transportszynowy.pl

najobszerniejsze centrum wiedzy o transporcie szynowym po polsku

Zestawy kołowe - budowa i eksploatacja > Pomiary i reprofilacja zestawów kołowych

Eksploatacja pojazdów kolejowych wpływa na zużywanie się ich podzespołów jak również infrastruktury. Temat zużyć dotyczy również zestawów kołowych szczególnie w aspekcie profilu obręczy / wieńców kół. Współpraca kół z szynami doprowadza do zużyciowej zmiany kształtu profilu tocznego (zarysu zewnętrznego). Obowiązujące przepisy jak również dokumentacja techniczna pojazdów określają dopuszczalne zmiany wymiarowe geometrii koła w tym zakresie i wskazują wartości wymiarowe, które są graniczne z punktu widzenia bezpieczeństwa eksploatacji. Podczas eksploatacji taboru konieczne są bieżące oględziny stanu kół w tym ich obręczy / wieńców pod względem geometrii profilu tocznego (powierzchni tocznej i obrzeża).
Do podstawowych parametrów, które są sprawdzane należą:
- średnica okręgu tocznego (średnica koła) - D,
- wysokość obrzeża - Sh,
- grubość (szerokość) obrzeża - Sd,
- stromość obrzeża - qR.

Dokonuje się również pomiaru:
- rozstawu kół na osi (AR), czyli odległość pomiędzy wewnętrznymi płaszczyznami wieńców / obręczy danego zestawu kołowego (dla zestawów normalnotorowych wynosi 1360 mm).
- wartości prowadnej zestawu kołowego czyli wymiaru pomiędzy zarysami obrzeży kół (dla zestawów normalnotorowych wynosi 1426 mm).

Do obliczenia wartości prowadnej wykorzystuje się wzór:

SR = Sd (lewe) + Sd (prawe) + AR

gdzie:
SR - wartość prowadna,
Sd - grubość (szerokość) obrzeża
AR - rozstaw kół

Kliknij aby powiększyć  
Główne wymiary zestawu kołowego

(oznczenia wg TSI)

W starszych dokumentach można spotkać oznaczenia, gdzie:
Az = AR
Ez = SR
Og = Sd
Ow - Sh
L = BR


Pomiary zestawów kołowych realizuje się przez narzędzia pomiarowe ręczne lub na zautomatyzowanych stanowiskach pomiarowych np. z wykorzystaniem techniki pomiaru laserowego.

Kliknij aby powiększyć   Stanowisko do automatycznego pomiaru parametrów zestawów kołowych podczas przejazdu pojazdu

Na powyższym stanowisku parametry geometrii kół są określane na podstawie odtworzonych profili tocznych kół. Mierzone parametry geometrii kół obejmują cały profil toczny koła czyli: wysokość obrzeża (Sh), grubość obrzeża (Sd), stromość obrzeża (qR), średnicę koła (D) i rozstaw kół (AR). Urządzenie pomiarowe po przejeździe pojazdu zapisuje w komputerze poszczególne parametry i porównuje je z wymaganymi parametrami, zachowując pomiary w bazie danych. Oprogramowanie sterujące ostrzega o przekroczeniu dopuszczalnego zużycia. Dzięki temu obsługa zna stan techniczny zestawów kołowych pojazdu i jest w stanie przewidzieć kiedy konieczne będzie przeprowadzanie zabiegów korekcyjnych. Omawiane stanowisko pomiarowe analizuje stan profilu koła na całym jego obwodzie niezależnie od położenia koła w czasie pomiaru. Dzięki temu możliwe jest wykrycie wszelkich wad profilu i rodzajów zużyć na pełnym przekroju poprzecznym profilu tocznego koła. System pomiarowy osiąga dokładność pomiaru do 0,2 mm.

Narzędzia pomiarowe ręczne to na przykład: średnicówki, suwmiarki, profilomierze, przyrządy pomiarowe do pomiaru rozstawu kół, czy grubości obręczy. Te urządzenia pomiarowe występują w wersjach analogowych jak również cyfrowych.
Przyrządy pomiarowe podlegają okresowemu sprawdzeniu zgodnie z przepisami i muszą posiadać aktualny dokument potwierdzający ich sprawdzenie.

 
Manualne suwmiarki pomiarowe profilu koła


 
Elektroniczny przyrząd do pomiaru średnicy koła

W ramach pomiarów zestawów kołowych wykonuje się również pomiary bicia osiowego powierzchni wewnętrznych obręczy / wieńców kół w zestawie i bicia promieniowego powierzchni tocznej (w płaszczyźnie okręgu tocznego).

Poza pomiarami wykonuje się również badania defektoskopowe zestawów kołowych. Badanie defektoskopowe to badanie nieniszczące z wykorzystaniem fal ultradźwiękowych. Badanie takie umożliwia wykrycie nieciągłości materiału, czyli wady materiału takie jak: wtrącenia, ubytki korozyjne, pustki, pęknięcia, odwarstwienia, łuski, szczeliny.
Badania takie wykonuje się je w terminach określonych w dokumentacji technicznej pojazdu (DSU - Dokumentacja Systemu Utrzymania) DSU). Każdorazowo, przed zabudową zestawu kołowego należy sprawdzić termin ostatniego badania i w razie potrzeby wykonać badanie defektoskopowe.

Oto link do przykładowej instrukcji obowiązującej w PKP Intercity S.A., dotyczącej zasad wykonywania pomiarów zestawów kołowych: Bt-11 - INSTRUKCJA POMIARÓW I OCENY TECHNICZNEJ ZESTAWÓW KOŁOWYCH POJAZDÓW TRAKCYJNYCH (PDF)


Zużycie profilu koła poza zakres dopuszczalnej tolerancji powoduje konieczność przeprowadzenia procesu odtworzeniowego kształtu zarysu zewnętrznego obręczy / wieńca. Takie odtworzenie nazywane REPROFILACJĄ, wykonuje się metodą obróbki skrawaniem z wykorzystaniem specjalistycznych maszyn tokarskich.
Reprofilacja polega na zebraniu materiału z profilu koła w celu jego doprowadzenia do wymiarów zgodnych z wymaganiami określonymi dla danego typu pojazdu. Efektem ubocznym reprofilacji jest zmniejszanie średnicy koła. Poniższy schemat przedstawia przykładowy zakres reprofilacji wynikający z przekroczenia dopuszczalnych wartości granicznych wymiaru profilu koła.

Kliknij aby powiększyć  
Reprofilacja profilu koła - przykładowy schemat
zarys czarny - profil nowego koła (średnica koła D1)
zarys czerwony - zużycie eksploatacyjne profilu
zarys niebieski - odtworzony właściwy profil w ramach reprofilacji (średnica koła D2)


Kliknij aby powiększyć   Kliknij aby powiększyć  
Koło nowe / zużyte (widoczny rowek kontrolny dopuszczalnego zużycia)


Do reprofilacji wykorzystuje się tokarki stacjonarne lub tokarki podtorowe. W tych pierwszych konieczny jest demontaż zestawu kołowego z pojazdu. W tokarkach podtorowych obróbka skrawaniem profilu koła odbywa się pod pojazdem, bez konieczności demontażu zestawu kołowego. Dlatego też tokarki stacjonarne wykorzystuje się w celu reprofilacji zestawu gdy pojazd jest przykładowo na przeglądzie okresowym, podczas którego następuje demontaż jego zespołów i podzespołów w tym układu biegowego. Tokarek podtorowych używa się podczas czynności utrzymaniowo - naprawczych w trakcie bieżącej obsługi eksploatacyjnej. Dzięki takim maszynom proces reprofilacji przebiega znacznie szybciej w wyniku czego do niezbędnego minimum czasowego ogranicza się wyłączenie pojazdów ruchu.

Kliknij aby powiększyć   Kliknij aby powiększyć   Kliknij aby powiększyć  

Kliknij aby powiększyć   Kliknij aby powiększyć   Kliknij aby powiększyć  
Przykładowe tokarki podtorowe


Kliknij aby powiększyć   Kliknij aby powiększyć  
Koło podczas reprofilacji i nóż skrawający tokarki


Kliknij aby powiększyć   Kliknij aby powiększyć
Przykładowe tokarki stanowiskowe


Ustawienia parametrów reprofilacji na panelu sterowniczym tokarki


Na stan kół taboru ma również wpływ strona infrastruktury, czyli np. jakość nawierzchni torowej, po której pojazd się porusza.

Im zastosowane rozwiązania techniczne i jakość utrzymania taboru oraz infrastruktury zapewniają lepsze parametry eksploatacyjne (mniej zużyć), tym rzadziej będzie potrzeba reprofilacja kół. Jak było wspomniane, każda reprofilacja zmniejsza średnicę koła. Gdy średnica koła uzyska wymiar granicznego zużycia, konieczna jest wymiana obręczy lub wieńców kół monoblokowych na nowe.

Przykładowe wymiary średnic kół nowych / zużytych: 840 / 780 mm, 1250 / 1170 mm. Zmiana średnicy koła nowego w stosunku do całkowicie zużytego wynosi dla pierwszego przypadku 60 mm, a dla drugiego 80 mm. W tych zakresach wymiarowych wykonywane są reprofilacje. Ważne, aby precyzyjnie analizować wymiary kół, tak by w ramach reprofilacji zbierać jak najmniejszą ilość materiału i w efekcie czego w jak najmniejszym stopniu pomniejszać średnice kół. W celu ograniczenia zmniejszania średnicy koła podczas toczenia norma dopuszcza stosowanie tzw. profilów pochodnych. Charakteryzuje je zmniejszony wymiar grubości obrzeża w stosunku do wymiarów bazowych (wartość ta zmienia się skokowo co 0,5 mm). Konkretny wymiar profilu pochodnego dobiera się w granicach tolerancji dla danego zużycia, wynikającego z pomiaru profilu koła.

Bezpieczna i niezawodna eksploatacja pojazdów kolejowych wymaga zapewnienia odpowiedniej geometrii profili tocznych obręczy / wieńców kół. W tym aspekcie istotne jest zachowanie tolerancji wymiarów pomiędzy średnicami kół w ramach jednego zestawu kołowego, zestawu danego wózka, czy też kolejnych wózków. To powoduje, że przy reprofilacji uszkodzonego koła, często konieczne jest przeprowadzenie obróbki również koła nieuszkodzonego w celu doprowadzenia jego średnicy do wymiarów odpowiednich względem pozostałych. Czyli mimo, że profil koła ma poprawną geometrię, to musi być obrabiany dla zapewnienia odpowiednich tolerancji. Wymagane tolerancje określone są w dokumentacji technicznej danego typu pojazdu.
Z punktu widzenia eksploatacji, poza aspektami bezpośredniej współpracy kół z szynami toru, wymiary średnic poszczególnych kół mają wpływ na kwestie pracy napędu, przyczepności, a wiec i poślizgów. Im większe różnice w wymiarach średnic pomiędzy poszczególnymi kołami zestawów, tym większe ryzyko niewykorzystywania masy napędnej pojazdu z powodu różnych prędkości obrotowych kół w miejscu styku z szyną wynikłych z ich różnej średnicy (powstanie poślizgów).

Na stan profilu tocznego kół ma również wpływ poprawność działania układu hamulcowego w zakresie skutecznej ochrony przeciwpoślizgowej. Jeżeli przykładowo w trakcie hamowania układ wykrywania i likwidacji poślizgu nie zadziała prawidłowo i dopuści do zablokowania się zestawu kołowego podczas jazdy, w skutek czego koła będą jechać po szynie, ślizgając się po niej bez obracania, na powierzchni tocznej koła może powstać tzw. płaskie miejsce. To wypłaszczenie zwane też podkuciem powoduje podczas jazdy generowanie charakterystycznego stukotu o częstotliwości zgodnej z aktualną prędkością jazdy. Uderzenia wypłaszczenia o główkę szyny wywołują wibracje oraz zwiększoną emisję hałasu, co jest niekorzystne z punktu widzenia eksploatacji taboru.

Kliknij aby powiększyć   Kliknij aby powiększyć
Płaskie miejsce na profilu tocznym koła i schemat jego powstawania


Poniżej zamieszczony jest film, na którym nagrany jest przejazd lokomotywy, ciągnącej wagon z wypłaszczeniem na profilu koła zestawu. W trakcie przejazdu słychać charakterystyczny stukot emitowany przez podkucie.



Przy małych wypłaszczeniach, możliwe jest że zniwelują się one samoczynnie na skutek rozjeżdżenia. Pomocny w takiej sytuacji bywa również hamulec klockowy, czyli ten w którym siła hamowania wytwarzana jest na skutek tarcia wstawki o powierzchnię toczną koła. Przy większych podkuciach konieczne jest wyłącznie pojazdu ruchu i skierowanie go na reprofilację.


Indukcyjny czujnik prędkości zestwu kołowego
(czujnik liczy ilość zębów obracajacej się zębatki w odniesieniu do jednostki czasu)

Poniżej filmy pokazujące proces reprofilacji kół z wykorzystaniem tokarek podtorowych i stanowiskowych.