КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ КОЛЕСНЫХ ПАР

При взаимодействии пути и подвижного состава возникают контактные напряжения в точках соприкосновения колес с рельсами. В результате этих напряжений при движении колес по рельсам происходит естественный износ трущихся поверхностей, а также их упругие и пластические деформации и усталостные разрушения.

Ось колесной пары работает под воздействием больших статистических и динамических нагрузок и подвергается знакопеременным напряжениям изгиба. Кроме того, она испытывает дополнительные напряжения сжатия в местах прессовых соединений с колесами и воспринимает удары от рельсов при наличии дефектов на поверхности катания колес и на стыках. На работоспособность оси влияют различные технологические нарушения при ее изготовлении и обработке. Сочетание ряда этих факторов способствует возникновению в оси местных перенапряжений, которые совместно с усталостными явлениями приводят к образованию трещин.
При достижении установленных величин износа или появлении повреждений, угрожающих безопасности движения, колесные пары изымают из эксплуатации для ремонта или исключают из инвентаря.

Правилами технической эксплуатации железных дорог СНГ не допускаются к следованию в поездах вагоны с поперечной трещиной в любой части оси колесной пары, а также при наличии износов и повреждений, нарушающих нормальное взаимодействие пути и подвижного состава. К числу таких неисправностей относятся: прокат по кругу катания более допускаемых размеров, износ гребня до предельно допустимой толщины его, вертикальный подрез и остроконечный накат, толщина и ширина обода колеса менее допустимых размеров, а также местное уширение, дефекты на поверхности катания в виде ползунов, выщерблин, кольцевых выработок больше допускаемых. Изымаются также из эксплуатации колесные пары, у которых обнаружены трещины в любой части колеса, продольные трещины в осях более допустимых размеров, задиры шеек и предпоступичных частей, предельная потертость на средней части оси, следы контакта с электродом или электросварочным проводом, расстояние между внутренними гранями колес больше или меньше допустимого, сдвиг или ослабление ступицы колеса на оси.
К неисправностям цельнокатаных колес относят износы, дефекты поверхности катания, трещины и изломы.

Износ поверхности катания колеса является следствием естественного, нормального изнашивания и истирания тормозными колодками. В обычных условиях возникает равномерный прокат. Если поверхность катания обладает неодинаковым сопротивлением пластическим деформациям из-за местной неоднородности металла или неравномерно разупрочняется от нагрева при торможении или поверхностные дефекты развиваются по-разному, то образуется неравномерный прокат. Характерные признаки неравномерности проката — местный наплыв на наружную грань, сужение фаски, смятие фаски, местное уширение дорожки качения. При несимметричной насадке колес на ось, значительной разнице диаметров колес, - перекосах рамы тележки или неправильной установке колесной пары в тележке, а также под воздействием центробежной силы при длительном следовании вагона по участкам пути с крутыми кривыми у колесной пары колеса изнашиваются по-разному. При этом появляются тонкий гребень, вертикальный подрез гребня и остроконечный накат. В последнем случае износ гребня сопровождается активной пластической деформацией металла от основания к вершине гребня из-за высокого контактного давления в месте взаимодействия его с головкой рельса. При остроконечном накате гребень становится тонким и острым и характеризуется выступом на сопряжении подрезанной части его с вершиной.

Разрушение поверхности катания смятием под многократным воздействием нормальных сил, когда направление деформации идет от круга катания на фаску, приводит к круговому наплыву металла, выходящему за наружную грань обода. Кольцевые выработки на поверхности катания возникают под воздействием неметаллических тормозных колодок из-за их склонности к наволакиванию продуктов износа в условиях повышенной влажности. В результате изнашивания в процессе эксплуатация и потерь металла при обточках поверхности катания обод колеса становится предельно тонким, а обточка внутренних граней колес может привести к минимально допустимой ширине обода.

К дефектам поверхности катания относят ползуны (плоские места), которые появляются в результате скольжения (юза) колеса по рельсу при заклинивании колесных пар вследствие действия неисправных тормозных устройств вагона, неправильного управления тормозами с локомотива или при контакте со съемным башмаком на сортировочной горке. Ползуны крайне опасны. Они вызывают сильные удары колес о рельсы при движении вагонов. Так, колесо с ползуном глубиной З мм при движении груженого грузового вагона со скоростью 70 км/ч вызывает удар по рельсам, равнозначный удару от падения груза массой 100 кг с высоты 1 м. При торможении в условиях нагрева и воздействия холодного воздуха на поверхности катания образуются местные очень твердые очаги в виде светлых (отбеленных) пятен овальной формы. Интенсивная пластическая деформация сильно нагретого металла при кратковременном заклинивании вызывает смещение верхних слоев поверхности катания (навар). Характерными дефектами поверхности катания являются выщербины — выкрошившиеся участки, иногда с наличием трещин или расслоений, идущих в глубину металла. Выщербины различают по причинам возникновения. Одни выщербины развиваются по следам ползунов, светлым пятнам и «наварам». Они появляются из-за структурных изменений металла, возникают в результате образования микротрещин, особенно характерных для отбеленного слоя. Глубина таких выщербин редко достигает 3 мм. другие выщербины являются следствием усталостных поверхностных разрушений, а также развития небольших усталостных трещин с последующим отслоением или отрывом кусочков металла.

Усталостные трещины образуются под действием долговременных многократно повторяющихся контактных нагрузок. Внутри усталостных выщербин часто бывают трещины, идущие в глубину под острым углом к поверхности катания. Глубина выщерблин может доходить до 15—20 мм. Возникают выщербины также из-за выкрашивания поперечных термотрещин, возникающих вследствие нагрева колес тормозными колодками. Выщербины имеют параллельные грани, расположенные поперечно поверхности катания. Размещаются группами. Внутренние дефекты металлургического происхождения приводят к местному уширению обода колеса — раздавливанию его в зоне фаски или к поверхностному отколу у наружной грани. Откол кругового наплыва горочными замедлителями также относят к дефектам поверхности катания.
Трещины и изломы в ободе, диске и ступице колеса являются следствием дефектов металлургического и прокатного производства — неудовлетворительной термообработки, неметаллических включений и расслоений металла, неровностей от прокатки, а также возникают от действия ударных сил. Скрытые дефекты в колесах часто обнаруживаются при обработке резанием.

Неисправности оси подразделяют на износы, трещины и изломы и др. Они могут появиться вследствие нарушения технологии изготовления и ремонта осей, неправильного формирования колесных пар и монтажа буксовых комплектов, низкого качества подшипников, неправильной эксплуатации колесных пар, а также из- за усталостных разрушений металла.

Износы осей в условиях нормальной работы являются естественными износами. Но и при этом при подшипниках скольжения образуются сверхдопустимые конусность и овальность шейки, а неправильная подгонка подшипников приводит к неравномерному износу галтелей и маломерности буртов. Несоблюдение допусков при сборке букс, как с роликовыми, так и с подшипниками скольжения, отсутствие или недостаток смазки, попадание в буксу посторонних предметов нарушают нормальные условия трения скольжения или качения. Шейка входит в непосредственный контакт с трущимися деталями или их осколками, быстро нагревается. На ее поверхности появляется недопустимый износ в виде круговых рисок, переходящих в глубокие рваные задиры.
При подшипниках скольжения причиной нагрева букс могут быть неметаллические включения в баббитовую заливку, попадание песка и пыли в буксу. При роликовых подшипниках риски и задиры могут появиться вследствие проворачивания внутренних и лабиринтных колец из-за недостаточности натяга или их ослабления при начавшемся нагреве букс. Продольные риски на шейках возникают при запрессовке и распрессовке закрепительных втулок с плохо зачищенными кромками на разрезах втулок. Потертость на средней части оси происходит от трения во время торможения рычагов и горизонтальных тяг неотрегулированной тормозной рычажной передачи. Многократные проточки при ремонте приводят к уменьшению диаметров оси в любой ее части и увеличению длины шеек.

Поперечные трещины в осях наиболее опасны, могут привести к излому осей. Излом шейки происходит и от перегрева в случае несвоевременного выявления греющихся букс.
Основными причинами происхождения поперечных трещин являются усталостные явления. Но они появляются также вследствие перегрузки вагона, крушений и аварий, наличия недопустимых дефектов на поверхности катания колес. На возникновение трещин в галтелях влияют повышенные напряжения в них при неравномерном износе, когда теряется, плавность закругления и появляются концентраторы напряжений, а в подступичных частях неудовлетворительное качество формирования.
На средней части оси наблюдаются поперечные, продольные и наклонные трещины, являющиеся следствием наличия в верхних слоях металла неметаллических включений, закатов, плен, забоин.

Когда наклонные трещины составляют с горизонтальной осевой линией угол 30° и менее, то они относятся к продольным, а если угол наклона более 30° , то трещина считается поперечной.

Прочими неисправностями оси считают: цвета побежалости на шейке оси — следы перегрева буксы, сварочные ожоги — следы касания электродом или оголенным проводом, что может привести к образованию трещин из-за структурных изменений металла оси, намины на шейке от закрепительной втулки или внутреннего кольца роликового подшипника, забоины и вмятины, возникающие при небрежной транспортировке и складировании, изогнутость оси из-за пластической деформации от ударов при крушениях и авариях, разработка центрового отверстия, повреждение торцового крепления роликовых подшипников.

Неисправности колесных пар включают в себя признаки ослабления ступицы и ее сдвиг на оси, овальность и эксцентричность колес по кругу катания и разность диаметров колес на одной колесной паре более допускаемых норм, а также несоответствие установленным допускам расстояния между внутренними гранями колес.