2.1 Характеристика условий эксплуатации детали
К условиям эксплуатации относится нагрузка, скорость движения, температура окружающей среды, относительная влажность воздуха в %, запылённость воздушного потока, ударные и вибрационные воздействия на деталь.
Осевая нагрузка – 23-25 тс – грузовой вагон.
Скорость движения 80 км/ч – гружёный.
Температура окружающей среды от ˗ 50О С до + 50О С.
Относительная влажность воздуха до 100 %.
Силы от кузова вагона непосредственно воздействуют на надрессорную (шкворневую) балку через подпятник и скользуны или на соединительную балку тележки в зависимости от конструктивной её особенности.
В случае передачи нагрузки от кузова через подпятник надрессорная (шкворневая) балка тележки рассматривается как балка, свободно лежащая на двух опорах рессорных комплектах (рис. 8,а). При этом рассматриваются две схемы загружения балки:
Рисунок 8 – силы действующие на надрессорную балку: а – с опиранием кузова вагона на подпятник; б – с опиранием кузова на скользуны тележки.
От кузова вагона через подпятник передаются только вертикальная статическая нагрузка и вертикальные динамические силы, возникающие от колебания вагона на рессорах и сил инерции кузова. В этом случае боковые горизонтальные нагрузки на кузов не действуют;
Кроме вышеназванных сил к надрессорной (шкворневой) балке приложены вертикальные и горизонтальные усилия, вызываемые действием центробежной силы, возникающей при прохождении вагоном кривого участка пути расчётного радиуса, и давлением ветра, действующим в том же направлении, что и центробежная сила.
При движении вагона возникают следующие силы:
– ветровая – на боковую поверхность вагона;
– центробежная - при прохождении вагона в кривых участках пути;
– силы взаимодействия колёс с рельсами при вписывании вагона в кривую и на прямых участках пути;
– силы инерции.
Большую угрозу для безопасности движения поездов представляют не выявленные вовремя неисправности и дефекты ходовой части вагона. Поэтому большое значение имеет своевременный контроль и выявление неисправностей различными техническими средствами. Очень опасны поперечные трещины, которые могут при эксплуатации вагона привести к излому рамы вагона. Но есть дефекты, которые проявляются в структуре металла самой детали.
Это связано в основном с усталостью металла рамы тележки. При эксплуатации в боковых рамах и надрессорных балках происходит концентрация внутренних напряжений, которые изменяют свойства металла, в нём появляются микротрещины, позже они развиваются в одну большую трещину, которая в непредсказуемый момент приводит к излому и выходу детали из строя. Это приводит к внезапному отказу вагона.
Основными причинами аварий и крушений являются: изломы рельсов, неисправности рельсовой колеи, изломы шеек осей колёсных пар вагонов, изломы диска колеса, подрез гребня, излом боковых рам тележки, изломы и падения деталей вагонов. К излому рельсов, особенно в зимнее время, приводят динамические ударные нагрузки и дефекты рельсов при их изготовлении. Многократно возрастают эти нагрузки при прохождении вагонов с ползунами по кругу катания колёсных пар. Особую опасность представляют изломы шеек осей колёсных пар вагонов. Изломы шеек происходят из–за невыявления неисправностей буксового узла, некачественного их ремонта.
Основными неисправностями тележек являются износы трущихся деталей, трещины и изломы литых боковых рам и надрессорных балок, ослабление заклёпок фрикционных планок, разрегулировка зазоров скользунов и зазоров между направляющей боковой рамы тележки и роликовой буксы колёсной пары. На величину и интенсивность износов и повреждений решающее влияние оказывают правильный выбор материала деталей, соблюдение технологического процесса изготовления, ремонта и сборки тележек, своевременное выявление и устранение неисправностей.
Сильно изнашиваются наклонные поверхности и подпятники надрессорных балок. У подпятников наиболее быстро изнашиваются внутренние поверхности наружного бурта по оси, совпадающей с продольной осью вагона, и опорные поверхности. Их средняя интенсивность износа составляет соответственно 0,8 и 0,4 мм в год. При значительных износах создаются условия для относительного перемещения и соударения пятников и надрессорных балок и образования в них трещин. Это может привести к крушению поезда из-за больших ударно–динамических продольных нагрузок.
Износ фрикционного гасителя колебаний приводит к завышению клина относительно опорной плоскости надрессорной балки, что может привести к заклиниванию тележки в кривом участке пути.
Недостатком тележки является также то, что боковые рамы нежёстко связаны между собой надрессорной балкой и рессорными комплектами. Поэтому в ней возникают продольные забегания рам относительно друг друга, достигающие 15–20 мм. Величина их обусловлена зазорами в буксах и величиной горизонтальной деформации пружин. Такая конструкция рам вызывает также маятниковые колебания их относительно собственных продольных осей. В результате забегания рам возрастает интенсивность виляния тележки, что ухудшает плавность хода вагона. Маятниковые колебания рам приводят к перекосам подшипников, неравномерной передаче нагрузки на его элементы и снижению срока службы буксовых узлов. Большие продольные зазоры вдоль тележки приводят к забеганию одного колеса относительно другого у одной колёсной пары, что приводит к подрезу гребня колеса, а также может привести к сходу вагона в кривом участке пути.
Угрозу безопасности движения представляют конструктивные и технологические изменения при изготовлении детали вагона. Технологические отступления от ГОСТа приводят к концентрации напряжений в структуре металла детали и её внезапному излому. Конструктивные нарушения могут возникать в процессе проектирования вагона и его изготовления.