Ремонт электроподвижного состава

Железнодорожный транспорт является основной транспортной инфраструктуры, от которой в полной мере зависит выполнение поставленных задач по развитию экономики страны. Важная роль железных дорог подтверждается тем, что они выполняют почти 2/3 внутреннего грузооборота транспорта общего пользования и около 90% перевозок массовых грузов.

Подсчитано, что из-за неполного обеспечения потребностей предприятий страны в своевременных и регулярных перевозок сырья, топлива и готовой продукции и потери государства достигают примерно 12- 14 миллиардов рублей в год.

Научные исследования намечены программой в области создания новых материалов, в том числе композиционных колодок для подвижного состава; материалов, для особо тяжелых условий эксплуатации тяговой техники и элементов верхнего строения пути, в недалеком будущем предполагается получить новые виды топлива, энергоустановки, аккомуляторные, адиабатные двигатели, разработанные ресурсосберегающие технологии — сокращающие потребление электроэнергии.

Намечена научная разработка проблем скоростей пассажирских магистралей, создание для этого опытно — экспериментальных участков, а также подвижного состава, способного двигаться со скоростью 300 км.час.

Для надежной работы и устойчивой эксплуатации локомотивов в стране принято система технических обслуживаний и текущий ремонтов, целью которых являются, кроме того, поддержание ТПС в первоначальном состоянии.

На основании приказа № 3Р от 17.01.2005 г. установлена система плановопредупредительных ремонтов и осмотров.

Для поддержания электровозов в работоспособном состоянии, предусмотрен комплекс мероприятий, важнейшим из которых является ремонт.

Ремонт — это технические мероприятия восстанавливающие первоначальные характеристики технического устройства, утраченные вследствие износа или нештатных ситуаций.

Под нештатной ситуацией следует понимать отклонение от требуемой по эксплуатации, которые приводят к значительному увеличению износа и неработоспособности технического устройства. Так, несвоевременная замена масла в месте контакта трущихся поверхностей увеличивает износ вплоть до разрушения. Внешнее механическое воздействие, например, вследствие аварии, может привести к разрушению отдельных элементов технической системы, без которых она просто неработоспособна. По этим причинам ремонт может быть плановым, то есть предусмотренным техническими требованиями по эксплуатации, и неплановым или аварийным из-за нештатных ситуаций.

Железнодорожный подвижной состав представляет собой сложную многоэлементную техническую систему, в которой отдельные элементы, в свою очередь, объединены в многочисленные узлы и агрегаты. Износ такой системы в многочисленные узлы и агрегаты. Износ такой системы характеризуется суммарным наложением всех единичных износов отдельных элементов, составляющих узел или агрегат. Такие суммарные износы, имеющие различные продолжительности нормальной эксплуатации, определяют ресурс работы каждого отдельного узла или агрегата по минимальной продолжительности входящих элементов.

Оценка экономической целесообразности ремонта заключается в соотношении суммарной остаточной потребительной стоимости отдельных элементов всей системы с затратами на восстановление требуемых потребительских свойств технической системы.

При оценке экономической целесообразности необходимо учитывать изменение требований, происходящее в период эксплуатации к потребительским свойствам исследуемой технической системы. Изменения определяются уровнем потребления и темпами научно-технического прогресса.

Допустим, что ремонт восстанавливаемой технической системы требует меньших затрат по сравнению с изготовлением новой. Но при этом ее потребительские свойства не отвечают современным достижениям научно-технического прогресса и достигнутому уровню потребления. Поэтому целесообразно при более высоких затратах выпускать новый тип технической системы, отвечающей уровню развития техники и потребления. Реализация новых потребительских свойств, предлагаемых научно-техническим прогрессом, в полной мере зависит от достигнутого уровня экономического развития отрасли и страны.

Исследования показывают, что отсутствие достаточных темпов роста экономики, даже при наличии различных видов спроса на обновление (технический, социальный спрос и др.), как правило, не подкрепляется достаточным уровнем платежеспособного спроса. Это обстоятельство становится определяющим при оценках экономической целесообразности ремонта или обновления. В период экономических затруднений, даже при наличии спроса на результаты научно-технического прогресса, целесообразней ремонтировать.

Таким образом, чтобы ответить на вопрос, что лучше — ремонтировать или строить новое, нужно последовательно рассмотреть все перечисленные условия и принимать решение по совокупности положительных результатов.

В оценках экономической эффективности использования однородных технических систем учитывается стоимость единицы периода жизненного цикла. В стоимость жизненного цикла весомой составляющей являются затраты на ремонт и техническое обслуживание в период всего срока эксплуатации. Стоимость единицы периода жизненного цикла определяется отношением всех совокупных затрат на изготовление и поддержание полезности технической системы в течении всего срока эксплуатации на период жизненного цикла. Жизненный цикл технической системы — это период от изготовления и начала эксплуатации до полного износа элементов, определяющих работоспособность технической системы.

На локомотивах и вагонах сосредоточены узлы и агрегаты, имеющие различные конструкционные исполнения и большой разброс по техническому ресурсу. Поэтому для обеспечения их работоспособности необходимо систематически проводить мероприятия по восстановлению ресурса.

Эти мероприятия проводятся как на этапе эксплуатации в виде технического обслуживания (ТО) или текущего ремонта (ТР), так и при проведении средних и капитальных ремонтов (СР, КР).

Имеются три основных системных подхода при определении необходимости проведения технических мероприятий по восстановлению ресурса. Все три системы применяются в различных сочетаниях на всех стадиях ТО, ТР и КР.

Ремонт по отказу предусматривает восстановление только в случае перехода технической системы или ее элемента из работоспособного состояния в неработоспособное. Ремонт или замена назначаются при повреждении или выходе из строя узла, т. е. тогда, когда он стал неработоспособным. Это, как правило, применяется к узлам и элементам, состояние которых оценивается визуально или с помощью простых линейных измерений, а ремонт выполняется только в случае повреждений (например, опоры дизелей, лобовые и боковые стекла, внутренняя внешняя обшивка кузова, крыши, водоотвода, двери, лестницы, конструкционные элементы кузова, фундаменты силовых агрегатов, воздуховоды, трубопроводы и т. д.).

Преимущества такой системы ремонта заключается в оптимизации затрат. Он осуществляет только в случаен надобности, а также при отсутствии необходимости в специальном оборудовании для дефектовки и измерений. Такая система не требует обязательной разработки и дефектовки узлов, находящихся в работоспособном состоянии на текущий ремонт.

Однако данная система имеет существенный недостаток. Она не обеспечивает высокую надежность и не дает гарантию безаварийной работы. Такую систему целесообразно применять там, где заложена высокая конструктивная надежность и гарантия безаварийной работы, а выход из строя не повлечет за собой катастрофических последствий для всей технической системы.

Планово-предупредительная система заключается в том, что ремонт выполняют в строго регламентированном порядке в зависимости от календарного срока службы, моточасов или линейного пробега. В данном случае обязательна разборка всех элементов независимо от их работоспособности с регламентированной заменой или восстановлением отдельных, наиболее ответственных деталей, узлов и агрегатов.

По этой системе ремонтируются узлы и агрегаты, связанные с обеспечением безопасности движения. Она применяется также, если выход из строя в эксплуатации повлечет значительные повреждения остальных элементов технической системы, что потребует значительных затрат на восстановительный ремонт. Планово-предупредительного подхода к ремонту требуют, например, подшипники качания ходовых частей; ответственные детали дизеля и силовых агрегатов; пары трения дизеля; поршни, цилиндровые гильзы и кольца, подшипники коленчатого вала; изоляция якорной обмотки электрических машин; электропроводка цепей управления; силовые кабели; автотормоза; автосцепное устройство; АЛСН и т. д.

Преимущества системы заключаются в возможности гарантировать ресурс и безопасную эксплуатацию наиболее ответственных элементов технической системы. Основной недостаток — высокий уровень затрат на регламентированный объем работ, необходимость полной разборки и принудительной заменой деталей независимо от их работоспособности. Применение такой дорогостоящей системы целесообразно для обеспечения высокого уровня безопасности на строго определенный период эксплуатации.

Ремонт по техническому состоянию предполагает определение объемов восстановления на основе данных технической диагностики, проводимой с установленной периодичностью. По результатам диагностики принимают решения об исправном и неисправном состоянии, определяют остаточный ресурс работоспособности, обеспечивающей должную надежность и безопасность в эксплуатации. Если остаточный ресурс не удовлетворяет требованиям надежности и безопасности, то принимают решение о замене или ремонте, но только в строго требуемых объемах.

Такая система обслуживания охватывает узлы и агрегаты, конструкция которых, а также возможности технических средств неразрушающего контроля позволяют обеспечить ресурс до следующего регламентирующего диагностирования или ремонта. К ней можно отнести электрические аппараты, коллекторы электрических машин, остовы тяговых электродвигателей и т. д.

Преимущества данной системы состоят в адресности ремонта. Он выполняется только тогда, когда необходим по техническому заключению. Это позволяет существенно снизить затраты на поддержание работоспособности, т. е. на техническое обслуживание и ремонт. Система обеспечивает возможность прогнозирования ресурса без разработки узлов и агрегатов, гарантированную надежность при повторном использовании деталей с узлов и агрегатов, выработавших ресурс по другим элементам.

Широкому распространению и внедрению системы ремонта по техническому состоянию препятствует отсутствие необходимой базы данных, средств контроля и диагностики с высокой достоверностью технических прогнозов. Уже сложившиеся конструктивные особенности подвижного состава, которые базируются на устаревших технических решениях, также препятствуют широкому применению данной системы ремонта.

Такая система отличается высокой капитальностью. Необходимы новые технические решения при изготовлении подвижного состава, которые обеспечат ее применение. Надо создавать такие конструкции подвижного состава, которые обеспечивают применение надежных способов диагностики и ее доступ к ответственным узлам.

Эта система требует значительных капиталовложений на разработку способов диагностики, создание, изготовление и приобретение соответствующих технических средств. Также необходимо специальное оборудование рабочих мест и ремонтных цехов, разработка и внедрение системы определения объемов ремонтных работ. Важно также создать банк данных о техническом состоянии практически всех ответственных узлов и деталей подвижного состава для соответствующей корректировки оценок в целях повышения надежности и безопасности движения.

Существующие на железнодорожном транспорте способы поддержания подвижного состава в исправном состоянии используют все рассмотренные системы ремонта. Для повышения эффективности работы ведется постоянный поиск оптимального сочетания этих систем ремонта. Решающие факторы при выборе конкретных объемов работ по каждой сист — обеспечение требуемой надежности, безопасности движения, уменьшение расходов на ремонт, окупаемость капиталовложений.

Ввиду неоднородности износа в эксплуатации узлов и агрегатов подвижного состава и достаточно высокой величины остаточной потребительной стоимости ее работоспособной части становится очевидной целесообразность восстановления ресурса за счет капитального ремонта.

Многолетний опыт показывает, что в среднем ресурс тягового подвижного состава до капитального ремонта первого объема (КР-1) составляет 3 — 4года, второго объема (КР-2) 5 — 6 лет. Разброс по пробегу в зависимости от интенсивности эксплуатации, качества текущего ремонта и обслуживания составляет от 60 — 80 — 2000 тыс.км.

У различных типов и серий тягового подвижного состава срок службы установлен в пределах 20 — 30 лет. За это время выполняется 4 — 8 капитальных ремонтов, из них КР-1 от двух до шести раз и КР-2 от двух до трех раз.

Требуемый уровень обновления инвентарного парка подвижного состава определяется на основании соотношений между стоимостью изготовления и нормами амортизационных отчислений. Нормальное развитие экономики транспорта и повышение уровня технического состояния подвижного состава требуют увеличения норм амортизационных отчислений и доли нового подвижного состава в эксплуатационном парке.

Почти прекратившиеся в период с 1990 по 2002 гг. поставки на железные дороги нового подвижного состава привели к увеличению темпов старения эксплуатируемого парка. Ограниченность финансовых возможностей железных дорог и недостаток мощностей отечественного локомотиво-вагоностроения не позволяют обеспечить опережение темпов обновления подвижного состава над темпами его выбытия по сроку. Ситуация может стать критической, когда все имеющиеся излишки инвентарного парка подвижного состава будут исчерпаны за счет естественного выбытия и вовлечения в эксплуатацию при росте объемов перевозок.

В такой ситуации становится актуальным продление срока службы подвижного состава проведением специального вида ремонта (капитального ремонта с продлением срока службы — КРП), увеличивающего общий ресурс работоспособности. Одновременно улучшение тяговых и эксплуатационных характеристик при этом повышает экономическую целесообразность таких видов ремонта в сложившихся экономических и технических условиях.

1. Периодичность, сроки ремонта и осмотр технического состояния локомотива

Система технического обслуживания и ремонта локомотивов ОАО «РЖД» предусматривает следующие виды планового технического обслуживания и ремонта:

· техническое обслуживание ТО-1;

· техническое обслуживание ТО-2;

· техническое обслуживание ТО-3;

· техническое обслуживание ТО-4;

· техническое обслуживание ТО-5а;

· техническое обслуживание ТО-5б;

· техническое обслуживание ТО-5в;

· техническое обслуживание ТО-5г;

· текущий ремонт ТР-1;

· текущий ремонт ТР- 2;

· текущий ремонт ТР -3;

· средний ремонт СР;

· капитальный ремонт КР.

Техническое облуживание — комплекс операций по поддержанию работоспособности и исправности локомотива.

Техническое облуживание ТО-1, ТО-2 и ТО-3 является периодическим и предназначено для контроля технического состояния узлов и систем локомотива в целях предупреждения отказов в эксплуатации. Постановка локомотивов на техническое обслуживание ТО-4, ТО-5а, ТО-5б, ТО-5 В, ТО-5г планируется по необходимости.

При производстве технического обслуживания ТО-1, а также при производстве технического обслуживания ТО-2 (в пределах установленных норм продолжительности) локомотивы учитываются в эксплуатируемом парке. Локомотивы, поставленные на остальные виды технического обслуживания и на ремонт, исключая из эксплуатируемого парка и учитываются как неисправные.

Техническое обслуживание ТО-1 выполняется локомотивной бригадой при приемке-сдаче и экипировке локомотива, при остановках на железнодорожных станциях. Техническое обслуживание ТО-2 выполняется, как правило, работниками пунктов технического обслуживания локомотивов (ПТОЛ). Основные требования к организации и проведению технического обслуживания ТО-1 и ТО-2 локомотивов установлены Инструкцией по техническому обслуживанию электровозов и тепловозов в эксплуатации, утвержденной МПС России 27 сентября 1999 г. № ЦТ-685.

Техническое обслуживание ТО-3 выполняется, как правило, в локомотивном депо приписки локомотива.

Техническое обслуживание ТО-4 выполняется с целью поддержания профиля бандажей колесных пар в пределах, установленных Инструкцией по формированию, ремонту и содержанию колесных пар тягового подвижного состава железных дорого колеи 1520 мм, утвержденной МПС России 14 июня 1995 г. №ЦТ-329. При техническом обслуживании ТО-4 выполняется обточка бандажей колесных пар без выкатки из-под локомотива. На техническое обслуживание ТО-4 локомотив зачисляется в случае, если не производится иных операций по техническому обслуживанию и ремонту локомотива, кроме обточки бандажей колесных пар.

Если обточка бандажей колесных пар совмещается с операциями по техническому обслуживанию ТО-3, текущему ремонту ТР-1 или ТР-2, локомотив на техническое обслуживание ТО-4 не зачисляется, а учитывается как находящийся на техническом обслуживании ТО-3 (текущем ремонте ТР-1, ТР-2) с обточкой.

Техническое обслуживание ТО-5а проводится с целью подготовки локомотива к постановке в запас или резерв железной дороги. Техническое обслуживание ТО-5б проводится с целью подготовки локомотива к отправке в недействующем состоянии. Техническое обслуживание ТО-5 В проводится с целью подготовки к эксплуатации локомотива, прибывшего в недействующем состоянии, после постройки, после ремонта вне локомотивного депо приписки или после передислокации. Техническое обслуживание ТО-5г проводится с целью подготовки локомотива к эксплуатации после содержания в запасе (резерв железной дороги).

Ремонт — комплекс операций по восстановлению исправности, работоспособности и ресурса локомотива.

Текущий ремонт локомотива — ремонт, выполняемый для обеспечения или восстановления работоспособности локомотива и состоящий в замене и восстановлении отдельных узлов и систем.

Текущий ремонт ТР-1 выполняется, как правило, в локомотивном депо приписки локомотивов. Текущий ремонт ТР-2 выполняется, как правило, в специализированных локомотивных депо железных дорог приписки локомотивов. Текущий ремонт ТР-3 выполняется в специализированных локомотивных депо железных дорого (базовых локомотивных депо).

Средний ремонт локомотива (СР) — ремонт, выполняемый для восстановления исправности и частичного восстановления ресурса локомотива.

Средний ремонт локомотивов выполняется в базовых локомотивных депо, на локомотивных заводах ОАО «РЖД» или в сторонних организациях, осуществляемых ремонт локомотивов.

Капитальный ремонт локомотива (КР) — ремонт, выполняемый для восстановления эксплуатационных характеристик, исправности локомотива и его ресурса, близкого к полному. Капитальный ремонт локомотивов выполняется на локомотиворемонтных заводах ОАО «РЖД» или в сторонних организациях, осуществляющих ремонт локомотивов.

Объемы и порядок выполнения обязательных работ при плановом техническом обслуживании и ремонте, браковочные признаки и допускаемые методы восстановления деталей и сборочных единиц определяются действующей эксплутационной и ремонтной документацией, согласованной и утвержденной в установленном порядке.

Электровозы магистральные грузовые

Периодичность технического обслуживания ТО-2 исчисляется временем нахождения локомотива в эксплуатируемом парке.

Периодичность технического обслуживания ТО-3 и планового ремонта для локомотивов, указанных в таблице, исчисляется временем нахождения локомотива в эксплуатируемом парке. Периодичность капитального ремонта для локомотивов, указанных в таблице, исчисляется полным календарным временем от постройки или предыдущего ремонта, при котором заменяется электрическая проводка и изоляция электрических машин.

Дифференцированные нормы периодичности ремонта для отдельных локомотивных депо или групп локомотивов с учетом местных условий (профиля, протяженности участка обращения, среднесуточного пробега локомотивов и др.) устанавливаются с отклонением не более 20% от средних для ОАО «РЖД» норм.

Текущий ремонт ТР-1 магистральных локомотивов, использующих в грузовом и пассажирском движении, необходимо производить не реже одного раза в шесть месяцев (если техническое обслуживание ТО-3 не производится — не реже одного раза в три месяца), текущий ремонт ТР-2 — не реже одного раза в два года, текущий ремонт ТР-3 — не реже одного раза в четыре года, средний ремонт — не реже одного раза в 8 лет, капитальный ремонт — не реже одного раза в 16 лет.

Локомотивы, на которые распространяются гарантийные обязательства изготовителя после постройки или капительного ремонта (модернизации) с продлением срока службы, должны проходить техническое обслуживание и ремонт в соответствии с эксплуатационной документацией, сопровождающей конкретный локомотив.

Независимо от периодичности технического обслуживания и ремонта параметры бандажей колесных пар должны измеряться не реже одного раза в 30 суток.

Техническое обслуживание и ремонт магистральных локомотивов, использующих в грузовом и пассажирском движении со среднесуточным пробегом менее 300 км, допускается производить в соответствии с нормами периодичности, указанными в таблице для магистральных локомотивов, использующихся на маневровой работе, в хозяйственном, вывозном и передаточном движении.

Средние для ОАО «РЖД» нормы продолжительности технического обслуживания ТО-3 и планового ремонта локомотивов в условиях локомотивных депо приведены в таблице.

Среднее для ОАО «РЖД» нормы продолжительности технического обслуживания и ремонта электровозов

Средняя для ОАО «РЖД» норма продолжительности технического обслуживания ТО-4 для станков А-41 составляет 1,2ч на каждую обтачиваемую колесную пару, для станков типа КЖ-20 — 2,0ч на каждую колесную пару. Для станков других типов норма продолжительности технического обслуживания ТО-4 устанавливается в соответствии с документацией на станок.

Если с техническим обслуживанием ТО-3, текущем ремонте ТР-1 или ТР-2 совмещается обточка бандажей колесных пар, необходимо норму продолжительности технического обслуживания (текущего ремонта), увеличить с учетом нормы продолжительности технического обслуживания ТО-4.

При проведении вибродиагностики подшипников качения колесно-моторных блоков норма продолжительности технического обслуживания или ремонта увеличивается до 0,5ч на каждый колесно-моторный блок. При проведении операций по диагностике других узлов норма продолжительности технического обслуживания или ремонта локомотивов увеличивается в соответствии с документацией на применяемое диагностическое оборудование.

2. Основные элементы узла, их назначение, работа

Колесная пара направляет электровоз по рельсовому пути, реализует развиваемую электровозом силу тяги и тормозную силу (при торможении), воспринимает статические и динамические нагрузки, возникающие между рельсами и колесами, и преобразовывает вращающий момент тягового двигателя в поступательное движение электровоза. Технические данные колесной пары следующие:

Диаметр колеса по кругу катания, мм 1250

Расстояние между внутренними торцами бандажей, мм 1440

Ширина бандажа, мм 140

Толщина нового бандажа по кругу катания, мм 90

Колесная пара (рис.1) состоит из оси 5, колесных центров 4, бандажей 2, бандажных колец 1, зубчатых колес 3.

Рис. 1. Колесная пара Ось колесной пары унифицированной механической части кованная из специальной осевой стали марки ОсЛ. Степень укова или обжатия металла от слитка при изготовлении составляет не менее 3-х. После формообразования черновые оси подвергают нормализации с отдельного нагрева или нормализации с отпуском. Все термические операции осуществляются при автоматическом регулировании и регистрации фактически выполненных режимов.

После термической обработки и правки, черновую ось подвергают механической обработке на токарном станке, где формирую ось в соответствии с чертежами. Ось обтачивается, как правило, в два этапа — черновой и чистовой. После чистовой обработки должны быть соблюдены все геометрические размеры оси, а поверхности должны иметь шероховатость согласно нормативно-технической документации.

После механической обработке на токарном станке (черновой или чистовой) каждая ось подвергается ультразвуковому контролю на отсутствие в оси флокен, ярко выраженных ликвации, расслоений, трещин, плен, заковок, рванин, инородных металлических и неметаллических включений, а также других дефектов литья, ковки и механической обработки. Кроме того, не допускается полное непрозвучивание оси ультразвуком. Непрозвучиваемые оси подвергают термической обработке и повторной проверке.

После ковки и обработки на токарном станке буксовые, предподступичные, подступичные, моторно-осевые шейки, среднюю часть оси и галтели подвергают специальной обработке — упрочняющей накатке роликом с усилием 30−40 кН, при этом предел выносливости стали, увеличивается примерно в 1,5 — 2 раза. После накатки шейки шлифуют. Для исключения задиров накатываемые поверхности предварительно смазывают маслом индустриальным И-40А.

Ось изготавливается в соответствии с ГОСТами и чертежами. Все длины измеряются мерительным инструментом с ценой деления — 0,1 мм. Диаметр подступичной части измеряется с точностью — 0,01 мм. Диаметры шеек и предподступичной части измеряется с точностью — 0,002 мм (т.к. в буксовом узле применены подшипники качения).

Ось соединяет движущие колеса в единую конструкцию — колесную пару. Прессовая посадка позволяет удерживать колеса на определенном расстоянии друг от друга. Через ось передаются все нагрузки, возникающие как в кузове, так и при движении колес по рельсам, поэтому она должна обладать значительными механическими свойствами.

Все части оси работают со знакопеременными нагрузками (при приложении сил к осиверхние слои металла растягиваются, а нижние сжимаются; потом ось поворачивается, и слои меняются местами — верхние становятся нижними, а нижние верхними).

Рис. 2. Основные элементы оси и их назначение.

железнодорожный транспорт ремонт локомотив Ось колесной пары имеет несколько отдельных элементов, имеющих свое название. Название отдельных элементов зависит от функции, которую этот элемент выполняет. Каждый элемент имеет свой размер, который зависит от технологии изготовления, сборки, условий эксплуатации и ремонта.

Самый большой диаметр на оси предназначен для крепления ступицы колесного центра. Данная часть оси называется — ПОДСТУПИЧНАЯ (1).

Часть оси, предназначенная для расположения буксового узла, называется — ШЕЙКОЙ (2). Между шейкой оси и подступичной частью располагается ПРЕДПОДСТУПИЧНАЯ часть оси (3). Данная часть имеет двойное назначение — во-первых, предподступичная часть необходима для уменьшения напряжений в оси при изменении диаметра от шейки к подступичной части. Во-вторых, на предподступичной части крепится лабиринтное кольцо буксового узла.

Одним из элементов крепление буксового узла на шейке оси является корончатая гайка. Корончатая гайка наворачивается на специальную резьбовую часть оси (4)

На электровозах с унифицированной механической частью применяется опорно-осевое подвешивание тягового двигателя. Опорно-осевое подвешивание тягового двигателя заключается в том, что тяговый двигатель имеет две точки опоры. С одной стороны двигатель опирается на раму тележки, а с другой стороны двигатель опирается на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники (МОП), обеспечивающие смазку трущихся поверхностей.

Часть оси, на которую опирается тяговый двигатель, называется ШЕЙКОЙ под моторно-осевые подшипники (5).

Между шейками под моторно-осевые подшипники располагается средняя часть оси (6). Ось колесной пары имеет несколько элементов разного диаметра. Как известно из сопротивления материалов наиболее вероятные места возникновения опасных напряжений находятся там, где резко изменяется диаметр детали. Для того, чтобы уменьшить вероятность возникновения таких напряжений, переход от одного диаметра к другому осуществляется плавным.

Места перехода называются — ГАЛТЕЛЯМИ (7).

Кроме основных элементов разного диаметра на оси имеется ряд элементов расположенных на торце. Наличие этих элементов обусловлено конструкцией крепления буксового узла локомотива на оси колесной пары.

Буксовый узел крепится на шейке оси колесной пары с помощью корончатой гайки, накручиваемой на резьбовую часть оси 4.

В целях обеспечения безопасности движения корончатая гайка фиксируется стопорной планкой, которая укладывается в паз на торце оси (8).

Стопорная планка фиксируется с помощью двух болтов, которые вкручиваются в торец оси (9).

На торце оси имеется центровое технологическое отверстие (10).

В связи с тем, что от состояния колесной пары зависит безопасность движения, каждая колесная пара подлежит клеймению. По клеймению можно установить принадлежность колесной пары, дату и место изготовления, а также те виды крупного ремонта, которые ей проводились. Такие клейма наносятся на торце оси (11).

Галтели.

При сопряжении частей оси с разными диаметрами для уменьшения концентрации напряжений выполняют плавные переходы (галтели) с достаточно большими радиусам. Ось электровозов ВЛ80С, ВЛ80Р, ВЛ85, ВЛ10У, ВЛП, ВЛ15 отличается от оси ранее выпускаемых электровозов ВЛ60, ВЛ80, ВЛ10 геометрией перехода от подступичной части к шейкам под моторно-осевой подшипник.

Диаметр средней части оси при таком переходе уменьшают до 199 мм, а радиус галтели увеличивают до 45 мм. В таком состоянии галтель перехода доступна для упрочнения накаткой роликом.

Применение упрочняющей накатки по всей длине оси обеспечивает рост сопротивления усталости и дает возможность устанавливать ось в колесные пары электровозов с нагрузкой от колесной пары на рельс до 245 кН (24,5 т).

В дальнейшем при очередных плановых ремонтах шейки моторно-осевых подшипников оси могут протачиваться под очередной ремонтный размер и упрочняться накаткой роликами без расформирования колесной пары. В эксплуатации ось с переходом, упрочненным накаткой, устанавливают на любой грузовой магистральный электровоз. Ранее выпускаемая ось колесной пары, выполненная без проточки радиусом 45 мм и соответственно без упрочняющей накатки, может применяться только на электровозах с нагрузкой от колесной пары на рельсы 225 кН (ВЛ60, ВЛ10, ВЛ80К).

Геометрические параметры оси.

Длина оси, мм. 2520

Диаметр, мм.:

средняя часть 200 (199)

шейка под МОП 205

подступичная часть 235

предподступичная часть 210

шейка под буксовый узел (БУ) 180

Резьба Ml 70×3 Радиусы галтелей, мм.:

шейка БУ — предподступичная 40

предподступичная — подступичная 40

подступичная — шейка под МОП- 40 (45)

шейка под МОП — средняя часть 100

Масса оси, кг. 670.

Колесные центры коробчатого сечения отлиты из стали 25Л1П. Каждый колесный центр подвергнут статической балансировке путем приварки накладок.

Колесный центр — это часть колесной пары, на котором крепят бандаж и зубчатое колесо. На колесный центр действуют силы от посадки бандажа, зубчатого колеса и запрессовки оси колесной пары; он также передает вертикальные и горизонтальные силы продольные и поперечные силы, действующие между бандажом, осью и зубчатым колесом колесной пары.

Отливают из стали 25Л-1П или 20Л-Ш. Для снятия внутренних напряжений и получения однородной и мелкозернистой структуры колесные центры подвергают отжигу. После термической обработки механические характеристики стали должны быть не менее указанных:

Сталь 20Л-Ш 25Л-1П Предел текучести, МПа 245 265

Временное сопротивление разрыву, МПа 440 470

Относительное удлинение, % 22 20

Относительное сужение, % 32 30

Ударная вязкость при температуре 20С, Дж/см2 49,0 49,0

Колесные центры подвергают статической балансировке; при этом небаланс не должен превышать 280 грамм на плече 435 мм от оси вращения центра. Колесный центр должен соответствовать требованиям ГОСТ. Масса центра 366 кг.

Колесный центр унифицированной колесной пары двухдисковый. Основное преимущество двухдискового колесного центра перед спицевыми является меньшая масса при равной прочности.

Для повышения прочности и жесткости колесного центра диски соединены простенками, играющими роль спиц.

В ступице имеется канал для подачи масла под давлением для уменьшения усилия распрессовки.

Бандажное кольцо.

Бандажное кольцо предназначено для закрепления бандажа на колесном центре. Бандажное кольцо изготавливается из проката по ГОСТ. Предварительно кольцо сгибается из стального профиля на специальном станке из цельного или составного куска, состоящего не более чем из четырех частей, сваренных на контактной машине, газовой или электросваркой с зачисткой швов заподлицо. Запрещается сваривать встык бандажное кольцо, заведенное в паз или приваривать его к бандажу. В поперечном сечении бандажное кольцо представляет собой профиль V образного сечения, в котором наружная часть по ширине больше чем внутренняя.

Бандаж 2 изготовлен из специальной стали (ГОСТ 398−81). Размеры его выполнены в соответствии с ГОСТ 3225–80, профиль бандажа ГОСТ 11 018–87. Правильность профиля проверяют специальным шаблоном. Бандаж посажен на обод колесного центра в горячем состоянии при температуре 250−320 С. Для предупреждения сползания с колесного центра бандаж застопорен кольцом 1 из стали специального профиля (ГОСТ 5267.10−78).

На бандаж действуют нагрузки от вертикальных и горизонтальных сил взаимодействия колес и рельсов. Напряжения, связанные с действием этих сил в зоне контакта колеса и рельса бывают достаточно большими. При прохождении неровностей пути эти силы часто имеют ударный характер. В процессе эксплуатации происходит проскальзывание колес относительно рельсов.

Материал бандажа должен обладать высокой прочностью при растяжении и сжатии, быть достаточно износостойким и вязким, чтобы сопротивляться ударным нагрузкам. Бандажи изготавливают из спокойной стали выплавленной в мартеновской, электрической печах или конверторным способом. Для грузовых локомотивов бандажи изготавливают из марти стали Ст2.

Изготовление бандажа.

Технологический процесс изготовления бандажной заготовке состоит из следующих основных операций: нагрева заготовки, обжатия и прошития отверстия на прессе, термообработке и испытания металла. Нагрев подготовленных по весу заготовок осуществляют в специальных печах до температуры 1220 — 1250оС. Нагретую заготовку подают на гидравлический пресс для предварительного обжатия усилием до 3000 тс, которое должно быть на 20 мм больше высоты профиля. Затем при помощи пуансонов прошивают отверстие по центру заготовки, при этом температура должна быть не менее 1160 ^оС.

Предварительно обжатую и прошитую заготовку подают на стан для раскатки в горизонтальном положении по диаметру за счет ширины и толщины. При этом толщина бандажа должна быть на 20 — 30 мм больше чистового профиля. Этот припуск металла в процессе раскатки контролируют по калибру. Затем проводят окончательную раскатку профиля бандажной заготовки. При этом температура в конце раскатки должна быть не менее 850оС, которую контролирует самопишущий прибор.

Обеспечение одновременно высокой твердости и вязкости достигается введение легирующих добавок в металл и специальной термической обработке: закалке с отдельного нагрева и отпуск. Термическую обработку производят в шахтных печах нагревом до температуры 820 — 850оС с последующей закалкой в подогретой воде до температуры 40−50 С в течении 140 -180 с, после чего производят отпуск в специальных печах.

В бандажах не допускаются флокены, трещины, расслоения и завернувшиеся корочки. Газовые пузыри, рыхлость, пористость и неметаллические макровключения допускаются в пределах макроструктур, установленной технической документацией. На поверхности бандажа не допускаются прокатные плены, закаты, трещины, раскатанные загрязнения, вдавленная окалина. Данные дефекты удаляются по всему периметру вырубкой или обточкой на станке на глубину, не превышающую 75% припуска на механическую обработку. Если на бандаже имеется неплоскостность, то удаление ее производится перед термической обработкой.

После изготовления заготовок и комплектования партии их подвергают испытанию. Для этого отбирают одну заготовку. Заготовку подвергают химическому анализу, испытанию на удар (копровые испытания), контроль макроструктуры, проводят испытания образцов на растяжение, ударную вязкость, твердость (если испытания образцов неудовлетворительны, то проводят повторно термическую обработку всей партии). При положительных результатах испытаний все бандажи партии подвергают клеймению на наружной грани.

Назначение бандажа Профиль вновь изготовленного бандажа определяется ГОСТом. Средняя часть поверхности катания имеет коничность, что способствует центрированию колесной пары в рельсовой колее и обеспечивает прохождение кривых. Внешняя часть поверхности катания имеет большую коничность и фаску, которые обеспечивают облегченное прохождение стрелочных переводов.

Гребень, угол наклона которого к горизонтали составляет 70 градусов, ограничивает поперечные перемещения колесной пары относительно рельсовой колеи. Параметры стали 2 Бандаж унифицированной колесной пары изготавливается из стали 2 с параметрами:

временные сопротивления разрыву, МПа 950−1130

относительное удлинение, %, не менее 10,0

относительное сужение, %, не менее 14,0

твердость НВ, не менее 269

ударная вязкость, МДж/м2 при 20оС, не менее 0,25

Конструкция бандажа Бандаж является элементом, который непосредственно контактирует с рельсами. От состояния бандажа зависит качество движения локомотива в рельсовой колее. Для описания неисправностей бандажа и мест где они возникают, применяются определенные названия и термины, которые позволяют однозначно определять, к чему относится то или иное высказывание.

Данные термины можно разделить на три группы:

Первая группа — термины, определяющие название элементов бандажа;

Вторая группа-термины, определяющие название поверхностей бандажа;

Третья группа — термины, определяющие название геометрических размеров отдельных элементов бандажа.

Элементы бандажа К первой группе относятся названия отдельных элементов бандажа, из которых формируется основная форма бандажа. К формирующим форму элементам бандажа относятся:

ГРЕБЕНЬ — предназначенный для удержания колесной пары в рельсовой колееУПОРНЫЙ БУРТ — предотвращающий сползание бандажа при ослаблении его крепления на колесном центре ПАЗ под бандажное кольцо — предназначенный для установки бандажного кольца.

ОБЖИМНОЙ БУРТ — предназначенный для фиксации бандажного кольца в пазу после завальцовки его при сборке колесной пары.

Ко второй группе относятся термины, определяющие название отдельных поверхностей и линий на бандаже.

Вертикальная поверхность расположенная снаружи колесной пары — называется НАРУЖНЯЯ ГРАНЬ бандажа;

Вертикальная поверхность параллельная наружной грани и расположенная внутри колесной пары называется — ВНУТРЕННЯЯ ГРАНЬ бандажа;

Поверхность, по которой осуществляется контакт колеса с рельсом, называетсяПОВЕРХНОСТЬ КАТАНИЯ;

Для лучшего вписывания в стрелочные переводы и для предотвращения преждевременного выдавливания металла с поверхности катания за наружную грань бандажа на бандаже делается ФАСКА;

Поверхность, по которой осуществляется закрепление бандажа на колесном центре, называется — ПОСАДОЧНОЙ, довольно часто встречается термин — внутренняя поверхность.

В связи с тем, что профиль поверхности катания не имеет четкой плоской горизонтальной поверхности, а многие геометрические размеры весьма сложно контролировать, не имея четкой горизонтали, введено понятие — КРУГ КАТАНИЯ. Это окружность, которая проходит по поверхности катания и располагается на расстоянии 70 мм от внутренней грани бандажа. Геометрические параметры бандажа В третьей группе термины, определяющие геометрические размеры бандажа и отдельных элементов.

Расстояние от наружной грани бандажа до внутренней грани — определяет ШИРИНУ БАНДАЖА. Для нового бандажа ширина составляет 140 мм. Отклонение по ширине одного бандажа допускается не более 3 мм (рис.8)

Расстояние от поверхности катания до посадочной поверхности, измеренное по кругу катания определяет ТОЛЩИНУ БАНДАЖА. Толщина нового бандажа составляет 90 мм. Минимально допустимая толщина бандажа в эксплуатации не должна быть менее 45 мм. Что составляет половину начальной толщины. Допускается по особому распоряжению начальника дороги минимальная толщина бандажей — 40 мм.

Высота гребня бандажа является изменяющейся в эксплуатации величиной. Это происходит в связи с принятой системой отсчета ВЫСОТЫ ГРЕБНЯ. Высота гребня устанавливается только на вновь обточенном профиле и берется, как величина, отсчитанная от круга катания до вершины гребня. Для профиля обточенного по ГОСТУ высота гребня составляет 30 мм. В процессе эксплуатации поверхность катания изнашивается, что вызывает увеличение высоты гребня.

В процессе эксплуатации также большую роль играет ТОЛЩИНА ГРЕБНЯ. Данная величина определяет толщину гребня на расстоянии 20 мм от вершины гребня. Для профиля обточенного по ГОСТУ толщина гребня составляет 33 мм. Допускаемая толщина гребня в эксплуатации до скорости 120 км/ч — 25 мм.

Для более точного определения характеристики вписывания колесной пары в стрелочные переводы и кривые введено понятие — КРУТИЗНА ГРЕБНЯ. Это расстояние, измеренное по горизонтали между двумя точками. Одна точка располагается на высоте 2 мм от вершины гребня на его внешней стороне, а вторая точка на расстоянии 13 мм от круга катания бандажа также на внешней стороне 1ребня.

Диаметр бандажа определяется по кругу катания.

Профили обточки поверхности катания и гребня.

Поверхность катания, фаска, гребень бандажа на вновь изготовленной колесной паре обтачиваются по ГОСТу. Инструкция по формированию, ремонту и содержанию колесных пар тягового подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм допускает обточку бандажа в процессе эксплуатации по трем профилям:

— профиль по ГОСТ;

— профиль Зинюка-Никитского;

— профиль ДМеТИ;

Эти профили отличаются друг от друга разной крутизной поверхности катация и гребня. Каждый из этих профилей имеет свои характеристики (скорости нарастания) износа поверхности катания и гребня при эксплуатации. Поэтому применение того или иного профиля зависит от характеристик плеч эксплуатации (преобладание подъемов, кривых и т. д. и т. п.) и типа подвижного состава.

Собранное колесо с колесным центром, бандажом, зубчатым колесом и бандажным кольцом напрессовано на ось с усилием 1080−1470 кН (110−150 тс).

Формирование колесных пар произведено в соответствии с Инструкцией ЦТ/4351.

3. Условия работы узла на локомотиве характерные повреждения и причины их возникновения

В процессе эксплуатации колесная пара подвержена действию весьма значительных знакопеременных нагрузок, часть которых имеет ударный характер. Элементы колесных пар подвергаются деформациям сжатия, растяжения, изгиба и кручения, у бандажей колесных пар возникает естественный износ в виде проката и уменьшения толщины гребня. Возможны случаи ослабления бандажа на центре, иногда с проворотом его, а также возникновения трещины, выщерблин, местных раздавливаний и ползунов на поверхности бандажа. Нарушение установленной технологии напрессовки может привести к ослаблению посадки колесного центра зубчатого колеса или вызвать разрыв ступицы.

В различных частях оси могут возникать продольные поперечные трещины, износы частей оси под моторно-осевые и буксовые подшипники, а у зубьев зубчатых колес — трещины и изломы.

1. Продольные и поперечные трещины на оси колесной пары

4. Выбор и обоснование способов устранения дефектов

Износ бандажей. Бандажи изнашиваются по кругу катания. Износ бандажей крайних колесных пар больше на 8−15%, чем у остальных. Интенсивность нарастания проката бандажей, т. е. радиального износа, при прочих равных условиях зависит от величины показателя использования мощности электровоза, атмосферных условий, состояния и профиля пути, типа рельсов. Подрезы гребней и уступы у основания гребней бандажей возникают из-за неправильного монтажа колесной пары в тележке. Появлению выщербин, отслаивания, выбоин и ползунов на поверхности катания бандажей способствуют нарушения технологических норм, допущенные при изготовлении и ремонте колесных пар, а также нарушения правил эксплуатации электровоза.

Повреждения с поверхности бандажей устраняют их обточкой на колесотокарных станках, снабженных гидрокопировальным устройством. Одновременно восстанавливают и нормальный профиль бандажей, который контролируют по шаблону. Обтачивать бандажи можно и без выкатки колесных пар из-под электровоза, используя специализированный станок КЖ-20 с наборной фрезой.

Ослабление посадки бандажа на колесном центре. Эту неисправность определяют по сдвигу контрольных рисок, нанесенных краской на бандаже и колесном центре, и путем обстукивания бандажа. Нормальную посадку восстанавливают перетяжкой бандажа.

Трещины на оси и бандаже. Трещины на поверхности бандажа определяют магнитным дефектоскопом и обстукиванием, а скрытые пороки — ультразвуковым дефектоскопом.

Магнитопорошковый метод.

Магнитный контроль чисто обработанных частей оси колесных пар разрешается производить только мокрым способом с применением в качестве указателя (индикатора) дефекта жидкой магнитной смеси из черного (неокрашенного) порошка.

Для лучшего выявления дефектов темные и грубо обработанные поверхности средней части оси при их проверке мокрым способом с применением жидкой магнитной смеси из неокрашенного порошка должны быть предварительно покрыты тонким слоем алюминиевого порошка.

При проверке разъемным дефектоскопом конструкции ЦНИИ МПС средней части осей колесных пар, имеющих темную необработанную поверхность, разрешается применять в качестве указателя дефекта светлый сухой магнитный порошок.

Для осмотра со всех сторон оси колесная пара после проверки в одном положении должна быть дважды повернута вокруг своей оси на 120. Во избежание лишних поворотов колесных пар в каждом из этих положений должны быть сразу проверены все открытые части оси.

В депо с большим объемом работы, в дорожных колесных центрах и на ремонтных заводах, не имеющих стационарных дефектоскопов, проверку колесных пар должны производить на специальном стенде переносными или смонтированными на тележках дефектоскопами. Стенд должен обеспечивать удобство установки, поворота и проверки соответствующих типов колесных пар с соблюдением техники безопасности.

Проверку наружных шеек осей в переменном магнитном поле необходимо производить круглыми дефектоскопами.

Для проверки дефектоскоп сначала надевают на шейку на расстоянии 125−150 мм от ступицы колесного центра и магнитной смесью из неокрашенной окалины при включенном дефектоскопе поливают участок оси между дефектоскопом и колесным центром; при этом тщательно осматривают шейку, предподступичную часть оси, выступающие открытые участки подступичной части и переходные галтели к ним.

Рис. 9 Круглый дефектоскоп.

После осмотра указанных участков оси дефектоскоп устанавливают у ступицы колесного центра и проверяют участок шейки между торцом оси и дефектоскопом.

Затем колесную пару дважды поворачивают на 120 и в каждом из положений проверяют указанным выше порядком.

При проверке шеек осей дефектоскопами переменного тока с плоскими сердечниками (типов ДГЭ и ДГЭ-М) необходимо обращать особое внимание на правильное расположение сердечника относительно проверяемого участка.

Проверку наружных шеек осей на остаточной намагниченности производят дефектоскопами типов ДКМ-I и ДКМ-2 в следующем порядке.

Подключенный к питающей сети постоянного тока (или через выпрямитель) дефектоскоп при включенном сетевом выключателе надевают на шейку оси и, медленно перемещая по всей длине, намагничивают ее; затем дефектоскоп быстро снимают с шейки и выключают во избежание излишнего нагрева. После снятия и выключения дефектоскопа намагниченную шейку обильно поливают хорошо размешанной магнитной смесью и тщательно осматривают.

Особое внимание должно быть обращено на галтели шеек, предподступичные части, выступающие из ступицы колесных центров, подступичные части осей, а также на места сопряжения галтелей в переходах от одного диаметра к другому.

По окончании магнитного контроля наружные шейки оси должны быть размагничены в постепенно убывающем переменном магнитном поле.

Проверку седлообразным дефектоскопом шеек под моторно-осевые подшипники колесных пар электровозов производят в следующем порядке.

Рис. 10. Дефектоскопирование оси.

Дефектоскоп надевают на шейку оси на расстоянии 125−150 мм от ступицы колесного центра (зубчатого колеса) магнитной смесью из неокрашенной окалины при включенном дефектоскопе обильно поливают участок шейки между дефектоскопом и ступицей, при этом тщательно осматривают верхнюю часть проверяемого участка. Затем дефектоскоп перемещают к концу шейки и таким же образом проверяют остальную часть, которая не была проверена при первом положении дефектоскопа. При проверке внутренних шеек особое внимание должно быть обращено на состояние галтелей и сопряженных с ними цилиндрических частей шеек, а также на выступающие из ступиц подступичные части оси.

После проверки шеек и других частей оси в одном положении колесную пару надлежит дважды повернуть на 120 и в каждом положении проверить внутренние шейки оси.

Среднюю часть оси, имеющую чисто обработанную поверхность, проверяют так же, как внутренние шейки, применяя жидкую магнитную смесь из неокрашенного порошка по участкам длиной 150−200 мм.

Проверку седлообразным дефектоскопом средней части оси, имеющую темную поверхность, производят по участкам длиной 100−150 мм от боковин дефектоскопа с применением жидкой магнитной смеси из неокрашенного порошка, но с предварительным покрытием проверяемой поверхности тонким слоем алюминиевого порошка. Отработавшую магнитную смесь, стекающую с частей оси, не покрытых алюминиевым порошком, и с темных поверхностей, покрытых алюминиевым порошком, собирают в разные ванны.