POJAZDY SZYNOWE 2/2014 - m8.mech.pk.edu.plm8.mech.pk.edu.pl/~sowa/pdf/Sowa_Sowiński_PK.pdf ·...

POJAZDY SZYNOWE 2/2014

OBRAZ NIEZDATNOŚCI POJAZDÓW SZYNOWYCH W BADANIACH NA

STANOWISKU TENSAN/PLW

dr inż. Andrzej Sowa1, mgr inż. Mariusz Sowiński

2

1 Politechnika Krakowska, Wydział Mechaniczny, Instytut Pojazdów Szynowych

2 PKP Intercity S.A. Zakład Południowy

e-mail: [email protected]

Słowa kluczowe: pojazdy szynowe, obsługiwanie, diagnostyka techniczna, badania nacisków kół, ocena

stanu technicznego.

Streszczenie

Artykuł dotyczy zagadnień związanych z istotnymi badaniami diagnostycznymi pojazdów szyno-

wych przeprowadzanymi na stanowisku TENSAN/PLW podczas obsługiwania tych pojazdów

w ramach przeglądów należących do odpowiednich poziomów utrzymania. Stanowisko to po-

zwala na zmierzenie i zarejestrowanie nacisków jakie są wywierane na szyny przez poszczegól-

ne koła osi pojazdu, która poddawana jest wichrowaniu. Uzyskane wyniki są przedstawiane

w formie pętli histerez, których postać pozwala na identyfikację szeregu niezdatności wynikają-

cych zarówno z procesów zużycia i uszkodzeń elementów układu biegowego pojazdu szynowego,

niewłaściwego lub braku smarowania w węzłach ruchomych tego układu, jak również z niewła-

ściwego doboru charakterystyk elementów sprężystych albo niewłaściwej regulacji zawieszenia.

W artykule przedstawiono w związku z tym grupy cech pierwotnych i wtórnych pozwalających

na ocenę stanu technicznego pojazdu badanego i w efekcie na podejmowanie decyzji o dopusz-

czeniu go do ruchu. Cechy te umożliwiają ocenę prawidłowego przebiegu pętli histerez, a także

zróżnicowania nacisków kół dla osi, wózków i całego pojazdu szynowego. W tym celu przedsta-

wiono zasady oceny kształtu pętli histerez oraz wartości kryterialne cech wtórnych obliczanych

na podstawie tych pętli. Dla serii lokomotyw elektrycznych ET22, której pojazdy miały najwięk-

szy udział w badaniach przeprowadzonych w latach 1999-2007 omówiono także zestawienia

ilościowe typowych kategorii niezdatności układu biegowego tych pojazdów. Wyodrębnionymi

kategoriami niezdatności były: nieprawidłowe naciski, nieprawidłowe luzy, nieprawidłowości

smarowania, nadmierny nacisk, odrywanie się koła od szyny. Omówiono także przykłady pętli

histerez w pojazdach, w których stwierdzono występowanie tych kategorii niezdatności.

1 WPROWADZENIE

Do najistotniejszych zdań diagnostyki technicznej należą badania tych cech pojazdów

szynowych, które mają istotny wpływ na bezpieczeństwo ruchu na liniach kolejowych. Wynika

to nie tylko z tendencji do podnoszenia prędkości jazdy pociągów ale także z tego, że dąży się

do ograniczania częstości podejmowania określonych czynności obsługowo-naprawczych

współczesnych pojazdów. Wymaga to w tej sytuacji systematycznego przeprowadzania oceny

stanu technicznego ważnych układów pojazdów za pomocą pokładowych bądź przytorowych


urządzeń monitorujących, a także poprzez badania na wyspecjalizowanych stanowiskach w

ramach obsług pojazdów należących do poszczególnych poziomów utrzymania. Przykładem

tych ostatnich działań są badania nacisków kół pojazdów szynowych przeprowadzane na specja-

listycznym stanowisku TENSAN/PLW.

Pomiar nacisków zestawów kołowych pojazdów szynowych na tym stanowisku prze-

prowadza się dla pojazdu ustawionego w całości lub w części na wypoziomowanych modułach

wymuszająco-pomiarowych „MWP” (każdy zestaw kołowy na oddzielnym module). Naciski

mierzy się metodą tensometryczną w sposób ciągły podczas przemieszczania w górę i w dół na

przemian koła prawego i lewego ze stałą prędkością 1 [mm/s]. Zakres unoszenia i opuszczania

kół zmienia się w zależności od budowy pojazdu i możliwości technicznej przemieszczania się

korpusu łożyska w ramach I stopnia usprężynowania (najczęściej ± 30 [mm]). W 95% pojazdów

szynowych przemieszczanie to jest wystarczające do uzyskania histerezy nacisków kół na szy-

nę. Uzyskane wyniki każdego cyklu pomiarów, przedstawione w postaci graficznej jako pętle

histerezy, sporządzane są na jednym wykresie dla koła przemieszczanego (aktywnego) i nieru-

chomego, pozostającego na poziomie h=0 (koło pasywne). Obrazy tych pętli histerez są pod-

stawą dopuszczenia pojazdu szynowego do ruchu, ale jednocześnie mogą być wykorzystane do

zidentyfikowania różnego rodzaju nieprawidłowości w funkcjonowaniu układu biegowego w

badanym pojeździe.

2 KRYTERIA OCENY STANU TECHNICZNEGO POJAZDU SZYNOWEGO W BA-

DANIACH NACISKÓW KÓŁ

Badania nacisków na stanowisku TENSAN/PLW są przeprowadzane według ściśle usta-

lonych procedur zapewniających uzyskanie wiarygodnych i powtarzalnych wyników. Układ

sterowania stanowiskiem oprócz realizacji tych procedur zabezpiecza układ usprężynowania

pojazdu szynowego przed przekroczeniem w trakcie pomiarów nacisków dopuszczalnych (max

210 [kN] na koło), po osiągnięciu których system samoczynnie zmienia kierunek wichrowania.

Podstawowy algorytm pomiarowy jest realizowany następująco (rys. 1):

a) wichrowanie aktywnych kół po stronie 1 (licząc od czoła pojazdu szynowego – kabina

A, prawa strona), czyli dla każdego koła:

cykle 1 i 2 – uruchomienie układu (bez rejestracji histerez),

cykle 3, 4, 5, 6 – wichrowanie właściwe z zapisem wyników pomiarów,

b) wichrowanie aktywnych kół po stronie 2 (licząc od czoła pojazdu szynowego – kabina

A, lewa strona) , tj. dla każdego koła:

cykle 7 i 8 – uruchomienie układu (bez rejestracji histerez),

cykle 9, 10, 11, 12 – wichrowanie właściwe (zapis pomiarów).

Wyniki pomiarów uzyskane w trakcie wichrowania pozwalają na przedstawienie zmian

wartości nacisków kół na szyny w zależności od przemieszczenia się koła aktywnego względem

położenia poziomego (h=0). Są to pętle histerezy zawierające dwa łuki rozgraniczone cięciwą

poprowadzoną pomiędzy jej wierzchołkami (rys. 2).


Rys. 1. – Cykle przemieszczania kół w trakcie badania nacisków na szyny (hmax – amplituda)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

koło 41 koło 42

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

koło 41 koło 42

Pozycja[mm]

Pozycja[mm]

dH42p

dHa

Nacisk[kN][kN]

Q42p 41Q

p

dH42a

Q42a

0

Łwk

C

Łwp

Nacisk

dH41p

Q41a

41

Rys. 2 – Przykładowy widok pętli histerez rozkładu nacisków kół podczas wichrowania 4 osi pojazdu szynowego;

naciski i szerokości pętli histerezy na torze poziomym dla koła odpowiednio: aktywnego Qi,ja i dHi,j

a oraz pasywnego

Qi,jp i dHi,j

p, C – cięciwa wierzchołków histerezy, Łwk – łuk wklęsły, Łwp – łuk wypukły (na podstawie [3])

Łuk wypukły Łwp (zgodnie z definicją zawartą w [1]) pętli histerezy przedstawiony na

rys. 2 to w istocie przebieg funkcji odwrotnej do wykresu zależności nacisku od przemieszcze-

nia koła aktywnego podczas jego podnoszenia hQpa

ji , , czyli:

hQpa

ji

1

,wpŁ (1)

a łuk wklęsły Łwk przedstawia przebieg funkcji odwrotnej do wykresu zależności nacisku od

przemieszczenia koła aktywnego podczas jego opuszczania hQoa

ji , :

hQoa

ji

1

,wkŁ (2)

Strona „1” zestawu kołowego (prawa) Strona „2” zestawu kołowego (lewa)

h = hmax

h = 0

h = - hmax

7

9 10

11 12 8 1

3 4

5 6 2


gdzie: a – oznaczenie koła aktywnego,

i – numer osi,

j – numer strony pojazdu j=1 lub j=2 wg zasad jak wcześniej.

Z wymienionych dwu typów łuków składa się również pętla histerezy uzyskana dla koła

pasywnego. W rzeczywistości jednak łuki pętli histerezy mogą znacząco odbiegać od postaci

przedstawionej na rys. 2. Na ich inny przebieg mogą mieć wpływ różnego rodzaju wymienione

wcześniej niezdatności układu biegowego powstałe wskutek procesów zużycia, uszkodzeń lub

niewłaściwej regulacji elementów tego układu, albo niewłaściwego doboru charakterystyk ele-

mentów sprężystych w układzie sprężynowania pojazdu. Wyniki badania nacisków kół, uzyska-

ne w trakcie pomiarów na stanowisku TENSAN/PLW stanowią wobec tego podstawę do oceny

stanu technicznego układu biegowego pojazdu szynowego, a w konsekwencji także całego po-

jazdu. Decyzja odnośnie możliwości dopuszczenia zbadanego pojazdu szynowego do ruchu jest

wynikiem oceny cech pierwotnych [2], którymi są zmiany nacisków przedstawione w postaci

pętli histerez, jak również cechy wtórne [2], czyli pewne wartości obliczeniowe uzyskane na

podstawie tych pętli.

Do cech pierwotnych ocenianych w trakcie badań nacisków kół można zaliczyć takie

cechy, jak:

– wartość maksymalną nacisku,

– wartość minimalną nacisku,

– kształt łuków pętli histerezy.

Maksymalna i minimalna wartość nacisku kół na szynę to wartości, które powinny być

odczytane z położenia punktów wierzchołkowych pętli histerezy, a kształt łuków tej pętli wi-

nien być jednolicie (w sensie definicji) wypukły lub wklęsły pomiędzy tymi punktami.

Cechami wtórnymi, obliczanymi na podstawie uzyskanych pętli histerezy są:

– naciski koła „i,j” jako koła aktywnego i pasywnego,

– średni nacisk koła „i,j”,

– nacisk osi „i”,

– odchyłka nacisku koła „i,j” względem średniego nacisku kół w osi,

– szerokości pętli histerezy koła „i,j” jako koła aktywnego i pasywnego,

– wynikowa szerokość pętli histerezy przyjmowana jak dla koła aktywnego,

– względna procentowa szerokość pętli histerezy koła „i,j”,

– całkowity nacisk wózka (suma nacisków osi danego wózka),

– nacisk strony j k-tego wózka,

– odchyłka nacisku strony j k-tego wózka od wartości nacisku średniego w wózku,

– odchyłka nacisków i-tej osi od wartości nacisku średniego w k-tym wózku zawierają-

cym n zestawów kołowych,

– nacisk całego pojazdu,

– odchyłka nacisków k-tego wózka od wartości nacisku średniego w pojeździe.

Wartości cech wtórnych obliczane zgodnie z zależnościami, których postać zawarto w

[4,6,7], służą do określenia stanu technicznego pojazdu szynowego i w efekcie decydują o jego

dopuszczeniu do ruchu. Podstawą do podjęcia tego rodzaju decyzji jest wynik porównania obli-


czonych i dopuszczalnych wartości względnych procentowych odchyłek nacisków, oznaczo-

nych jako:

dqij – czyli względna odchyłka procentowa nacisku koła od średniego nacisku kół da-

nej osi,

dqjo – względna procentowa odchyłka nacisku strony wózka od wartości nacisku śred-

niego w wózku,

dqoi – względna procentowa odchyłka nacisków zestawów kołowych i w wózku k,

dqk – względna procentowa odchyłka nacisków wózka.

Wartości graniczne tych odchyłek, są ustalane odpowiednio do danego typu pojazdu

szynowego oraz jego przeznaczenia i są zawarte w Dokumentacji Systemu Utrzymania (DSU)

tych pojazdów. Przykładowo dla lokomotyw typu 201E serii ET22 wartości te i warianty decy-

zji są następujące [5]:

a) „Naciski w normie”, gdy:

dla pojedynczej osi: dqij < 3,5 %,

dla stron wózka: dqjo < 3,5 %,

dla osi wózka: dqoi < 2,5 %,

dla wózków pojazdu: dqk < 1,75 %,

b) „Przekroczenie nacisków – wymagana regulacja”, jeśli zachodzi:

dla pojedynczej osi: dqij > 4 %,

dla stron wózka: dqjo > 4 %,

dla osi wózka: dqoi > 3 %,

dla wózków pojazdu: dqk > 2 %.

Te skrajne wartości pozwalają na wyznaczenie zakresów pośrednich dla wymienionych

wyżej względnych procentowych odchyłek nacisków. Można tym zakresom przypisać wariant

decyzji - „Naciski na granicy normy – wskazana regulacja” [3], dla wartości z zakresów:

dla pojedynczej osi: 3,5 ≤ dqij ≤ 4 %,

dla stron wózka: 3,5 ≤ dqjo ≤ 4 %,

dla osi wózka: 2,5 ≤ dqoi ≤ 3 %,

dla wózków pojazdu: 1,75 ≤ dqk ≤ 2 %.

Zestawienie obliczonych i dopuszczalnych wartości względnych procentowych odchy-

łek nacisków są wyszczególniane w raportach końcowych sporządzanych przez system stero-

wania stanowiskiem po przeprowadzonych badaniach nacisków kół całego pojazdu. Raporty te

mogą być przeglądane po wyświetleniu odpowiednich formularzy na ekranie monitora, a także

drukowane na życzenie operatora. Ponadto system posiada wewnętrzne procedury ułatwiające

zidentyfikowanie przyczyn nieprawidłowego funkcjonowania układu biegowego pojazdu szy-

nowego. Sugestie z tym związane można przeglądać otwierając odpowiednie formularze za-

kładki „Ekspert” systemu sterowania stanowiskiem TENSAN/PLW. Widok formularza „Kieru-

nek” tej zakładki przedstawia rys. 3.


Rys. 3 – Przykładowe podpowiedzi systemu sterowania stanowiskiem TENSAN/PLW wyświetlone na formularzu

„Kierunek” zakładki „Ekspert” [7]

Na formularzu „Kierunek” jak na rys. 3 system podpowiedzi wskazuje strony osi i osie,

które wymagają dociążenia lub odciążenia poprzez wykonanie odpowiednich czynności obsłu-

gowych. Formularz „Diagnostyka” zawiera wskazania co do domniemanych przyczyn niezdat-

ności zawieszenia pojazdu. Są one wyświetlane w postaci różnokolorowych wykrzykników,

których umieszczenie na rysunku oznacza:

– dla wykrzyknika koloru czerwonego, opisanego jako „Skokowa zmiana histerezy koła

(tarcie suche)”, w przypadku gdy łuki histerez zawierają uskoki lub odstępstwa od ich

wypukłości (wklęsłości), co jest wynikiem braku właściwego smarowania resorów

piórowych albo elementów węzłów ruchomych zawieszenia, lub kiedy obserwuje się

odrywanie się koła od szyny wskutek nieprawidłowych luzów w układzie biegowym,

– dla wykrzyknika koloru niebieskiego, opisanego jako „Nieprawidłowe przekazywanie

nacisków w osi”, jeśli zostały przekroczone wartości względnej odchyłki procentowej

nacisku kół, co może wynikać ze zbyt dużego zróżnicowania charakterystyk sprężyn

w układzie zawieszenia kół danej osi lub złej regulacji układu,

– dla wykrzyknika koloru zielonego, opisanego jako „Zbyt duże zróżnicowanie histere-

zy kół w wózku”, w przypadku gdy zostały przekroczone wartości względnych od-

chyłek procentowej nacisku kół w wózku, a czego przyczyną może być zły dobór

elementów sprężystych w układzie sprężynowania poszczególnych osi wózka pojazdu

szynowego.

Formularz „Zakres” wyświetla wartości regulacyjne podane w [mm] wskazujące o ile

milimetrów należy dokręcić lub odkręcić śruby regulacyjne resorów lub sprężyn węzła łoży-

skowego danej osi, a w przypadku regulacji podkładkami dystansowymi - jakiej grubości pod-

kładki należy wstawić pod (lub usunąć z pod) sprężyny zawieszenia tego zestawu kołowego.


3 NIEZDATNOŚCI UKŁADU BIEGOWEGO POJAZDU SZYNOWEGO OBSER-

WOWANE W BADANIACH NACISKÓW KÓŁ

Stanowisko TENSAN/PLW umożliwia badanie nacisków kół na szyny w różnych ro-

dzajach pojazdów. W przykładowej jednostce zaplecza technicznego taboru kolejowego doko-

nano prawie 10 tys. pomiarów w okresie od 1999 do 2007 roku. Wśród nich wyróżniają się pod

względem ilościowym badania lokomotyw elektrycznych serii ET22 (rys. 4). Ich liczba prze-

wyższa drugie w kolejności badania pozostałych serii lokomotyw elektrycznych wziętych łącz-

nie. Znaczące były także liczby zbadanych wagonów towarowych i lokomotyw spalinowych.

Rys. 4 – Zestawienie ilościowe pomiarów nacisku kół na szyny w okresie 1999-2007 r. w wybranej jednostce zaple-

cza technicznego taboru kolejowego

Biorąc pod uwagę najliczniejszą grupę badanych pojazdów czyli lokomotywy elek-

tryczne serii ET22 opracowano zestawienia ilościowe pięciu kategorii negatywnego wyniku

badania nacisków kół mających miejsce w poszczególnych latach wymienionego okresu (rys.4).

Kategorie te mogą być wyodrębnione na podstawie oceny cech pierwotnych i wtórnych wymie-

nionych wcześniej i oprócz tego innych cech pierwotnych charakterystycznych dla lokomotyw

tej serii. Tymi innymi cechami pierwotnymi są wymiary geometryczne określające luzy pomię-

dzy kadłubem łożyska a ramą wózka, jak również wymiary określające współosiowość wału

drążonego stwierdzone poprzez pomiar pomiędzy wewnętrzną powierzchnią otworu w tarczy

koła, a zewnętrzną powierzchnią cięgła napędowego. Wyodrębnione kategorie negatywnego

wyniku badania nacisków kół są następujące:

– nieprawidłowe naciski,

– nieprawidłowości smarowania,

– nieprawidłowe luzy, bez odrywania kół od szyn,

Ilość pomiarów w latach 1999-20073955

615

112

1702

161 78

3259

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

ET22 Inne lokomotywy elektryczne Lokomotywy spalinowe

EZT Wagony towarowe Wagony osobowe

Inne pojazdy szynowe


– nadmierny nacisk,

– oderwanie się koła od szyny.

Rys. 5 – Zestawienie kategorii negatywnego wyniku badań nacisków kół na szyny

Z wykresu przedstawionego na rys. 5 wynika, że ilość przypadków nieprawidłowych

nacisków, luzów i smarowania jest w przybliżeniu na tym samym poziomie. Odnotowano

znacznie mniej badań, w których stwierdzono nadmierny nacisk kół na szynę i niewiele przy-

padków oderwania się kół od szyn. Występowanie tych ostatnich jest jednakże niezwykle groź-

ne z punktu widzenia bezpieczeństwa ruchu pojazdów. Z wykresu wynika także pewien wnio-

sek ogólny zawierający się w tym, że proporcja ilości przypadków negatywnej oceny wyników

badania nacisków w stosunku do ilości zbadanych lokomotyw spadała w miarę upływu lat.

Świadczy to o podniesieniu jakości czynności obsługowych, wykonywanych w ramach odpo-

wiednich poziomów utrzymania pojazdów, do czego przyczyniły się też systematyczne badania

nacisków kół na stanowisku TENSAN/PLW.

Przykład histerez rozkładu nacisków dla pierwszej z wymienionych kategorii negatyw-

nego wyniku badań, czyli nieprawidłowych nacisków prezentuje rys. 6. Są to histerezy rozkła-

du nacisków I-go zestawu kołowego lokomotywy ET22. Dla lewego wykresu zamieszczonego

na tym rysunku raport pomiarowy podaje, że podczas wichrowania kołem 11 średni rzeczywisty

nacisk koła 11 (aktywnego) wynosi 89,6 [kN], a koła 12 (pasywnego) 99,7 [kN]. Po zmianie

strony wichrowania dla aktywnego koła 12 średni rzeczywisty nacisk wynosi 99,7 [kN], a na-

cisk koła 11 (pasywnego) 89,6 [kN]. Wartości te w obu przypadkach różnią się w znaczący

sposób ponieważ różnica nacisku pomiędzy kołami 11 i 12 wynosi 10,1 [kN]. Daje to na tym

ET22

0

30

60

90

120

150

180

210

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

lata

szt.

Lokomotywy zbadane Nieprawidłowe naciski Nieprawidłowe luzy

Nieprawidłowości smarowania Nadmierny nacisk Oderwanie się koła od szyny


zestawie kołowym odchyłkę procentową nacisków maksymalnych od wartości średniej tych

nacisków w wysokości –/+ 5,3%. Ponadto histerezy pomiarowe kół 12 i 11 wykazują znaczne

tarcie wewnętrzne w układzie usprężynowania, czego efektem jest przebieg histerezy nacisków

przedstawiony na prawym wykresie wewnątrz okręgów A i B. Jest to w tym przypadku niepra-

widłowe domknięcie (przesuniecie) przebiegu łuków histerez obu kół (aktywnego i pasywnego)

podczas zbliżania się ich do poziomu 0.

Rys. 6 – Histerezy rozkładu nacisków I zestawu kołowego (koło 11 i 12) lokomotywy serii ET22 – nieprawidłowe

naciski [3]

Histerezy pomiarowe zamieszczone na rys. 7 dokumentują pracę usprężynowania I

stopnia i elementów ruchomych układu biegowego lokomotywy ET22 w przypadku braku lub

niewłaściwego smarowania w węzłach ruchomych tego układu. Przy wichrowaniu trzeciego

zestawu kołowego w pętlach histerezy kół 32 i 31 występują uskoki w obu gałęziach tych pętli

zarejestrowanych podczas podnoszenia i opuszczania kół. Nieregularny przebieg nacisków wy-

stępuje podczas podnoszenia koła 32 od poziomu +3,5 [mm] przy nacisku 117,5 [kN] do po-

ziomu +30 [mm] przy nacisku 149,1 [kN]. Podobne uskoki zarejestrowano podczas opuszczania

tego koła od poziomu +6,5 [mm] przy nacisku 84,5 [kN] do poziomu –25,5 [mm] przy nacisku

44,8 [kN]. Rys. 7 dokumentuje również charakterystyczną zależność pomiędzy przebiegami

histerez pomiarowych koła aktywnego 32 i koła pasywnego 31. Tego rodzaju oddziaływanie kół

jest w trakcie eksploatacji niedopuszczalne ponieważ podnosi w znacznym stopniu prawdopo-

dobieństwo uszkodzeń lub nieprawidłowych działań całego układu biegowego.

A

B


Rys. 7 – Histerezy rozkładu nacisków III zestawu kołowego lokomotywy serii ET22 charakterystyczne dla nieprawi-

dłowości smarowania węzłów ruchomych usprężynowania I stopnia [3]

Przykład pętli histerez charakterystycznych dla kategorii negatywnej oceny ich przebie-

gu – nadmierny nacisk – ilustruje rys. 8. Przedstawia on histerezy zarejestrowane podczas wi-

chrowania II-im zestawem kołowym lokomotywy ET22. W pierwszej fazie podnoszenia koła 22

zaobserwowano stały nacisk o wartości 140 [kN] przy przejściu z poziomu +14 [mm] do po-

ziomu +16,4 [mm] (szczegół A). Podczas dalszego podnoszenia, kadłub łożyska tego koła napo-

tkał opór spowodowany zetknięciem się z odbijakiem ramy wózka. Kontynuując ruch w górę

kadłub naciskał na ramę wózka i unosił ją. W związku z tym nacisk zarejestrowany przy pozio-

mie +25,5 [mm] wzrósł z 176,6 [kN] do 194,2 [kN] przy poziomie +30 [mm]. Ten wzrost naci-

sku został spowodowany nieprawidłowym luzem pomiędzy kadłubem łożyska a ramą wózka

wynoszącym B = 25,5 [mm], co stwierdzono podczas pomiarów luzów układu biegowego.

Była to wartość odbiegająca od wartości normatywnej zawierającej się w zakresie 29÷35 [mm],

Podczas opuszczania koła 22 z poziomu –11,3 [mm] stwierdzono nieregularny przebieg tego

łuku pętli histerezy, objawiający się znaczną zmianą nacisku z wartości 53,5 [kN] do 55,2 [kN]

na poziomie –13,9 [mm] (szczegół B). Oba nieprawidłowe przebiegi nacisków zaznaczone na

rys. 8 dla koła 22 mają swoje odpowiedniki w pętli histerezy koła pasywnego 21. Ich przyczyną

było miejscowe zużycie sworzni i tulejek w elementach usprężynowania II-go zestawu kołowe-

go oraz nieprawidłowościami smarowania elementów ruchomych zawieszenia.

Rys. 9. przedstawia przykład ostatniej z wyodrębnionych przyczyn negatywnej oceny

histerez nacisków kół pojazdów szynowych zarejestrowanych podczas ich badania na stanowi-

sku TENSAN/PLW tj. oderwanie się koła od szyny.


Rys. 8 – Histerezy rozkładu nacisków II zestawu kołowego (koło 22) lokomotywy serii ET22 – nadmierny nacisk [3]

Rys. 9 – Histerezy rozkładu nacisków III zestawu kołowego lokomotywy serii ET22 dla przypadku oderwania się

aktywnego koła 31od szyny [3]

B

A

C


W trakcie wichrowania (opuszczania) koła 31 stwierdzono gwałtowny spadek nacisku

koła 31 od wartości 22,5 [kN] na poziomie –28 [mm] do 0,0 [kN] przy poziomie –29,4 [mm].

Na tym poziomie następuje utrata kontaktu koła z szyną utrzymująca się do poziomu -30 [mm] i

dalej po zmianie kierunku ruchu koła, czyli do chwili jego podniesienia na poziom –29,2 [mm].

Podczas dalszego ruchu koła w górę aż do poziomu –28 [mm] nacisk pozostawał bliski 0,0

[kN], a następnie zaczął szybko rosnąć. Przyczyną tego rodzaju przebiegu pętli histerezy był

nieprawidłowy luz pomiędzy kadłubem łożyska a ramą wózka. Takie przypadki oderwania się

koła od szyny są bardzo groźne, zarówno w przypadku pojazdów trakcyjnych serii ET22 jak i

innych, ponieważ mogą stwarzać niebezpieczeństwo wykolejenia lub uszkodzeń układów napę-

dowych lokomotywy w trakcie jazdy po odcinkach szlaków o zwiększonej przechyłce toru lub

podczas przejazdu przez różnego rodzaju zwrotnice.

4 PODSUMOWANIE

Przedstawione w artykule przykłady pętli histerez nacisku kół, które uzyskano w trakcie

badań na stanowisku TENSAN/PLW pozwalają na wyróżnienie pewnych cech tych pętli, które

są charakterystyczne dla określonych niezdatności elementów układu biegowego pojazdów

szynowych. Niekiedy niezdatności te mogą występować łącznie, a wówczas ich skuteczne roz-

poznanie wymaga, oprócz analizy podpowiedzi formułowanych przez komputerowy system

sterowania tym stanowiskiem, także pewnego doświadczenia operatora wykonującego te bada-

nia. Z przytoczonego zestawienia ilościowego przeprowadzanych badań wynika ponadto, że

stanowisko to przyczynia się w zauważalny sposób do poprawy stanu technicznego użytkowa-

nego taboru.

Bibliografia

[1] Leja F.: Rachunek różniczkowy i całkowy. PWN Warszawa 1971.

[2] Sowa A.: Ocena stanu technicznego pojazdów szynowych na podstawie cech zdeterminowanych, Monografia

430, seria Mechanika, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2013.

[3] Sowiński M. Ocena stanu technicznego pojazdów szynowych na podstawie badań nacisków zestawów

kołowych. Praca magisterska, Politechnika Krakowska Instytut Pojazdów Szynowych, Kraków 2014.

[4] Stolc L.: Diagnostyka układu jezdnego pojazdów szynowych na stanowisku TENSAN - Konferencja

Naukowo-Techniczna „Rozwój techniki w zakresie budowy i utrzymania pojazdów trakcyjnych na

przykładzie lokomotywowni Pozaklasowej Kraków-Prokocim w okresie 40-lecia jej istnienia”. Kraków 1996.

[5] Dokumentacja Systemu Utrzymania (DSU) lokomotywy 201E serii ET22. PKP Cargo S.A. 2010.

[6] Norma PN-92/K-02504: Tabor Kolejowy, Pomiar Sztywności Skrętnej.

[7] System pomocy stanowiska diagnostycznego TENSAN/PLW.

POJAZDY SZYNOWE 2/2014 - m8.mech.pk.edu.plm8.mech.pk.edu.pl/~sowa/pdf/Sowa_Sowiński_PK.pdf ·...

Documents

Transcript of POJAZDY SZYNOWE 2/2014 - m8.mech.pk.edu.plm8.mech.pk.edu.pl/~sowa/pdf/Sowa_Sowiński_PK.pdf ·...