegalizowanymi przyrządami pomiarowymi.
1) Podczas przeglądów okresowych pojazdów trakcyjnych w lokomotywowni
(zakładzie taboru) należy wykonać
następujące pomiary i obliczenia parametrów geometrycznych zestawów
kołowych:
a) grubość obręczy
b) grubość obrzeża
c) wysokość obrzeża
d) stromość obrzeża
e) wysokość nawisu materiału na krawędzi tocznej,
f) obliczyć sumę grubości dwóch obrzeży w zestawie
g) na każdym
szóstym (przeglądzie okresowym)
lokomotywy dokonać pomiarów odległości między wewnętrznymi
powierzchniami obręczy w zestawie kołowym
Pomiary zestawów kołowych
(wykonywane na lokomotywowni)
2) Jeśli wyniki pomiarów powyższych parametrów będą zbliżone do wartości
kresowych to następne pomiary należy wykonywać również między
przeglądami okresowymi, aby nie dopuścić do przekroczenia wartości
kresowych. Jeśli choć jeden z parametrów osiągnął wartość kresową, to
pojazd trakcyjny z takim zestawem kołowym nie może być dalej
eksploatowany.
3) Po przetoczeniu zarysu zewnętrznego obręczy, oprócz wymienionych
wyżej pomiarów, wykonawca operacji toczenia zobowiązany jest do
dokonania pomiarów:
a) średnic kół w okręgu tocznym
b) odległości między wewnętrznymi powierzchniami obręczy w zestawie
kołowym A
4) Po zamontowaniu przetoczonego zestawu kołowego w pojeździe
trakcyjnym należy obliczyć odległość między zarysami obrzeży obręczy
(przy ponownym pomiarze odległości między wewnętrznymi powierzchniami
obręczy ale pod obciążeniem i na wysokości główki szyny.
Pomiary po naprawie zestawu
1) Po przeobręczowaniu i przetoczeniu lub tylko przetoczeniu zarysu
zewnętrznego obręczy pomiarom podlegają następujące parametry:
a) grubość obręczy
b) szerokość obręczy
c) średnice kół w okręgach tocznych (dla doboru zestawów pod względem
dopuszczalnych różnic średnic kół między kołami w zestawie, w wózku i
między wózkami),
d) symetria kół względem pionowej osi zestawu
e) tolerancja zarysu powierzchni tocznej,
f) chropowatość powierzchni obrzeża i powierzchni tocznej,
g) bicie boczne powierzchni wewnętrznych obręczy w zestawie.
h) bicie promieniowe powierzchni tocznej (w płaszczyźnie okręgu tocznego),
l) odległość między wewnętrznymi powierzchniami obręczy
j) strzałka ugięcia osi (w zestawie nieobciążonym),
k) rezystancja zestawu kołowego (mierzona między dwiema obręczami nie
powinna przekraczać 0,01 Ohma),
Pomiary po naprawie zestawu
1) położenie rowka kontrolnego zużycia kresowego grubości obręczy)
obliczenie odległości między zarysami obrzeży obręczy
2) Podczas przeobręczowywania zestawów kołowych należy pomierzyć
dodatkowo:
a) średnice kół bosych,
b) rozstaw kół bosych.
c) szerokość wieńców kół bosych.
3. Parametry geometryczne zestawów kołowych w pojazdach trakcyjnych
wychodzących z napraw nie mogą być niższe od
wymiarów
naprawczych,
podanych
w
tabeli
1
(z uwzględnieniem uwagi nr 11), stanowiącej załącznik nr 1 do instrukcji. W
przypadku dokonania przeobręczowania zestawów kołowych parametry te
nie mogą być niższe od wymiarów konstrukcyjnych (w odniesieniu dc
obręczy).
4. Wymagania zawarte w ust. 2 odnoszą się również do
lokomotywowni i zakładów taboru dokonujących przeobręczowywania
zestawów kołowych.
Technologia wytwarzania
obręczy kół kolejowych
zestawów kołowych
Huta ”Bankowa”
Diagnostyka
PROCESU TECHNOLOGICZNEGO
KÓŁ KOLEJOWYCH
1.Przegląd i kontrola wsadu.
Czynności te obejmują:
- Sprawdzenie zgodności dostawy z
zamówieniem
- Cechowanie
- Sprawdzenie ilości
- Sprawdzenie stanu powierzchni
- Sprawdzenie wymiarów.
Badany jest każdy wlewek, pręt wg Karty Badań
Jakości Dostaw. Sprawdzenie następuje
wzrokowo z zastosowaniem przymiaru długości.
2. Cięcie wsadu.
Cięcie odbywa się na pile taśmowej typu HBP 530 Behringer. Maksymalna
średnica cięcia wynosi 530 mm.
3. Transport bloczka wsadowego.
Transport międzyoperacyjny przeprowadza się za pomocą wózków
widłowych, manipulatorów, suwnic oraz zawiesi specjalistycznych.
4. Obsadzanie pieca obrotowego.
Zgodnie z wytycznymi dla każdego gatunku stali stopowych odbywa
się nagrzewanie wsadu w piecu obrotowym. Czas wygrzewania to
około 1,5-2 min/mm przekroju.
Piec jest opalany gazem ziemnym. Wydajność 9Mg/h.
Temperatury przeróbki plastycznej dla poszczególnych gatunków stali.
Gatunek stali.
Temperatura przeróbki plastycznej °C
P54, P55A, P60, P70
1180-850
B1, B2, B3, B4, B5, B6
1180-850
20, 25, 30, 35, 40, 45, C22.8, C45
1100-850
50, 55, 60
1050-900
65, 50HF
1150-850
St3S, St4S, St5, St6, St7, St41K
1100-850
18G2A, St52-3, A105
1100-850
P265GH, 16Mo3
1100-850
S355JO, S355JR, S355K2G3, S355NL
1100-850
40H, 40 HM, 42CrMo4, 36HNM
1050-850
45HN, 45HNM
1150-850
25HM, St460TS
1050-850
16HG, 16HGM
1100-850
4
1050-850
38HMJ
1150-850
ŁH15SG, ŁH20M, 100Cr6
1150-820
20H2N4A
1180-850
5.Wyciąganie wsadu z pieca za pomocą wysadzarki.
6. Zbijanie zgorzeliny (komorowy zbijacz zgorzeliny).
Zbijanie zgorzeliny odbywa się przy pomocy wody pod
ciśnieniem 130 atm i zawieszonych łańcuchów.
7.Wsad umieszczony na prasie.
8.Spęczanie.
Spęczanie przygotowuje przedkuwkę do kolejnej operacji jaką jest
dziurowanie.
9.Dziurowanie na prasie.
Celem dziurowania jest otrzymanie przedkuwki o kształcie i parametrach
optymalnych dla procesu walcowania.
Spęczanie i dziurowanie na prasie obejmuje
następujące czynności:
1.Wprowadzenie danych i parametrów przedkuwki
i pracy prasy.
2. Kalibracja prasy.
3. Realizacja procesu spęczania i dziurowania wg
zadanych kroków programowych.
4. Przeniesienie przedkuwki na walcarkę za
pomocą manipulatora pośredniego.
10. Walcowanie na walcarce.
Walcarka promieniowo-osiowa czterowalcowa.
Walcowanie na walcarce obejmuje następujące czynność:
1. Wprowadzenie danych i kalibrowanie walcarki.
2. Walcowanie obręczy.
11. Walcowanie powierzchni bocznych obręczy.
12. Przygotowanie do znakowania.
13. Znakowanie.
Znakowanie obręczy wykonuje się na znakownicy hydraulicznej.
Obręcze przeznaczone na rynek krajowy znakuje się na głębokość 4.5 – 6 mm.
Pomiaru głębokości dokonuje się głębokościomierzem prostopadle do
powierzchni bocznej w kierunku średnicy.
14.Obróbka cieplna w piecach szybowych.
Piec szybowy opalany gazem ziemnym wyposażony w 24 lub 36 palników.
Obróbka cieplna obręczy obejmuje:
1. Normalizację.
2. Ulepszanie cieplne
a) hartowanie
b) odpuszczanie
3. Wyżarzanie odprężające.
Ciągła kontrola temperatury odbywa się za
pomocą termopar. Do nagrzewania
wykorzystuje się piece szybowe o różnych
średnicach (np.. 2800, 3100 mm itp..). Po
obróbce cieplnej wykonuje się pomiary
twardości i badania defektoskopowe.
15.Przygotowanie do transportu.
16. Hartowanie.
Wanna hartownicza o pojemności 80 m³.
17. Wyżarzanie.
18. Transport obręczy suwnicą do dołów chłodniczych.
19. Doły chłodnicze.
Chłodzenie wyrobu w temperaturze otoczenia.
20. Kontrola jakości obręczy.
Miejsce składowania.
Laboratorium
21. Badania defektoskopowe.
Wyposażenie automatycznego
stanowiska do kontroli obręczy:
- defektoskop ultradźwiękowy UMT – 40
sterowany komputerem
- pięć głowic o częstotliwości 2 – 4 MHz
- komputer przemysłowy IBM PC,
- program pomiarowy, program edycyjny,
program baz wyników
- zestaw obręczy wzorcowych.
22. Gotowe obręcze – pakowanie do wysyłki.
23. Składowanie gotowych wyrobów.
Błędy kształtu.
Dopuszcza się błędy kształtu w granicach odchyłek
wymiarowych.
Dla wymiarów nominalnych dopuszcza się:
- Mimośrodowość okręgu tocznego w stosunku do
wewnętrznego ≤ 2mm
- Wichrowatość ≤ 2mm;
- Stożkowatość wewnętrznej powierzchni ≤ 2mm
- Odchylenie powierzchni bocznej od płaszczyzny
prostopadłej do osi obręczy ≤ 2 mm
- Odchylenie na szerokości obręczy w miejscu
cechowania ≤ 5mm.
Wady powierzchniowe.
Dopuszcza się pęcherze, łuski, zawalcowania oraz inne
wady nie obniżające wartości użytkowej obręczy, tj.
takie, których głębokość nie przekracza 80% naddatku
na obróbkę skrawaniem. Wady te mogą być usunięte za
pomocą dłutowania lub szlifowania.