pojazdy szynowe 2/2014 - Instytut Pojazdów Szynowych

POJAZDY SZYNOWE 2/2014
OBRAZ NIEZDATNOŚCI POJAZDÓW SZYNOWYCH W BADANIACH NA
STANOWISKU TENSAN/PLW
dr inż. Andrzej Sowa1, mgr inż. Mariusz Sowiński2
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 szynowych przeprowadzanymi na stanowisku TENSAN/PLW podczas obsługiwania tych pojazdów
w ramach przeglądów należących do odpowiednich poziomów utrzymania. Stanowisko to pozwala na zmierzenie i zarejestrowanie nacisków jakie są wywierane na szyny przez poszczególne koła osi pojazdu, która poddawana jest wichrowaniu. Uzyskane wyniki są przedstawiane
w formie pętli histerez, których postać pozwala na identyfikację szeregu niezdatności wynikających zarówno z procesów zużycia i uszkodzeń elementów układu biegowego pojazdu szynowego,
niewłaściwego lub braku smarowania w węzłach ruchomych tego układu, jak również z niewłaściwego 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 dopuszczeniu 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 przedstawiono zasady oceny kształtu pętli histerez oraz wartości kryterialne cech wtórnych obliczanych
na podstawie tych pętli. Dla serii lokomotyw elektrycznych ET22, której pojazdy miały największy 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
POJAZDY SZYNOWE 2/2014
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 specjalistycznym stanowisku TENSAN/PLW.
Pomiar nacisków zestawów kołowych pojazdów szynowych na tym stanowisku przeprowadza 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 szynę. Uzyskane wyniki każdego cyklu pomiarów, przedstawione w postaci graficznej jako pętle
histerezy, sporządzane są na jednym wykresie dla koła przemieszczanego (aktywnego) i nieruchomego, pozostającego na poziomie h=0 (koło pasywne). Obrazy tych pętli histerez są podstawą 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 BADANIACH NACISKÓW KÓŁ
Badania nacisków na stanowisku TENSAN/PLW są przeprowadzane według ściśle ustalonych 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).
POJAZDY SZYNOWE 2/2014
h = hmax
3
9
4
10
h=0
1
2
5
6
8
7
11
12
h = - hmax
Strona „1” zestawu kołowego (prawa)
Strona „2” zestawu kołowego (lewa)
Rys. 1. – Cykle przemieszczania kół w trakcie badania nacisków na szyny (hmax – amplituda)
Pozycja
[mm]
koło 41
Pozycja
[mm]
koło 42
35
p
30
25
Q41a
5
20
-10
40
60
-35
100
120
140
160
p
10
5
180
200
Nacisk
[kN]
0
-5 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
-10
C
-15
Łwk
a
dH 41
-25
-30
80
Q41
15
p
Nacisk
[kN]
0
-20
p
20
Q 42
10
-15
dH 41
25
15
-5 0
koło 42
35
dH 42
30
20
koło 41
Łwp
a
Q42
-20
-25
a
dH42
-30
-35
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,ja oraz pasywnego
Qi,jp i dHi,jp, 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 przemieszczenia koła aktywnego podczas jego podnoszenia Qpi,a j h  , czyli:
Ł wp  Qpia, j
1
h
(1)
a łuk wklęsły Łwk przedstawia przebieg funkcji odwrotnej do wykresu zależności nacisku od
przemieszczenia koła aktywnego podczas jego opuszczania Qoi,a j h  :
Ł wk  Qoia, j
1
h
(2)
POJAZDY SZYNOWE 2/2014
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 elementów sprężystych w układzie sprężynowania pojazdu. Wyniki badania nacisków kół, uzyskane w trakcie pomiarów na stanowisku TENSAN/PLW stanowią wobec tego podstawę do oceny
stanu technicznego układu biegowego pojazdu szynowego, a w konsekwencji także całego pojazdu. 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 winien 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 zawierającym 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-
POJAZDY SZYNOWE 2/2014
czonych i dopuszczalnych wartości względnych procentowych odchyłek nacisków, oznaczonych jako:
dqij – czyli względna odchyłka procentowa nacisku koła od średniego nacisku kół danej osi,
dqjo – względna procentowa odchyłka nacisku strony wózka od wartości nacisku średniego 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 decyzji 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 odchyłek nacisków są wyszczególniane w raportach końcowych sporządzanych przez system sterowania 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 szynowego. Sugestie z tym związane można przeglądać otwierając odpowiednie formularze zakładki „Ekspert” systemu sterowania stanowiskiem TENSAN/PLW. Widok formularza „Kierunek” tej zakładki przedstawia rys. 3.
POJAZDY SZYNOWE 2/2014
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 obsługowych. Formularz „Diagnostyka” zawiera wskazania co do domniemanych przyczyn niezdatności 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 histerezy kół w wózku”, w przypadku gdy zostały przekroczone wartości względnych odchyłek 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 łożyskowego danej osi, a w przypadku regulacji podkładkami dystansowymi - jakiej grubości podkładki należy wstawić pod (lub usunąć z pod) sprężyny zawieszenia tego zestawu kołowego.
POJAZDY SZYNOWE 2/2014
3
NIEZDATNOŚCI UKŁADU BIEGOWEGO POJAZDU SZYNOWEGO OBSERWOWANE W BADANIACH NACISKÓW KÓŁ
Stanowisko TENSAN/PLW umożliwia badanie nacisków kół na szyny w różnych rodzajach pojazdów. W przykładowej jednostce zaplecza technicznego taboru kolejowego dokonano 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 przewyższa drugie w kolejności badania pozostałych serii lokomotyw elektrycznych wziętych łącznie. Znaczące były także liczby zbadanych wagonów towarowych i lokomotyw spalinowych.
4000
3955
3500
Ilość pomiarów w latach 1999-2007
3259
3000
2500
2000
1702
1500
1000
615
500
112
161
78
0
ET22
Inne lokomotywy elektryczne
Lokomotywy spalinowe
EZT
Wagony towarowe
Wagony osobowe
Inne pojazdy szynowe
Rys. 4 – Zestawienie ilościowe pomiarów nacisku kół na szyny w okresie 1999-2007 r. w wybranej jednostce zaplecza technicznego taboru kolejowego
Biorąc pod uwagę najliczniejszą grupę badanych pojazdów czyli lokomotywy elektryczne 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 wymienionych wcześniej i oprócz tego innych cech pierwotnych charakterystycznych dla lokomotyw
tej serii. Tymi innymi cechami pierwotnymi są wymiary geometryczne określające luzy pomiędzy 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,
POJAZDY SZYNOWE 2/2014
– nadmierny nacisk,
– oderwanie się koła od szyny.
210
ET22
180
150
szt.
120
90
60
30
0
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
lata
Lokomotywy zbadane
Nieprawidłowe naciski
Nieprawidłowe luzy
Nieprawidłowości smarowania
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 przypadków oderwania się kół od szyn. Występowanie tych ostatnich jest jednakże niezwykle groźne z punktu widzenia bezpieczeństwa ruchu pojazdów. Z wykresu wynika także pewien wniosek 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 odpowiednich 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 negatywnego wyniku badań, czyli nieprawidłowych nacisków prezentuje rys. 6. Są to histerezy rozkładu 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 nacisk 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
POJAZDY SZYNOWE 2/2014
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 nieprawidłowe domknięcie (przesuniecie) przebiegu łuków histerez obu kół (aktywnego i pasywnego)
podczas zbliżania się ich do poziomu 0.
A
B
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 występuje podczas podnoszenia koła 32 od poziomu +3,5 [mm] przy nacisku 117,5 [kN] do poziomu +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 prawdopodobieństwo uszkodzeń lub nieprawidłowych działań całego układu biegowego.
POJAZDY SZYNOWE 2/2014
Rys. 7 – Histerezy rozkładu nacisków III zestawu kołowego lokomotywy serii ET22 charakterystyczne dla nieprawidłowości smarowania węzłów ruchomych usprężynowania I stopnia [3]
Przykład pętli histerez charakterystycznych dla kategorii negatywnej oceny ich przebiegu – nadmierny nacisk – ilustruje rys. 8. Przedstawia on histerezy zarejestrowane podczas wichrowania 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 poziomu +16,4 [mm] (szczegół A). Podczas dalszego podnoszenia, kadłub łożyska tego koła napotkał 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 poziomie +25,5 [mm] wzrósł z 176,6 [kN] do 194,2 [kN] przy poziomie +30 [mm]. Ten wzrost nacisku 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 kołowego 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 stanowisku TENSAN/PLW tj. oderwanie się koła od szyny.
POJAZDY SZYNOWE 2/2014
A
C
B
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]
POJAZDY SZYNOWE 2/2014
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 napędowych 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 rozpoznanie wymaga, oprócz analizy podpowiedzi formułowanych przez komputerowy system
sterowania tym stanowiskiem, także pewnego doświadczenia operatora wykonującego te badania. Z przytoczonego zestawienia ilościowego przeprowadzanych badań wynika ponadto, że
stanowisko to przyczynia się w zauważalny sposób do poprawy stanu technicznego użytkowanego taboru.
Bibliografia
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
Leja F.: Rachunek różniczkowy i całkowy. PWN Warszawa 1971.
Sowa A.: Ocena stanu technicznego pojazdów szynowych na podstawie cech zdeterminowanych, Monografia
430, seria Mechanika, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2013.
Sowiński M. Ocena stanu technicznego pojazdów szynowych na podstawie badań nacisków zestawów
kołowych. Praca magisterska, Politechnika Krakowska Instytut Pojazdów Szynowych, Kraków 2014.
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.
Dokumentacja Systemu Utrzymania (DSU) lokomotywy 201E serii ET22. PKP Cargo S.A. 2010.
Norma PN-92/K-02504: Tabor Kolejowy, Pomiar Sztywności Skrętnej.
System pomocy stanowiska diagnostycznego TENSAN/PLW.