Разработка методической базы создания крестовин с запасом металла на износ

• Методика исследования износов крестовин стрелочных переводов промышленных железных дорог.
• Работа крестовин под подвижным составом
• Износы крестовин, эксплуатируемых на технологических путях металлургических заводов
• Обоснование идеи запаса металла на износ
• Методика определения средневзвешенного профиля колес технологического подвижного состава
• Методика проектирования продольного и поперечного профиля крестовины с запасом металла на износ.
• Выводы по главе

Методика исследования износов крестовин стрелочных переводов промышленных железных дорог.

Износ крестовин стрелочных переводов сверх допустимых норм ведёт к нарушениям взаимодействия частей стрелочных переводов между собой и с колёсами подвижного состава, повышает динамику этого взаимодействия, а вместе с тем и интенсивность износа взаимодействующих элементов.

Нормы допускаемого износа крестовин стрелочных переводов дифференцированы в зависимости от типа и значения пути, на котором они лежат, типа стрелочного перевода, а также от скоростей движения поездов (табл. 3.1).

Регламенти­рующий параметр	Тип	Значение парамет					ра, мм, для путей
	стрелоч­ного	главных при скорости движения, км/ч					главных при скорости	станцион­ных,
	перевода	121	101	81	61	41	движения 40 км/ч и	подъезд­ных и
		140	120	100	80	60	менее и приёмоот- правочных	прочих
Вертикальн ый износ сборных и цельнолитых крестовин	Р65 и тяжелее	5	5	6	6	8	10	12
	Р50	—	5	6	6	8	10	12
	Р43 и легче	—	—	5	6	6	10	12

Методика исследования износа крестовин заключается в определении траектории движения колеса по крестовинному узлу. Для этого производится снятие формы поверхности катания элементов рельсовых нитей, а затем графическое построение вертикальной траектории движения центра тяжести геометрически правильного колеса.

Поверхность катания имеет сложную форму и снятие продольного профиля только по какому-либо одному сечению не может характеризовать траекторию движения колеса. Поэтому снимается несколько продольных профилей от одной общей плоскости отсчетов.

Плоскость отсчетов создается путем поперечных (относительно рельсовой нити) перемещений двухметровой компораторной линейки (рис. 3.1) по поперечным планкам. Все части приспособления изготовлены специально и выверены на плите. [52]

Рейка 1 подставками опирается на поперечные планки 2, перемещаясь по которым, она может быть поставлена в любое положение над крестовиной.

Для фиксации относительного положения продольной рейки и поперечных планок на последних устанавливаются металлические линейки с ценой деления 1 мм. По этим линейкам берутся также отсчеты при перемещении рейки с одного продольного сечения на другое.

Поперечные планки устанавливаются по уровню: одна перед горлом крестовины, другая — в сечении сердечника 80 мм. Практика показывает, что в указанных местах усовики не изношены и поперечные планки оказываются в одной плоскости (с одним и тем же по отношению к крестовине поперечным уклоном). При измерении крестовин с припуском на износ поперечные планки устанавливались также по уровню.

Расстояния от плоскости отсчетов, создаваемой поперечными перемещениями двухметровой рейки, до поверхности катания элементов крестовины измеряются при помощи глубомера. Точность отсчетов до 0,1 мм. Промеры производятся в зоне перекатывания колес с усовика на сердечник. Учитывая ограниченные размеры рейки (2,0 м), для измерения I принимается зона, включающая участок от горла крестовины до сечения сердечника 70 мм.

В зоне измерений намечается 18 поперечных сечений (рис. 3.2) через N см друг от друга (ІV — знаменатель марки крестовины). Один поперечник назначался в горле крестовины через 0,6 N см. Продольные профили параллельно рабочей грани сердечника крестовины.

По каждому направлению движения колес по крестовине намечается 9 продольных профилей с интервалом в 10 мм (поперек головки усовика). Первый продольный профиль намечается в расстоянии 5 мм от рабочей кромки сердечника крестовины. Отсчеты ординат производятся в каждой точке пересечения продольных и поперечных сечений. Ординаты желобов не измеряются. Всего по каждому направлению движения колес по крестовине делается около 120 замеров. Пример записи результатов замера по крестовине приведен в табл. 3.2.

Продольные сечения	Поперечные сечения
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
I	55,4	55,6	55,2	55	—	—	—	—	—	—	56,8	57,4	58	57	54,2	54,1	54,7	55
II	53	53,7	53,3	52,8	52,3	54,9	—	—	—	—	—	56,3	56,5	56,2	52	52	52,2	53,2
III	52	52,6	53,2	51,7	51	50,6	50,2	—	—	—	—	—	56	54	51,1	51	51	52
IV	51,5	52,1	51,9	51,1	50,2	50,1	49,3	49,6	—	—	—	—	—	53,6	51,2	50,5	50,7	51,4
V	51,4	51,8	51,7	51,3	50	49,8	48,8	49	49,6	—	—	—	—	—	53	51	50,9	51
VI	52	50,7	51,6	51,5	51,5	49,3	48,6	48,8	49	50	52,2	—	—	—	—	53,4	51,5	51
VII	—	—	52,6	52	51,5	51,6	51,8	49	48,8	49	51	53	—	—	—	—	53	51,9
VIII	—	—	—	—	52,7	52	51,8	51,8	48,6	48,7	50	51,6	53,6	—	—	—	—	53,3
IX	—	—	—	—	51,1	52	52	52	51,8	48,3	48,5	50,5	51,5	53,6	—	—	—	—
По оси сердечника											59,9	56	56	54	50,4	50,2	50,7	50,6

Полученные ординаты поверхности катания в точках пересечения продольных и поперечных сечений позволяют построить в относительных отметках продольные и поперечные профили крестовины по всем замеренным сечениям. Все относительные ординаты отсчитываются от нижней кромки линейки, движение которой по поперечным планкам фиксирует общую плоскость отсчетов.

Для измерения износов крестовин на промышленных железных дорогах применяют линейку Журавского (рис 3.3), при помощи которой снимаются величины износа в расчётных сечениях сердечника крестовины.

Линейка Журавекого ставится на усовики перпендикулярно оси сердечника крестовины и переставляется от сечения 72,8 до сечения горла. Величины износов измеряются при помощи отвесов.

Работа крестовин под подвижным составом

Конструкция крестовинного узла отличается от конструкции пути на перегоне:

1. Наличием желоба в крестовинах со стационарными сердечниками и усовиками (рис. 3.3), при прохождении по которому в пределах зоны перекатывания колес с усовиков 1 на сердечник 2 происходит уменьшение площадки контакта колеса с рельсом. В результате чего увеличиваются контактные напряжения, и износ металла на поверхности катания крестовины протекает более интенсивно.

Вертикальной неровностью в зоне крестовины в месте перекатывания колеса с усовика на сердечник и наоборот (рис. 3.4, а); 3. Наличием углов удара (3₀ ^в горизонтальной плоскости в усовики и в контррельс; неравноупругостью элементов крестовинного узла; наличием контррельса. [54]

Эти особенности вызывают дополнительные динамические воздействия на элементы крестовины при проходе подвижного состава, а также возникновение непогашенных вертикальных и горизонтальных ускорений. В основном уровень динамических эффектов во взаимодействии пути и подвижного состава можно характеризовать вертикальными и горизонтальными неровностями в крестовинном узле.

Из рис. 3.4, а видно, что колесо с неизношенным коническим бандажом, следуя по крестовине «против шерсти» из положения I в положение V, постепенно сходит с усовика; ширина полосы накатывания на усовик постепенно уменьшается и одновременно с этим вследствие коничности бандажа колесо опускается ниже. При дальнейшем следовании колесо переходит на сердечник, постепенно поднимается и ширина полосы

накатывания на сердечник увеличивается. В положении III (рис. 3.4, б) бандаж находится еще на усовике, а в положении IV может располагаться полностью на сердечнике или при максимально изношенных колесах почти точечно опираться на край усовика.

На рис. 3.4, б показаны отдельные положения неизношенного вагонного колеса (сплошными линиями) и с максимальным прокатом бандажа (штриховыми линиями) в неизношенной цельнолитой крестовине.

Во избежание удара колеса в острие сердечника и для возможности накатывания его с усовика на сердечник или с сердечника па усовик в целях уменьшения неровности для движения в пределах крестовины и в конечном счете для обеспечения более плавного прохождения подвижного состава острие и поверхность катания сердечника с конца понижают, а поверхности катания усовиков повышают (в цельнолитых крестовинах и сборных с литым сердечником обшей отливки с изнашиваемыми частями усовиков).

Износы крестовин, эксплуатируемых на технологических путях металлургических заводов

Объекты стрелочного хозяйства как ведомственных, так и вневедомственных железных дорог обладают самыми низкими сроками службы по сравнению с остальными участками путей. Из-за повышенного динамического воздействия подвижного состава срок службы крестовин стрелочных переводов значительно меньше, чем у других элементов. В условиях больших нагрузок (до 560 кН на ось) на заводских железных дорогах эксплуатационный ресурс крестовинного узла стрелочного перевода составляет не более 60 млн. тонн брутто пропущенного тоннажа. Вертикальный износ крестовины достигает 10 мм и по нормам износа такая крестовина подлежит замене. Для сравнения эксплуатационный ресурс остряка стрелочного перевода составляет 125 млн. тонн брутто, путевого рельса — 500 млн. тонн брутто пропущенного тоннажа. В этой связи увеличение эксплуатационного ресурса крестовины стрелочного перевода является актуальной и значимой задачей развития ведомственного железнодорожного транспорта. [28]

В поисках перспективных направлений повышения износостойкости крестовин специалисты кафедры «Промышленный и городской транспорт» ЛИИЖТа (ныне ПГУПСа) опираются на материалы многочисленных эксплуатационных наблюдений за работой стрелочных переводов, которые эксплуатируются в условиях промышленных предприятий различных видов производств. Особенно ценными являются результаты наблюдений, проводимых независимо друг от друга специалистами самого университета и творческими бригадами сторонних организаций. В первую очередь — Промтрансниипроект, который многие десятилетия является партнером университета в решении транспортных проблем отдельных промышленных предприятий и целых производственных отраслей. Сравнение этих результатов позволяет оценивать достоверность получаемых научных данных.

Наблюдения проводились на одних и тех же промышленных предприятиях: на Енакиевском, Мариупольском и Челябинском металлургических заводах, Орско-Халиловском металлургическом комбинате и Соколово-Сорбайском ГОКе. Под наблюдением одновременно находилось 120 стрелочных переводов типа Р65, уложенных на путях перевозки чугуна, стали и горной массы. Из них 60 переводов марки 1/7, 50 переводов марки 1/6 и 10 переводов марки 1/5. Замеры выполнялись в течении 10 лет с периодичностью 2 раза в год со дня укладки до выхода из строя наблюдаемых стрелочных переводов.

Обработки материалов наблюдений выполнялись по одной и той же методике, предусматривающей аппроксимацию результатов измерений уравнение вида:

А/г = Л * Т^в,

• где Д/1 — вертикальный износ в мм;
• Т- пропущенный тоннаж в млн. тонн брутто;
• А и В — коэффициенты аппроксимации.

Различие заключалось в том, что специалистами университета кривые зависимостей строились только для наиболее интенсивно изнашиваемых сечений сердечников и усовиков.

Промтрансниипроект для целей проектирования понадобились усредненные зависимости износа крестовин без разделения путей на группы, где кривые строились по каждому характерному сечению крестовины. Во втором случае процесс камеральной обработки материалов наблюдений оказался более трудоемким, но в дальнейшем результаты этой обработки оказались полезными при совершенствовании формы продольных профилей крестовин с целью существенного повышения сроков их службы.

Ниже на рис. 3.5 и рис. 3.6 проводится сравнение результатов эксплуатационных наблюдений, выполненных специалистами института Промтрансниипроект [78, 79] и ЛИИЖТ [56], представленные в виде графических зависимостей износов крестовин стрелочных переводов от пропущенного по ним тоннажа в миллионах тонн брутто.

Рисунок 3.5 -Данные Промтрансниипроект по износу элементов: а) — сердечников, б) -усовиков

Воспользовавшись зависимостями вертикального износа от пропущенного тоннажа, мы можем получить ординаты этого возвышения в зависимости от установленных допусков на износ крестовины. Так если допуск на вертикальный износ сердечника крестовины в сечении 40 мм установлен равным 9 мм, из точки пересечения ординаты, соответствующим этому допуску с кривой сеч. 40 опускаем вертикаль на ось абсцисс (рис. 3.7).

Ординаты точек пересечения вертикали с кривыми зависимостей дают нам возвышения базовой кривой отсчёта для построения продольных профилей крестовины в соответствующих сечениях.

На основании результатов исследований износов крестовин стрелочных переводов институтов Промтрансниипроект и ЛИИЖТ (см. рис. 3.5 и 3.6) построены графики зависимости износа крестовины от пропущенного тоннажа (рис. 3.8). При построении графиков износа была рассмотрена крестовина марки 1/9, так как крестовины этой марки являются наиболее распространенными на ведомственных железных дорогах Российской Федерации.

Рисунок 3.8 — График зависимости износа крестовины от пропущенного тоннажа

Как видно из графика, в процессе работы крестовины под поездами в зоне перекатывания колес с усовиков на сердечник образуется вертикальная неровность траектории типа «впадина». Крестовина изымается из пути, как правило, по вертикальному износу именно в этой зоне. При построении графика износа крестовины в масштабе относительно плана крестовины (рис. 3.9) можно отметить максимальное значение износа в практическом сечении крестовины (п ц.к. сеч. 10). Это связано с уменьшением площадки опирания колес на поверхность крестовины при перекатывании колес с усовиков на сердечник. В этой зоне наблюдаются максимальные контактные напряжения и износ крестовины идет интенсивнее.

Рисунок 3.9 — Вертикальный износ крестовины в расчетных сечениях

Глубина и форма впадины зависят от величины вертикального износа, а также от конструкции и марки крестовины. Преодолеваемая колесом впадина зависит также от формы и степени износа бандажа и от положения его в плане.

При проходе колеса по изношенной крестовине происходит явление, подобное просадкам или толчкам, при которых, как известно, наблюдаются усиленные расстройства пути.

В связи с вышесказанным, в центре внимания теории проектирования крестовин всегда оставались вопросы оптимизации их продольных и поперечных профилей в зоне перекатывания колес с усовиков на сердечник и обратно.

В начале уклоны поверхностей катания усовиков и сердечников, а также их взаимное положение в зоне перекатывания назначались в соответствии с уклонами бандажей новых колес 1/20. Затем послужило предложение учитывать при проектировании крестовин то, что фактически средневзвешенный уклон изношенных колес, обращающихся по крестовинам, существенно отличается от 1/20. Так для ведомственных железных дорог он составляет порядка 1/9.

Обоснование идеи запаса металла на износ

В 60-е годы прошлого века на кафедре «Промышленный и городской транспорт» предложена идея создания дополнительного создания запаса металла на износ в зоне перекатывания колёс с усовиков на сердечник (см. п. 2.3).

Обоснованность применения подобных конструкций была нами проверена расчётами сил взаимодействия крестовины с колёсами, проходящими по неровностям путей противоположных знаков (типов «бугор» и «впадина»), имеющих примерно идентичные геометрические параметры. Данные расчёты были выполнены специалистами ЛИИЖТа под руководством В. И. Абросимова [1].

ЭВМ. Принятые расчёты приведены в табл. 3.3. Диаграммы динамических сил и ускорений, полученные в результате расчётов по наиболее характерным неровностям, приведены на рис.

Неровность	Скорость, км/ч	Силы, т			Ускорения, м/с2
		Р2	Рз	Р5	Vм У 2	У»з	У»5
Бугор (№444)	50	8	7	6	57	35	4
	100	10	10	10	76	45	13
Впадина (№403)	50	8	7	6	63	50	13
	100	15	16	11	133	90	22

При расчётах возмущающим фактором принимались траектории перекатывания центра тяжести колеса по этим неровностям. Вид основных неровностей и их геометрические характеристики, принятые для оценки динамических сил, приведены на рис. 3.10. Для сравнения приведены 2 типа крестовин: одна с неровностью типа «бугор» (№ 444), как модель для исследования крестовины с запасом металла на износ; другая с неровностью типа «впадина» (№ 403), наиболее распространённая неровность поверхности крестовины на путях необщего пользования.

При движении колёс по неровностям величина сил давления на поверхность катания рельсовых нитей зависит от геометрических параметров неровностей, скорости и направления движения поезда.

Теоретические расчёты были проведены для скоростей движения до 200 км/ч. Поскольку идея применения крестовин с запасом металла на износ актуальна для промышленных железных дорог, приведены данные динамических сил и ускорений для скоростей движения до 100 км/ч.

Анализ результатов расчётов сил взаимодействия колес с поверхностью катания показывает, что наиболее неблагоприятными неровностями в изношенных крестовинах будут неровности, имеющие вид «впадины» (неровность № 403). В данном случае, силы достигают 15 тонн, а ускорения на буксе порядка 22 g. Значительные ускорения в этом случае реализуются на ободе колеса и в головке рельса, они достигают 133 g.

Что касается крестовин с неровностями типа «бугор», то значение силы не превышает 10 тонн, ускорения на буксе составляет 13 g, ускорения на ободе колеса и в головке рельса — 76 g.

На основании диаграмм (рис. 3.11) и по данным таблицы 3.3 построены сравнительные графики динамических сил и ускорений, возникающих в различных расчётных сечениях (рис. 3.12, 3.13). При всех скоростях на неровностях типа «бугор» динамические силы и ускорения во всех рассмотренных сечениях гораздо выше, чем на неровности типа «впадина». Следовательно, неровность типа «бугор» обеспечивает более плавный проход экипажа по поверхности крестовины, нежели неровность типа «впадина». Есть все основания не делать никаких обоснований при создании дополнительного запаса на износ на крестовинах в зоне перекатывания, равным по величине износу, который установлен для данного участка пути.

Правилами технической эксплуатации предусматриваются нормы вертикального износа сердечников крестовин, где ширина сердечника 40 мм: на главных путях — 6 мм, на приемоотправочных — 8 мм, на прочих путях — 10 мм.

Специалистами ЛИИЖТа было сделано обоснование допускаемых норм износа на основе взаимодействия колёс и элементов стрелочных переводов в зависимости от их конструкции и скорости движения (рис. 3.12). В местах прохода подвижного состава с усовиков на сердечник из-за местных неровностей на поверхности катания возникают колебания экипажей. Поэтому перекатывание колёс по неровности рельсовой нити вызывает появление значительных ускорений неподрессоренных масс колеса и буксы и соответственно значительные дополнительные усилия.

Рисунок 3.12 — Нормы вертикального износа крестовин в зависимости от скорости движения и конструкции крестовины (сплошная линия — приемоотправочные пути, штрихпунктирная — главные, пунктирная — прочие).

Анализ взаимодействия пути и подвижного состава при перекатывании колеса по неровностям рельсовой нити, образующейся в пределах стрелки и крестовины, а также расчёты на основе геометрических размеров позволили специалистам ЛИИЖТа рекомендовать новые нормы вертикального износа крестовины. В соответствии с этими рекомендациями выполнен расчёт крестовин марок 1/9, 1/7, 1/5 типа Р65 с запасом металла на износ для промышленных железных дорог, на которых скорость движения обычно составляет 20-40 км/ч. Вывод формул, по которым рассчитывались ординаты возвышения продольного профиля приведен в главе 4. Результаты расчёта крестовины марки 1/9 представлены в приложениях 2-4, крестовины марки 1/7 в приложении 7, марки 1/5 в приложении 8. Для марки 1/9 параметр допуска на вертикальный износ Б принят 10 мм, для 1/7-8 мм, для 1/5-6 мм. [51]

Методика определения средневзвешенного профиля колес технологического подвижного состава

Величина неровности рельсовой нити зависит: от конструкции и марки крестовины; допусков и качества ее изготовления; от формы износа поверхности катания элементов крестовины; положения в плане колесной пары; формы износа колеса и других причин.

Форма износа поверхности катания элементов крестовины в свою очередь зависит от типа обращающегося подвижного состава, скоростей движения поездов, формы износа обращающихся колес, места укладки перевода и сторонности движения, интенсивности движения по прямому и боковому пути и многих других факторов.

При движении колеса, имеющего седлообразный износ, в траектории перемещения центра тяжести колеса появляется ступенька, место расположения и величина которой зависят от форм износа крестовины и колеса. На рис. 3.13 показано появление этой ступеньки. В зоне сечения 1-1 центр тяжести колеса поднимается вверх, а в сечении II — II между поверхностью катания колеса и сердечником крестовины появляется просвет. Сходя с усовика, колесо как бы падает и ударяется в сердечник. В этом месте и появляется в траектории ступенька. Дальше колесо катится по сердечнику (сечение III-III). [52]

Рисунок 3.13 — Схема износа крестовины и колеса

Вертикальный износ сердечника, мм	0-0,9	1-1,9	2-2,9	3-3,9	4-4,9	5-6	6,1-7	Более 7
Кол-во исследованных крестовин	33	25	25	25	25	25	8	4

Результаты измерений траекторий крестовин с литым сердечником и изнашивающимися частями у совиков типа Р65 марки 1/11 представлены в табл. 3.4. Исследованная партия крестовин имела в основном износ сердечника (в сечении 40 мм) до 6 мм, а отдельные экземпляры до 11 мм.

Во избежание такого положения, профиль крестовин следовало бы проектировать под профиль колеса с некоторым износом. Для магистрального транспорта очертания среднего по сети бандажа установлены. Однако, выполнявшиеся в последние годы выборочные проверки колес, находящегося в эксплуатации специального подвижного состава металлургических заводов показали, что их профили значительно отличаются от среднесетевого на путях общего транспорта, причем из-за недостаточного количества измерений каких-либо стабильных закономерностей износа этих колес выявить не удалось.

Таким образом, для решения основной задачи данной работы — продления срока службы крестовин за счёт совершенствования их продольного и поперечного профилей — необходимо предварительно установить средние очертания колес специального подвижного состава промышленных предприятий.

Наиболее трудоемкой частью работы является определение формы среднего износа бандажей специального подвижного состава промышленных предприятий.

В настоящее время съемка профилей бандажей производится чаще всего с помощью профилографов различных видов, позволяющих получить полное очертание поперечного сечения бандажа, зафиксировать сплавы его боковых граней, конфигурацию изношенного гребня и всей поверхности катания. Недостатками такого способа являются:

Сравнительная трудоемкость каждого замера, которая обуславливается необходимостью затраты значительного времени на установку профилографа на каждом бандаже, обводку профиля и снятие прибора, перемотку ленты.

— Недостаточная точность в фиксировании уклонов поверхности катания, поскольку базис для измерения отметок профиля строится по двум боковым плоскостям измеряемого колеса, снятых на довольно короткой длине. При этом каждая из плоскостей может иметь местные неровности из- за неточности изготовления и наличия деформаций. К тому же при установке на глаз прибор может быть закреплен в наклонном положении, не радиально, что также дает некоторые искажения профиля.

Учитывая необходимость съемки профилей большого количества бандажей и то, что эта съемка должна производится в условиях действующих заводов, где продолжительность стоянки экипажей определяется требованиями технологических перевозок, при проведении настоящей работы использовался фотометод. [79] Для этих целей было изготовлено специальное приспособление (рис. 3.16), позволяющее с большой точностью фиксировать базис отсчета и производить фотографирование каждого бандажа в считанные минуты.

Рисунок 3.16- Приспособление для измерения износа бандажа

Приспособление состоит из плоского основания 1, перпендикулярно к которому крепятся фотоаппарат 2, масштабная линейка 3, упор 4 и экран 5. При съемке основание прижимается к внутренней плоскости колеса, при этом линейку и упор опирают на гребень.

Упор может устанавливаться в одном из четырех положений, соответствующих диаметрам колес 650, 850, 950 и 1050 мм.

При установке приспособления на колесе оптическая ось объектива проходит по касательной к поверхности катания колеса в сечении линейки или на 5-15 мм ближе к аппарату.

При съемке получается изображение профиля бандажа и линейки, расположенной перпендикулярно плоскости катания колес. Линейка является базой, от которой производится измерение уклонов поверхности катания. Для определения ширины бандажа служит движок 6 на линейке, которые перед съемкой прижимается к наружному краю колеса. Ширина бандажа записывается по отсчету, соответствующему положению движка на линейке.

Недостатком данного метода является невозможность непосредственного определения абсолютного значения износов бандажей. Однако, для разработки оптимальных профилей крестовин в этих данных нет необходимости — для этого нужно знать только подуклонку поверхностей катания бандажей. В связи с этим описанный метод был использован для определения уклонов поверхностей катания бандажей. Результаты фотометода были проверены контрольными измерениями специальным прибором (рис. 3.17). Контрольные измерения показали высокую точность метода фотосъемки бандажей.

Рисунок 3.17. Результаты измерения износа бандажа (а — при помощи угольника и глубиномера, б — фотометод)

Методом фотосъемки были сняты профили колес четырех металлургических заводах. Данные о количестве и типах сфотографированных бандажей по заводам приведены в таблице 3.5

Ш9 К> В результате данного обследования установлено, что уклоны поверхности катания колес специального подвижного состава колеблются в весьма широких пределах: от 0 до 1/15. Средневзвешенный уклон бандажей колесных пар, обращающихся на путях промышленного железнодорожного транспорта, составляет 1/9.

Таблица 3.5

№	Предприятие	Количество колес
		Слитковозных тележек			Чугуновозов			Шлаковозов			Итого по кажд. предр-ю
		Всего по заводу	Снято		Всего по заводу	Снято		Всего по заводу	Снято		Всего по заводу	Снято
			шт.	%		шт.	%		шт.	%		шт.	%
1	Ждановский металлургичес кии завод	4140	220	5,3	568	143	25,2	928	49	5,3	5636	412	7,3
2	Макеевский металлургичсс кий завод		496			32			168			696
3	Челябинский металлургииее кий завод	4404	860	19,5	528	164	31	656	381	58,1	5588	1405	25,1
4	Оско- Халиловский металлургичес кий комбинат	2240	237	9,5	320	41	12,8	368	50	13,6	2928	328	11,2
	Итого по каждому виду экипажей	10784	1813	16,8	1416	380	26,8	1952	648	33,2	Всего: 2841

Методика проектирования продольного и поперечного профиля крестовины с запасом металла на износ.

Главной особенностью проектирования продольных профилей крестовины с запасом металла на износ является форма траектории движения по ней колес, которая является базисной линией для расчёта координат профилей. У крестовин традиционных конструкций она прямолинейная по всей длине, а у крестовины с запасом металла на износ имеет возвышение на участке зоны перекатывания колес с сердечника на усовики и обратно. Кривая запаса металла на износ зеркально отображает кривую поверхности катания (рис. 3.18) предельно изношенной крестовины.

Рисунок 3.18— Прототип зеркального отображения кривой возвышения кривой износа

Построение продольного и поперечного профилей крестовины с запасом металла на износ ведется следующим образом:

1. На основании исходных данных вычисляются координаты возвышения профиля на участке зоны перекатывания.
2. По координатам строится продольный профиль крестовин
3. Определяются отметки границ поверхностей катания:

• в сечении горла крестовины
• в сечении математического центра (м.ц.к.)
• в сечении практического центра (п.ц.к.)
• в сечении сердечника 20 мм
• в сечении сердечника 30 мм
• в сечении сердечника 40 мм
• в сечении сердечника 50 мм
• в сечении сердечника, равного ширине головки рельса (72.8).

4. Построение в тех же характерных сечениях поперечных профилей крестовины.

Рисунок 3.19 — Поперечный профиль крестовины, спроектированной под изношенный бандаж.

Данная методика проектирования профилей крестовины может быть применена как для всего железнодорожного транспорта необщего пользования, так для отдельных промышленных предприятий. По ней были разработаны продольные и поперечные профили крестовин марок 1/9, 1/7, 1/6 и 1/5 для стрелочных переводов промышленного транспорта (см. приложение 1).
Для увеличения срока службы крестовинного узла предлагается проектирование крестовин с учетом износа бандажей колесных пар, обращающихся по ним, а именно, создание запаса металла на износ в усовике крестовины. На рис. 3.19 показан поперечный профиль крестовины. Запас металла (3) усовика (5) относительно сердечника (4) образован между 2-мя проектными профилями крестовины: профилем для неизношенного бандажа колесной пары с уклоном 1/20 (1) и профилем с учетом средневзвешенного износа бандажа колесной пары с уклоном 1/9 (2).

Обоснование математической зависимости для описания формы продольного профиля крестовины с запасом металла на износ в пределах зоны перекатывания приводится в главе 4.

Выводы по главе

1. Приведены нормы допускаемого износа крестовин стрелочных переводов в зависимости от типа и значения пути, на котором они лежат, типа стрелочного перевода, а также от скоростей движения поездов.

Описана методика исследования износа крестовин стрелочных переводов при помощи компораторной линейки, разработанной на кафедре «Промышленный и городской транспорт»

2. Результаты исследования зависимостей износов крестовин от пропущенного тоннажа показали, что темпы развития вертикального износа в зоне перекатывания колес с усовиков на сердечник и обратно существенно (в 3 — 4 раза) превышает скорость этого процесса на остальной части крестовины. С увеличением глубины неровности типа «впадина, которая постепенно развивается в данной зоне в процессе эксплуатации, ухудшает плавность прохода экипажей, повышается уровень динамического взаимодействия колес с крестовиной, что ещё больше ускоряет её износ.
3. Одна из причин такого положения заключается в том, что поперечные профили современных крестовин проектируются под уклоны новых колес 1/20 без учёт изменения их формы в процессе эксплуатации. Это приводит к неоправданному завышению контактных напряжений в системе взаимодействия «колесо — рельс» и , как следствие, к ускорению износа поверхностей катания как колеса, так и крестовины в зоне перекатывания, где площади опирания колес на крестовины уменьшены, вследствие наличия желобов.
4. В данной главе рассмотрена методика измерения средневзвешенного износа бандажа колесных пар. Приведены результаты измерений бандажей колесных пар. Сделан вывод, что форма износа бандажей колесных пар промышленного железнодорожного транспорта более однообразна, чем на транспорте общего пользования. Выявлено, что средневзвешенный уклон бандажей колесных пар, обращающихся на путях промышленного железнодорожного транспорта, составляет 1/9.
5. Вторая причина быстрого выхода крестовин из строя вследствие ускоренного развития неровности в зоне перекатывания объясняется тем, что традиционный подход к разработке её продольного профиля не позволяет учесть неравномерность распределения интенсивности вертикальных износов по её длине.
6. Причины, указанные в п. 3 и 5 свидетельствуют о том, что в применении к путевым конструкциям ведомственных железных дорог современные методы разработки профилей крестовин безнадёжно устарели. И если для устранения этого пробела в отношении поперечных профилей достаточно выполнить рекомендации, приведенные в разделе 3.4 данной главы, то разработка более совершенной методики проектирования продольных профилей крестовин требует серьёзных научных обоснований и теоретических исследований. Этому посвящены последующие главы диссертации.