Файл: Основы технического.pdf

62
например, лопнувшая краска над трещиной. Необходима разработка методов и средств контроля нарушений сплошности металла деталей в процессе пла- нового ремонта, гарантирующих эксплуатацию этих деталей до следующего планового ремонта.
В тех случаях, когда правильность функционирования не регламенти- рована нормативно-технической документацией, т.е. не заданы численные значения параметров функционирования, средства технического диагности- рования можно настраивать на выявление технического состояния объекта, не являющегося неисправным, с целью раннего выявления развивающегося дефекта. Например, нормальная температура рабочего нагрева вагонных букс документацией не установлена. Известна предельно-допустимая температура нагрева букс. Поэтому для раннего выявления развивающихся неисправно- стей букс, аппаратуру автоматического контроля букс тепловым методом на- страивают на температуру ниже предельно допустимой и выше нормальной.
Высокоэффективным является метод мониторинга (слежения) за тем- пературой нагрева букс (АСКПС) при прохождении вагонов в составе поезда через контрольные посты на расстоянии 25-35 км ( на промежуточных стан- циях). При этой системе оператор центрального поста имеет возможность следить на экране монитора за изменением температуры букс и останавлива- ет поезд на одном из постов, не допуская разрушения буксы.
Однако в настоящее время практически все детали и сборочные едини- цы вагона в процессе технического обслуживания контролируются визуаль- но. В таких условиях своевременное выявление неисправностей вагонов за- висит в основном от квалификации и профессионализма осмотрщиков ваго- нов. Осмотрщики вагонов используют приемы, связанные с особенностями конструкции вагона, взаимодействия его частей, времени года и т.д. Основой их приемов работы являются положения, вытекающие из длительной прак- тической работы.
В практике работы по контролю вагонов визуальным способом (отсюда название – осмотрщики вагонов) широко используют способ осмотра прежде всего мест, где наиболее вероятно образование неисправностей.
Основные места образования неисправностей соответствуют особенно- стям работы деталей вагона:
– трещины в зонах наибольших знакопеременных нагрузок, например, у края подступичной части оси, посередине оси;
– трещины в зонах с наибольшими растягивающими напряжениями от ударных нагрузок, например, корпус автосцепки, тяговый хомут;
– выкрашивание металла в зонах контактных напряжений, например, поверхность качения колеса или ролика подшипника;
– трещины в местах концентрации напряжений (галтели, переходы, из- менение формы и размеров сечения деталей);
– трещины в зонах краевого эффекта при резком переходе от нагру- женной к ненагруженной зоне, например, в подступичной части оси;

63
– износ в зонах коррозии трения (фреттинг-коррозии), например, на по- садочных поверхностях шеек осей и внутренних колец подшипников;
– нарушения сплошности металла в несущих деталях с большим сро- ком службы (усталостные явления).
Литые детали и сварные детали плохо переносят ударные нагрузки, по- этому наиболее вероятные места образования трещин в литых деталях и в зо- не сварных швов.
На основании обобщения опыта работы осмотрщиков вагонов можно сформулировать следующие основные принципы визуального контроля тех- нического состояния вагонов в процессе ТО:
– неисправности (дефекты) трещины и износы, образуются в опреде- ленных местах;
– образование неисправностей, в частности трещин, наиболее вероятно при определенных размерах некоторых элементов вагона;
– для выявления трещин в металле, обычно плохо видимых, использу- ются косвенные признаки (износы, состояние покрытия детали – краски, вы- ход продуктов износа из трещины, скопление грязи или инея над трещиной и т.д.);
– скрытые и опасные дефекты одних деталей связаны с техническим состоянием некоторых других деталей, например, если разработано отвер- стие для валика подвески башмака или износ валика может быть ползун на колесе или разрушение подшипника в буксе:
– необычное состояние или положение какой-либо детали, например, износ опорной поверхности корпуса буксы, износ и забоины кромки буксо- вого проема боковой рамы тележки – в результате пропеллерности (скручи- вания в вертикальной плоскости) боковой рамы;
– в разное время года в разную погоду могут быть разные неисправно- сти или разные признаки дефекта, например, в зимнее время отсутствие снега на одной из букс может указывать на нагрев буксы в пути следования;
– в процессе движения вагона (при встрече поезда с ходу) слышатся необычные звуки (удары, скрежет и т.д.) или наблюдаются увеличенные пе- ремещения частей вагона (колебания вагона, тележки и колесной пары);
Передовые методы осмотра вагонов систематически обобщаются через дорожные центры научно-технической информации (ДЦНТИ) и распростра- няются на дорогах.
3.2. Классификация неисправностей вагонов и причины
их образования
В соответствии с ГОСТ 27.002 событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния, определяют термином «повреждение». В нормативно-технической докумен- тации для определения вида повреждения используют термин «неисправ-

64
ность», например, неисправности рамы вагона: трещины, изломы, изгибы ба- лок и т.д. Используют также термин «дефект». В соответствии с ГОСТ 15467 это понятие обозначает каждое отдельное несоответствие продукции уста- новленным требованиям, т.е. более широкое понятие, аналогичное понятию
«неисправность». Этот термин широко используют в диагностике (дефекто- скопии).
Главное значение в организации технического обслуживания вагонов имеет период от начала образования неисправности до разрушения детали.
Это состояние принято называть живучестью, т.е. приспособленностью со- хранять работоспособное состояние при наличии неисправности. Некоторые неисправности, например, усталостные трещины в литых боковых рамах те- лежек или в осях колесных пар, развиваются в течение нескольких месяцев.
Живучесть позволяет выявить неисправности на стадии их развития и предотвратить разрушение элемента, т.е. отказ элемента и отказ вагона.
Классификация неисправностей по основным узлам (сборочным еди- ницам) грузового вагона показывает, что насчитывается около 85 видов ос- новных неисправностей. Из их числа 15 видов являются причиной почти 80% отказов вагонов.
Особо опасными неисправностями с аварийными последствиями явля- ются 4%, в том числе:
1) трещины в осях и колесах;
2) неисправности осевых роликовых подшипников;
3) трещины несущих литых деталей тележек грузовых вагонов;
4) ползуны на поверхности катания колес;
5) падение деталей вагонов на путь.
Распределение неисправностей, являющихся причинами отказов ваго- нов и поступления их в текущий отцепочный ремонт, по данным Свердлов- ской железной дороги (2000 г.) в процентах:
- колесные пары – 38,3;
- буксовый узел – 4;
- тележки – 6,3;
- кузов и рама – 26,8;
- тормоза – 10,6;
- автосцепка – 2,3;
- прочие причины – 11,7.
В табл. 3.1 приведено распределение причин отцепки вагонов в пути следования (нарушения безопасности движения) на дорогах ОАО «РЖД» в
2003 г.

65
Таблица 3.1
Виды и количество неисправностей, послуживших причинами отцепки вагонов в пути следования
Причины отцепки вагонов по техни- ческим неисправностям
Количество случаев, %
1. Грение букс 83 2. Неисправности тормозного обору- дования, всего в том числе
- нарушение целостности тормозной магистрали (обрыв, разъединение)
12 7,6
- заклинивание колесных пар, приве- дение к образованию ползунов и на- варов металла на ободы колес
4,3 3. Неисправности выгрузочных уст- ройств специализированных вагонов
0,11 4. Неисправности колесных пар (не- равномерный прокат, выщербины, тонкий гребень, подрез гребня, ост- роконечный накат и т.д.)
0,08 5. Неисправности тележек 0,07 6. Неисправности автосцепного уст- ройства
0,05 7. Обрыв дверей 0,045 8. Неисправности кузова (излом стоек или обвязки, перекос, задир крыши)
0,039 9. Несоответствие зазоров между скользунами установленным нормам
0,035 10. Обрыв пояса котла цистерны 0,025 11. Трещины элементов рамы 0,025
Неисправности вагонов вызывают также задержки поездов (опозда- ния), т.е. нарушения графика движения, вследствие чего снижается участко- вая скорость, увеличивается оборот вагона и сроки доставки грузов.
Ниже, для примера, приведено распределение задержек поездов из-за технических неисправностей вагонов на дорогах ОАО «РЖД» в 2003 г. (в процентах):
- заклинивание колесных пар – 22,9;
- обрывы или разъединения тормозной магистрали – 19,4;
- обрывы соединительных воздушных рукавов, срывы концевых кра- нов, неисправности кранов – 14,9;
- обрыв подводящих труб – 14,2;

66
- самопроизвольное срабатывание тормозов – 8,7;
- другие неисправности тормозного оборудования – 6,9;
- неисправности букс – 3,5;
- неисправности автосцепного устройства – 2,8;
- открытие люков разгрузочных устройств специализированных ваго- нов – 1,7;
- неисправности кузова – 1,4;
- прочие – 3,6;
Основная часть неисправностей, угрожающих безопасности движения и вызывающих задержки поездов, выявляется в процессе технического об- служивания и устраняется текущим ремонтом. На сортировочных и участко- вых станциях выявляют около 99% неисправных вагонов, требующих теку- щего отцепочного ремонта.
Текущий отцепочный ремонт грузовых вагонов (ТОР) в процессе под- готовки вагонов к перевозкам (ТО-1) и отцепленных в ремонт от поездов
(ТО-2) составляет существенный объем работ по техническому обслужива- нию вагонов. Поступление вагонов в ТОР постоянно сокращается. Так, в
1997 г. каждый вагон рабочего парка поступал в ТОР в среднем 11,2 раза, в
2001г. – 3,54 раза.
Анализ технического состояния вагонов, поступающих в текущий от- цепочный ремонт, показывает, что по характеру неисправности можно разде- лить на четыре группы:
– износ деталей
- 20%;
– трещины и изломы литых деталей -
20%;
– трещины и изломы сварных деталей -
25%;
– утеря (отсутствие) деталей
- 5%.
По физической природе основные неисправности разделяют на сле- дующие группы:
1) Усталостные, т.е. связанные с явлениями усталости металла в усло- виях циклических, контактных и знакопеременных нагрузок: а) трещины, изломы, разрывы деталей; б) выкрашивание металла (выщербины, раковины).
2) Износовые, т.е. изменение формы и размеров деталей в результате трения: а) износ трущихся поверхностей (прокат колес, ползуны, уменьшение толщины тормозных колодок и т.д.); б) задиры и надиры (на торцах роликов и бортах колец подшипников в челюстях буксового проема и т.д.).
3) Разрушения от нагрузок, при которых напряжения в элементах пре- вышают предел прочности материала, в особенности при действии ударных нагрузок и при наличии концентраторов напряжений: а) изломы (хрупкое разрушение); б) раздавливание (пластические деформации);

67
в) сколы (отколы) металла на деталях из твердых сталей (ободы колес, детали роликовых подшипников).
4) Последствия перегрева в узлах трения: а) термические трещины на ободах колес; б) навар металла на поверхности качения колес; в) заклинивание роликов в подшипнике; г) изменение физико-химических свойств консистентных смазок в бук- сах; д) разрушение подшипников и излом шеек осей.
5) Коррозионные: а) атмосферная коррозия (ржавление); б) фреттинг-коррозия в местах неподвижного контакта деталей за счет относительных микроперемещений (поверхности подступичной части оси и ступицы; посадочные поверхности корпуса буксы и наружного кольца под- шипника).
6) Электроожоги подшипников.
Основные причины неисправностей можно классифицировать по сле- дующим группам:
1) Ударные нагрузки, т.е. нагрузки о времени действия порядка 10
-3 с и скоростью деформации, сопоставимой со скоростью звука в металле (5
⋅ 10 3 м/с).
2) Нагрузки, превышающие расчетные по нормам расчета вагонов на прочность.
3) Неудовлетворительная конструкция элементов, например, узла со- членения хребтовой и шкворневой балок рамы вагона.
4) Использование материалов, не соответствующих эксплуатационным требованиям, например, деревянная обшивка вагонов.
5) Нарушения технологии изготовления технического обслуживания и ремонта вагона, например, постановка на вагон разнотипных тормозных ко- лодок (чугунных и композиционных).
Из приведенных выше данных о видах неисправностей вагонов следу- ет, что около 45% составляют трещины, изломы и разрывы сварных и литых деталей. Такие детали плохо переносят ударные нагрузки, литые – из-за час- то встречающихся в них нарушений сплошности металла анизотропности и поверхностных концентратов напряжений; сварные – из-за анизотропности материала в зоне сварных швов вследствие остаточных напряжений, неодно- родности металла и наличия концентратов напряжений.
Ударные нагрузки нечетко и недостаточно регламентированы в нормах расчета вагонов на прочность. Допускают частое нарушение правил, регла- ментирующих ударные нагрузки: превышение скорости соударения вагонов в процессе сортировки на горках; неправильное использование тормозных башмаков на позициях сортировочных горок; превышение массы отдельных глыб груза и высоты их падения при погрузке; скорость поворота роторных

68
вагоноопрокидывателей, а также нарушение правил и использования грузо- вых механизмов, повреждающих вагоны.
3.3. Признаки, используемые для оценки технического
состояния вагонов
Оценка технического состояния объектов (вагона или его частей) в процессе технического обслуживания производится в основном двумя спосо- бами:
– визуально, в том числе с использованием измерительных инструмен- тов;
– средствами технического диагностирования (СТД) с выдачей инфор- мации о техническом состоянии объекта на экране, на бумажной ленте, све- товым индикатором, звуковым сигналом, стрелочным прибором и т.д.
Для оценки технического состояния используют признаки, характери- зующие соответствия объекта требованиям нормативно-технической и кон- структорской документации.
Для контроля вагонов и их элементов преимущественно используют следующие параметры:
– геометрические, т.е. линейные размеры, углы, отклонения от задан- ной формы в результате деформации и износов;
– доступные для визуального контроля нарушения сплошности мате- риала деталей: изломы, разрывы, отколы, трещины, выкрашивания; коррози- онные повреждения;
– разъединение деталей, ослабление болтовых и заклепочных соедине- ний;
– неправильное функционирование, например, не действует предохра- нитель от саморасцепа автосцепки или утечки воздуха из поездной магистра- ли.
В процессе ТОВ приходится контролировать большое количество па- раметров.
Например, в инструкции осмотрщику вагонов перечислено около 250 видов неисправностей вагонов, с которыми не допускается следование вагона в поезде.
Различают количественные и качественные признаки. Для количест- венных признаков задано предельное значение, при достижении которого де- таль переходит в предельное состояние. Например, глубина проката колеса грузового вагона допускается не более 9 мм. При величине проката 9 мм и более вагон не может следовать в составе поезда и должен быть отцеплен в текущий ремонт для смены колесной пары. При подготовке вагонов к по- грузке могут быть другие нормы предельного значения параметров. Напри- мер, прокат колеса должен быть не более 8,5 мм.

69
К качественным относятся признаки , для которых численное значение параметра не играет роли, например, трещины в осях и колесах.
В случаях использования технических средств диагностирования при- меняют диагностические признаки. Эти признаки делятся на две группы:
– прямые, совпадающие с признаками, заданными в нормативно- технической документации;
– косвенные, не совпадающие с признаками технического состояния, но связанные с ними функциональной или статистической зависимостью.
Например, глубину ползуна на колесе можно измерять как геометриче- ский параметр, т.е. определить высоту сегмента, образованного ползуном.
Здесь будет использоваться прямой признак – абсолютная глубина ползуна, т.е. линейный размер указанный в НТД.
В диагностической аппаратуре для выявления неисправностей колес по кругу катания (ДИСК-К) глубина ползуна определяется по амплитуде вибро- ускорения колебаний рельса при ударе ползуна на колесе о рельс. Имеется статистическая (корреляционная) связь между виброускорением колебаний рельса от удара и глубиной ползуна. Преимущество этого метода перед пря- мым измерением заключается в том, что виброускорение рельса легко изме- рить с помощью пьезоэлектрического акселерометра при высокой скорости движения вагона (60 км/ч и более). Технические средства, используемые в процессе ТО вагонов, подробно рассмотрены в главе 9.
При оценке технического состояния объекта любым методом использу- ется понятие «пороговое значение признака», т.е. численное значение кон- тролируемого параметра, являющееся границей классов состояния: исправ- ного и неисправного, работоспособного и неработоспособного, работоспо- собного и предельного. Используется также понятие «критерий предельного состояния», т.е. численное значение признака, являющееся границей классов состояний: работоспособного и предельного.
Теоретической основой диагностирования изделий, в том числе ваго- нов, любым способом, в том числе и органолептическим, является теория распознавания. В соответствии с положениями этой теории для организации технического обслуживания объектов техники необходимо определить виды и признаки технического состояния, а также обосновать численные значения признаков, соответствующие границам классов состояния (пороговых значе- ний).
Конкретные численные значения признаков, соответствующие перехо- ду вагона из исправного работоспособного состояния в неисправное, нерабо- тоспособное или предельное, сложились в вагонном хозяйстве исторически, в течение длительного времени, на основании практического опыта и много- численных исследований, выполнявших научными организациями железно- дорожного транспорта.
Нормы содержания вагонов в эксплуатации в некоторых случаях изме- няют, преимущественно в сторону ужесточения.