Неисправности цельнокатаных колес

Равномерный прокат – равномерный круговой предельный износ колеса в плоскости круга катания. Естественный износ в пределах допускаемого возникает за счет деформации металла и истирания поверхности катания при взаимодействии колеса с рельсом, а также истирания от воздействия на колесо тормозных колодок. Измерение производят абсолютным шаблоном в плоскости круга катания на расстоянии 70 мм от внутренней боковой поверхности обода. При наличии ползуна его глубина входит в общую величину проката.

Способ устранения неисправности: при величине проката более допустимых размеров профиль колес восстанавливают обточкой поверхности катания на колесотокарном станке.

Неравномерный прокат– неравномерный по круговому периметру износ, когда изношенное колесо имеет в плоскости круга катания форму, отличную от круглой. Неравномерный прокат возникает вследствие неравномерного износа поверхности катания из-за развития поверхностных дефектов и неоднородности свойств материала. Характерными признаками являются:

- раздавливание – местный (по длине) наплыв металла на наружную грань обода в зоне фаски;

- местное сужение или смятие фаски;

- неравномерный круговой наплыв металла на фаску;

- местное уширение дорожки качения;

- наличие закатывающихся ползунов и «наваров», трещин и выщербин в сочетании с местным уширением дорожки качения или раздавливанием обода.

Определяется разностью измерений в сечениях максимального износа и с каждой стороны от этого сечения на расстоянии до 500 мм. Измерение производят абсолютным шаблоном.

Круговой наплыв на фаску колеса– допустимое в эксплуатации механическое повреждение, которое характеризуется смещением металла обода в сторону фаски и образованием наплыва, возвышающегося над наружной поверхностью обода. Круговой наплыв образуется в результате пластической деформации верхних слоев металла обода, возникающей под действием нормальных и боковых усилий, чаще всего в кривых участках пути. Образование наплыва начинается, как правило, у колесных пар с прокатом 5мм, а с увеличением проката – наплыв возрастает. На колесах с меньшей толщиной обода, твердость металла которых ниже, наплыв образуется с меньшим прокатом и растет интенсивней. Не допускается выпуск вагона из текущего отцепочного ремонта с наличием кругового наплыва.

Кольцевые выработки– неравномерный по поперечному профилю круговой износ, при котором на поверхности катания колеса образуются местные углубления с различной шириной. Такой вид износа наблюдается, как правило, у колесных пар, эксплуатируемых с композиционными тормозными колодками. Кольцевые выработки образуются главным образом по краям зоны контакта поверхности катания с тормозной колодкой. Возникновение кольцевых выработок объясняется неодинаковыми техническими условиями работы поверхностных слоев металла колеса и композиционной колодки по ширине зоны контакта и воздействием абразивных частиц пыли на поверхность трения по краям колодки.

При высокотемпературном нагреве от трения связующий полимер композиции колодки разлагается, а продукты распада и налипшие абразивные частицы уносятся из зоны контакта. Из-за низкой теплопроводности композиции эти процессы протекают по ширине колодки не одинаково и менее интенсивно по краям ее, где температура значительно ниже. Поэтому при достаточно длительной эксплуатации у краев поверхности композиционной колодки образуются выступы с налипшими на них абразивными частицами, которые создают кольцевые выработки на поверхности катания. Кольцевые выработки ослабляют колеса и, кроме того, являются концентраторами напряжений.

Тонкий гребень – толщина гребня колеса менее допустимой. Нарушение размера происходит вследствие интенсивного износа гребня из-за ненормальной работы колесной пары, неправильной установки ее в тележке, значительной разницы диаметров колес на одной оси, длительность работы на пути с крутыми кривыми участками пути, изгиба оси, перекоса рамы тележки, неправильной посадки колес на ось.

Вертикальный подрез гребня (подзрез на гребне более допускаемого) – неравномерный по поперечному профилю круговой износ, при котором угол наклона профиля боковой поверхности гребня приближается к 90°, а радиус перехода от гребня к уклону 1:20 уменьшается до 8-12мм. Причины возникновения вертикального подреза гребня те же, что и при возникновении неисправности колеса – тонкий гребень. В эксплуатации вертикальный подрез не допускается высотой более 18мм. Наличие под вагонами колесных пар с вертикальным подрезом гребня может привести к сходу вагонов с рельсов при противошерстном движении их по стрелочному переводу.

Остроконечный накат гребня колеса – механическое повреждение, которое характеризуется образованием выступа по круговому периметру гребня в месте перехода его изношенной боковой поверхности к вершине. Остроконечный накат возникает в результате пластической деформации поверхностных слоев металла гребня в сторону его вершины из-за высокого контактного давления и интенсивного трения в месте взаимодействия с головкой рельса. Этому способствует ненормальная работа колесной пары, вызванная причинами, которые приводят к возникновению повышенного износа и подреза гребня колеса. Данными причинами являются: ненормальная работа колесной пары, неправильная установка ее в тележке, значительная разница диаметров колес на одной оси , длительная работа на пути с крутыми кривыми, изгиб оси, перекос рамы тележки, неправильная посадка колес на ось.

Тонкий обод (толщина обода колеса менее допускаемой)– износ в процессе эксплуатации и потери металла при обточках поверхности катания. Толщину обода измеряют по кругу катания. При наличии на колесе ползуна или выщербины толщину обода необходимо определять в месте расположения дефекта. Толщину обода колеса измеряют толщиномером.

Ползун (плоское место глубиной более допустимого)– локальный износ колеса , который характеризуется образованием плоской площадки на поверхности катания. Ползун возникает при скольжении колеса по рельсу юзом, вызывающее местное истирание металла колеса. Размер ползуна оценивается глубиной, которая определяется разностью в двух местах – на ползуне и рядом с ним. При обмере дефекта, смещенного относительно круга катания, соответственно нужно сместить и движок шаблона.

Измерение производится абсолютным шаблоном. Ползуны могут быть на обоих колесах или на одном колесе. В первом случае они возникают при скольжении колесной пары, заклиненной тормозом вагона. Во втором – в результате торможения вагона съемным башмаком при роспуске на сортировочной горке.

Основными причинами заклинивания колесных пар и образования ползунов на колесе являются: неисправности тормозных приборов, нарушение правил регулировки рычажной передачи, неправильное управление тормозами локомотива. В зимних условиях эксплуатации вагонов ползунов колес образуется значительно больше, чем в летних условиях. Ползуны опасны тем, что во время движения вагона вызывают толчки и удары колеса, которые приводят к образованию дефектов или разрушению деталей подвижного состава (в том числе к излому колеса и сходу вагонов), повреждению рельс и верхнего строения пути.

Навары – термомеханическое повреждение (смещение металла на поверхности обода колеса высотой более допускаемого) – интенсивная пластическая деформация металла возникает при кратковременном заклинивании колес (юзе) с появлением на поверхности катания чередующихся сдвигов металла U-образной формы. Сопровождается значительным нагревом металла, что приводит к закалке поверхности вследствие быстрого охлаждения. «Навар» может быть расположен на поверхности катания в виде одной или нескольких зон, быть однослойным и многослойным, может отличаться по высоте сдвигов металла. «Навар» характеризуется высотой сдвигов металла, измеряемой от неповрежденной поверхности катания до вершин сдвигов. Основной причиной возникновения «навара» является нарушение процесса торможения, результатом которого является проскальзывание колеса по рельсу в течение очень коротких промежутков времени с перемещением на 20-30 мм. В эксплуатации навар может закатываться, разрушаться и откалываться в виде пластин. В местах навара часто образуются микротрещины. «Навар» опасен тем, что он так же, как и ползун, вызывает повышенные ударные нагрузки на подвижной состав и рельсовый путь.

Выщербины (выкрашивающиеся участки поверхности катания более допускаемых размеров или с наличием в них трещин или расслоений, идущих вглубь металла):

- по светлым пятнам, ползунам, «наварам»;

- по усталостным трещинам;

- по сетке термотрещин.

Выщербины по светлым пятнам, ползунам, «наварам» - выкрашивание твердых участков поверхности катания, образующихся в результате кратковременного скольжения заклинивания колесных пар по рельсам.

Выщербины по усталостным трещинам – усталостное разрушение поверхностных слое металла, под действием многократно повторяющихся контактных нагрузок.

Выщербины по сетке термотрещин – выкрашивание участков поверхности катания, на которых имеются поперечные термотрещины, возникающие вследствие нагрева тормозными колодками. Выщербины в местах термомеханических повреждений и термических трещин образуются под действием касательных и нормальных сил во время торможения.

Местное уширение обода колеса – механическое повреждение, которое характеризуется образованием местного наплыва в зоне фаски обода колеса, возникает в результате пластической деформации металла под действием нормальных циклических сил вследствие наличия местного внутреннего дефекта (неметаллического включения, раковины, расслоения металла) на определенной глубине обода.

Откол наружной грани обода колеса – местное секторное разрушение в виде поверхностного откола металла у наружной грани в районе фаски обода колеса, которое характеризуется значительной глубиной и протяженностью вдоль поверхности катания, достигающей иногда длиной до 20 мм, и более.

Откол кругового наплыва обода колеса – разрушение металла в виде откола кругового наплыва либо на отдельных участках, или по всему кругу обода. Откол кругового наплыва происходит из-за усталостных процессов, протекающих в месте наплыва, либо под действием горочных замедлителей при роспуске вагонов на механизированных горках.

Трещины. В процессе эксплуатации вагонов колесные пары подвергаются значительным статическим и динамическим нагрузкам, а также постоянным перепадам температуры в процессе торможения, что создает предпосылки для появления трещин на колесных парах. Из-за наличия трещины прочность конструкции уменьшается и становится меньше исходной, на которую была рассчитана. Чаще всего зарождается усталостная трещина с внутренней стороны колеса, в приободной части диска колеса. При дальнейшей эксплуатации трещина увеличивается в размерах и выходит на внешнюю поверхность диска. По времени этот процесс может протекать несколько месяцев. Если развитие трещины имеет длительный период, то излом колеса происходит мгновенно.

Изломы. Неисправность возникает в результате несвоевременного обнаружения начальных трещин и дальнейшего развития трещин либо у ступицы, либо в приободной зоне.