Бандажи

На бандажи действуют нагрузки от вертикальных и горизонтальных сил взаимодействия колес и рельсов. Напряжения, связанные с действием этих сил в зоне контакта колеса и рельса, могут быть достаточно большими. При прохождении неровностей пути эти силы часто имеют ударный характер. В процессе эксплуатации происходит проскальзывание колес относительно рельсов.

Материал бандажа должен обладать высокой прочностью при растяжении, сжатии и смятии, быть достаточно износостойким и вязким, чтобы сопротивляться ударным нагрузкам, которые особенно опасны в зимнее время. Из материаловедения известно: чтобы повысить твердость необходимо увеличить содержание углерода в стали, но это будет снижать её вязкость. Получение одновременно большей твердости и вязкости достигается изменением химического состава стали (введением специальных легирующих добавок) и специальной термической обработкой.

Бандажи изготовляют из раскисленной мартеновской стали. Обеспечение одновременно высокой твердости и вязкости достигается введением легирующих элементов и специальной термической обработкой (закалка и отпуск). Для пассажирских локомотивов изготовляют бандажи из стали Ст1, для грузовых и маневровых локомотивов из стали Ст2.

В металле не должно быть остатков, усадочной раковины, рыхлости, расслоений, газовых пузырей, флокенов и неметаллических примесей. Флакены и примеси приводят к концентрации напряжений и усталостному разрушению металла. В глубине металла появляются и развиваются трещины которые вызывают расслоение металла и отколы, а также расслоение бандажа.

Бандажи проверяют на отсутствие трещин сбрасыванием с определенной высоты на рельс, установленный на массивном основании. Лучший же метод исследования – дефектоскопия, выявляющая пороки в материале бандажей.

Механической обработке подвергаются поверхности катания, гребень, внутренняя грань и посадочная поверхность бандажа. Внутренняя посадочная поверхность протачивается в соответствии с диаметром обода колесного центра, причем диаметр посадочной поверхности принимается меньше наружного диаметра обода. У наружной грани на внутренней поверхности оставляется упорный буртик, предохраняющий сползание бандажного кольца к середине колесной пары, а у внутренней грани вытачивается канавка для бандажного кольца, обеспечивающего предотвращение сползания бандажа наружу.

Ширина бандажей колесных пар электровозов отечественных железных дорог 140 мм, толщина по кругу катания у новых - 90 мм, минимальная в эксплуатации – 40 мм. Толщина гребня, измеряемая на расстоянии 20 мм от его вершины равна 33 мм. Вагонные бандажи отличаются от локомотивных шириной (130 вместо 140 мм), высотой гребня (28 вместо 30 мм) и углом наклона гребня (60 вместо 70°). Величина угла определяет условия безопасности в отношении схода колеса с рельсов, при всползании его на рельс.

Профиль бандажа определяется ГОСТ 11018 – 87 (рис.5.5). Поверхность катания коническая, причем на разных участках она составляет 1/7 и 1/20.

С целью уменьшения износа гребней бандажей, рельсов улучшения ходовых качеств локомотива предложены и другие профили [11].

Для посадки бандажа на обод колеса бандаж нагревается до температуры 250 – 320 ˚С. В уложенный горизонтально нагретый бандаж опускается колесный центр до упора в кольцевой выступ на внутренней расточке бандажа. Пока бандаж не остыл, в выточку вводится разрезное бандажное кольцо и производится обсадка внутренней кромки бандажа для обеспечения плотного крепления кольца. Концы кольца должны плотно подходить один к другому.

Рис.5.5 Профили поверхности катания (а) локомотивного и (б) вагонного бандажей

После остывания бандажа, плотность его посадки на колесный центр проверяется обстукиванием ручным молотком. Молоток должен издавать чистый (звонкий) звук и упруго отскакивать. Затем на ободе наноситься контрольная риска глубиной не более 1 мм, а на бандаже напротив этой риски керном наносятся 4 – 5 точек глубиной 1,2 – 2 мм. По сделанным меткам осуществляется наблюдение в эксплуатации за прочностью крепления бандажа. Окончательная обточка бандажей производиться после их насадки.

Масса бандажей составляет значительную часть массы колесной пары, значит для уменьшения вредного воздействия на путь её на путь необходимо снижать толщину бандажа, что неэкономично с точки зрения использования бандажа при неизбежных обточках. Поэтому, толщину бандажа снижают только для высокоскоростного транспорта.