КОЛЕСНЫЕ ПАРЫ ВАГОНОВ

Колесные пары - наиболее ответственные узлы подвижных единиц, от исправного состояния которых напрямую зависит безопасность движения.

Колесные пары предназначены для направления движения вагона по рельсовому пути и восприятия всех нагрузок, передающихся от вагона на рельсы и обратно.

Колесные пары должны удовлетворять определенным требованиям: обладать достаточной прочностью, износостойкостью, иметь относительно небольшую массу для снижения тары вагона и уменьшения динамического воздействия на верхнее строение пути, а также обладать некоторой упругостью для смягчения динамических сил, возникающих при движении вагона. За состоянием колесных пар установлено особо тщательное наблюдение на ремонтных предприятиях вагонного хозяйства (заводы, депо) и в эксплуатации.

Колесная пара вагона состоит из оси (2) с двумя жестко насаженными (напрессованными) на нее колесами (3).

Ось колесной пары имеет следующие части:

• шейки (1) для установки буксовых подшипников;
• предподступичные части (2), служащие для установки уплотнительных деталей букс;
• подступичные части (3), на которые прочно насаживают колеса;
• среднюю часть (4).

Колеса вагонов бывают двух диаметров: 950 мм и 1050 мм. Последние предназначены для эксплуатации в вагонах старой постройки.

Наружная поверхность колеса, соприкасающаяся с рельсом, называется поверхностью катания. Профиль поверхности катания имеет определенную форму и размеры.

Поверхность катания нового колеса в поперечном сечении имеет коническую форму. Конусность основной рабочей части поверхности катания шириной 60 мм у вагонов и 70 мм у локомотивов составляет 1:20. Наличие конусности повышает устойчивость колесной пары за счет снижения ее "виляния" при движении по прямой, способствует выравниванию расстояний, пройденных внутренними и внешними колесами, при движении в кривых, обеспечивает равномерный износ поверхностей катания.

На расстоянии 30 мм от боковой грани колеса конусность увеличивается до 1:7, а затем переходит в фаску размером 6 мм, расположенную под углом 45° к горизонтали. Увеличенная конусность и фаска облегчают прохождение колесной парой стрелочных переводов, способствуя свободному перекатыванию колеса с одного элемента стрелочного перевода на другой.

С внутренней стороны колеса поверхность катания переходит в гребень высотой 28 мм и имеющий наклон 60° к горизонтали. Гребни направляют колесную пару и удерживают ее на поверхностях катания рельсов. Согласно требованиям п.п. 125, 154 Главы IX ПТЭ толщина гребня колеса, измеренная на расстоянии 18 ±0.1 мм от его вершины должна быть:

• от 33 до 30 мм - у пассажирских вагонов при скорости движения свыше 140 км/ч;
• от 33 до 28 мм - у пассажирских вагонов при скорости движения от 120 до 140 км/ч включительно;
• от 33 до 25 мм - у пассажирских вагонов при скорости движения до 120 км/ч включительно;
• от 33 до 24 мм - у грузовых вагонов при скорости движения до 120 км/ч включительно;
• от 33 до 22 мм - у подвижного состава, эксплуатируемого на железнодорожных путях необщего пользования.

Вагоны и локомотивы, имеющие толщину гребня, не соответствующую указанным нормам, к эксплуатации не допускаются.

Типы, основные размеры и технические условия на изготовление вагонных колесных пар определены Государственным стандартом (ГОСТ 4835-80), а содержание и ремонт - Правилами технической эксплуатации железных дорог (ПТЭ, Глава IX) и Инструкцией по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию колесных пар.

Тип колесной пары определяется типом оси и диаметром колес. В настоящее время основным типом колесных пар являются колесные пары с цельнокатаными стальными колесами, имеющими наибольший диаметр по кругу катания 950 мм.

Типы вагонных осей различают по размерам и формам шеек - для установки буксовых подшипников качения и для использования с подшипниками скольжения. Бóльшая часть колесных пар имеют оси для установки подшипников качения. Колесные пары с осями для установки подшипников скольжения в настоящее время встречаются только у вагонов промышленного транспорта, исторических вагонов старой постройки, а также тендеров паровозов. На торцах шеек таких осей имеются буртики (М), ограничивающие продольные перемещения полуколец подшипников скольжения.

Размеры оси устанавливают в зависимости от величины расчетной нагрузки, воспринимаемой при эксплуатации вагона.

У колесных пар вагонов, оснащенных дисковыми тормозами, на средней части оси устанавливаются по 2 или 3 тормозных диска.

Для безопасного движения вагона по рельсовому пути на ось 1 прочно насаживаются колеса 2 с соблюдением строго определенных размеров. Согласно п.148 Главы IX ПТЭ расстояние (L) между внутренними гранями колес у ненагруженной колесной пары должно быть в пределах:

• 1439–1443 мм - у пассажирских вагонов, эксплуатируемых со скоростью свыше 120 км/ч до 160 км/ч, а также у моторвагонного подвижного состава;
• 1437–1443 мм - у грузовых и пассажирсикх вагонов, эксплуатируемых со скоростью до 120 км/ч включительно.

Во избежание неравномерной передачи нагрузки на колеса и рельсы разность размеров от торца оси до внутренних граней ободов колес l одной колесной пары допускается не более 3 мм. Колеса, укрепленные на одной оси, не должны иметь разность диаметров D более 1 мм, что предотвращает односторонний износ гребней и не допускает повышения сопротивления движению.

Согласно п.148 Главы IX ПТЭ колесные пары железнодорожного подвижного состава должны подвергаться осмотру под подвижным составом и иметь в предусмотренных документацией местах поставленные знаки о дате и месте их изготовления и выполненных ремонтах.

Знаки и клейма ставят в местах, предусмотренных правилами маркировки. По клеймам, нанесенным на торцы осей и колеса, можно установить, каким заводом и когда были изготовлены ось, цельнокатаное колесо; когда и кем производилось формирование и полное освидетельствование колесной пары, а по клейму государства-собственника и коду - принадлежность тому или иному государству.

С целью обеспечения безопасности движения поездов ПТЭ установлены нормы допусков, износов и повреждений элементов колесных пар, при которых не допускается эксплуатация вагонов.

Для проверки состояния эксплуатируемых колесных пар, своевременного изъятия из-под вагонов колесных пар с дефектами, угрожающими безопасности движения, а также для проверки качества подкатываемых и отремонтированных колесных пар существует система осмотра и освидетельствования - полного и обыкновенного.

Осмотр колесных пар под вагонами производится на станциях формирования и оборота поездов в момент их прибытия с ходу (выявление ползунов, крупных выщербин, раковин и т.п.); после прибытия и перед отправлением; на пунктах технического обслуживания станции, где предусмотрена стоянка для технического осмотра вагонов; после крушений, аварий, столкновений - у неповрежденных вагонов; при текущем отцепочном ремонте.

Полное освидетельствование колесных пар выполняется с использованием специальных контрольно-измерительных инструментов и приборов (дефектоскопов) в следующих случаях:

• при формировании и ремонте со сменой элементов;
• при нечетких клейме и знаках последнего полного освидетельствования;
• через одну обточку колесных пар при предельном прокате и других неисправностях поверхности катания;
• при полной ревизии букс;
• при ремонте вагонов на вагоноремонтных заводах;
• у вагонов, поврежденных вследствие крушений, аварий и сходов.

По окончании полного освидетельствования колесные пары принимает представитель ОТК или колесный мастер, затем на них наносят установленные клейма и знаки, окрашивают и сушат. Клейма и знаки ставят на торцах оси в пределах контрольной окружности. Также необходимые записи вносятся в технические паспорта (формуляры) подвижных единиц.

Обыкновенное освидетельствование колесных пар выполняется при каждой их подкатке под вагон, если до этого они не подвергались полному освидетельствованию. После обмывки и очистки производят внешний осмотр колесной пары и проверку соответствия всех размеров и износов установленным нормам (без снятия буксовых подшипников). Колесные пары с роликовыми подшипниками подвергаются также промежуточной ревизии букс.

При подкатке колесных пар должна проводиться их регистрация в соответствующих журналах или паспортах.

Нормальная работа вагонов и безопасность движения поезда во многом зависят от исправности колесных пар. Чаще всего изнашиваются и повреждаются поверхности катания и гребни колесных пар. Для проверки состояния колесных пар осмотрщики вагонов в пунктах формирования и оборота поездов используют специальный контрольно-измерительный инструмент, в том числе:

• абсолютный шаблон - для измерения величины проката, глубины позуна и толщины гребня колеса;
• шаблон ВПГ - для определения вертикального подреза гребня;
• толщиномер - для измерения толщины обода колеса, величины проката и глубины ползуна;
• штанген РВП - для измерения расстояния между внутренними гранями ободов колес.

Основные требования, касающиеся норм содержания и ремонта колесных пар вагонов, а также неисправности, при наличии которых запрещается их эксплуатация, отражены в Главе IX ПТЭ, п.п. 152, 154).

Запрещается выпускать в эксплуатацию вагоны, колесные пары которых имеют:

• трещину в любой части оси или колеса;
• забоины, вмятины, кольцевые протертости средней части оси глубиной более 2,5 мм;
• задиры шеек или предподступичных частей оси;
• следы контакта с электродом или электросварочным проводом на оси или колесе, что может привести к их излому;
• ослабление ступицы на подступичной части оси, что может привести к сдвигу колеса.

• местные уширения обода колеса величиной более 5 мм;
• откол наружной грани обода колеса глубиной более 10 мм;
• кольцевые выработки на поверхности катания у основания гребня глубиной более 1 мм и шириной более 15 мм.

Толщина обода колеса уменьшается из-за износа в процессе эксплуатации и при обточках. Не разрешается эксплуатировать колесные пары вагнонов, имеющие толщину обода колеса по кругу катания менее:

• 22 мм - у грузовых вагонов, эксплуатируемых со скоростью до 120 км/ч включительно;;
• 30 мм – у пассажирских вагонов, эксплуатируемых со скоростью до 120 км/ч включительно;
• 35 мм – у пассажирских и грузовых вагонов, эксплуатируемых со скоростями от 120 до 140 км/ч включительно;
• 40 мм – у пассажирских вагонов, эксплуатируемых со скоростями от 140 до 250 км/ч включительно.

Прокатом колес называют естественный износ поверхности их катания вследствие трения о рельсы. При достаточно большом прокате гребень колеса может касаться болтов рельсовых скреплений, что представляет прямую угрозу безопасности движения. Поэтому к эксплуатации не допускаются вагоны, у которых колесные пары имеют равномерный предельный прокат, измеренный на расстоянии 70 мм от внутренней грани колеса глубиной более:

• 5 мм - при скорости свыше 120 км/ч у пассажирских и грузовых вагонов;
• 7 мм - при скорости до 120 км/ч включительно у пассажирских вагонов поездов дальнего сообщения;
• 8 мм - при скорости до 120 км/ч включительно у пассажирских вагонов поездов местного и пригородного сообщения;
• 9 мм - при скорости до 120 км/ч включительно у грузовых вагонов.

Ползунами называют стертые места (выбоины) на поверхностях катания колес, образующиеся при неправильном торможении, когда колеса, сильно зажатые тормозными колодками, перестают вращаться и "ползут" по рельсам ("идут юзом"). Ползуны - крайне опасный дефект, вызывающий сильные удары колес о рельсы при движении вагонов, разрушающие путь и ходовые части вагонов. О появлении ползуна можно судить по характерному ритмичному стуку колес о рельсы при движении.

Глубину ползуна определяют абсолютным шаблоном, либо толщиномером (аналогично определению проката) по разности промеров в середине выбоины (наиболее глубокой ее части) и в месте нормального проката колеса. Также, чтобы определить глубину ползуна, можно измерить его длину, после чего найти значение по специальной таблице. Так, ползун длиной 60 мм на колесе диаметром 950 мм имеет глубину 1 мм.

Колесные пары, имеющие ползун глубиной более 1 мм, к эксплуатации не допускаются. При выявлении ползуна в пути следовнания возможность и условия дальнейшего движения определяются исходя из величины выявленного ползуна и категории подвижного состава:

При обнаружении в пути следования у вагона, кроме моторного вагона моторвагонного подвижного состава, ползуна (выбоины) глубиной более 1 мм, но не более 2 мм разрешается довести такой вагон без отцепки от поезда (пассажирский со скоростью не свыше 100 км/ч, грузовой - не свыше 70 км/ч) до ближайшего пункта технического обслуживания (ПТО), имеющего средства для замены колесных пар. При выявлении ползуна величиной от 2 до 6 мм допускается следование вагона до ближайшей станции со скоростью не более 15 км/ч, а при величине ползуна от 6 до 12 мм - со скоростью не более 10 км/ч, где колесная пара должна быть заменена. При ползуне глубиной более 12 мм движение вагона осуществляется до ближайшей станции со скоростью не более 10 км/ч с вывешиванием, либо исключением вращения неисправной колесной пары.

Наличие позунов (выбоин) на поверхностях катания колес пассажирских вагонов при отправлении из пункта формирования или оборота не допускается.

Вертикальный подрез гребня - неисправность, вызванная нарушением геометрической формы гребня вследствие его повышенного износа. Вертикальный подрез гребня образуется, если имеется перекос рамы тележки, либо от несимметричной насадки колес на оси. Для выявления опасного вертикального подреза гребня применяют специальный шаблон ВПГ, либо абсолютный шаблон. Колесная пара не допускается к эксплуатации при вертикальном подреpе гребня высотой более 18 мм (т.е. если вертикальная грань шаблона ВПГ соприкасается с подрезанной поверхностью гребня на высоте 18 мм независимо от фактической толщины гребня).

Для уменьшения износа гребней и головок рельсов применяются автоматические рельсозмазыватели, устанавливаемые в кривых и распыляющие смазку (лубрикант) на наружный рельс при проходе колесных пар. Также применяются вагоны-рельсосмазыватели, курсирующие в составах пассажирских поездов, и рельсосмазывающие установки на грузовых локомотивах.

Остроконечный накат гребня - также неисправность, связанная с нарушением геометрической формы гребня колеса. Он образуется вследствие "выдавливания" металла на конце гребня из-за его сильных ударов о головку рельса. Наличие остроконечного наката на одном из колес может привести к сходу колесной пары на стрелочном переводе из-за набегания гребня на остряк, либо его проваливания в желоб между остряком и рамным рельсом (при наличии отставания остяка от рамного рельса на 4 мм или более). Не допускается эксплуатация колесной пары с остроконечным накатом гребня у любого из колес в зоне поверхности от точки, расположенной на расстоянии 2 ±0,1 мм от вершины гребня и до точки, расположенной на расстоянии 13 ±0,1 мм от поверхности катания.

Выщербиной называют небольшое местное углубление на поверхности катания обода колеса, появляющееся вследствие наличия ползуна. Выщербины могут также появиться из-за скрытых дефектов металла. К эксплуатации не допускаются колесные пары, имеющие на поверхности катания колес выщербину глубиной более 10 мм или длиной более 50 мм у грузовых вагонов и длиной более 25 мм у пассажирских. Трещины в выщербинах или расслоение металла, идущее вглубь, не допускаются.

В связи с повышением скоростей движения поездов и применением композиционных колодок участились повреждения поверхности катания колес в виде так называемых наваров, т.е. смещений металла, образующих возвышение на поверхности катания. Недопустима высота навара более 0,5 мм для колесных пар пассажирских вагонов и более 1 мм для колесных пар грузовых вагонов.

При включении грузовых вагонов в пассажирские поезда нормы содержания колесных пар должны удовлетворять нормам, установленным для пассажирских поездов.