Zestawy kołowe są jednymi z najważniejszych podzespołów w całej konstrukcji pojazdów szynowych. Współpracują z szynami i od ich stanu bezpośrednio zależy bezpieczeństwo całego taboru oraz pasażerów. Właściwa eksploatacja, a także regularne przeglądy i naprawy pozwalają utrzymać zestawy kołowe w odpowiednim stanie technicznym.
Jak zbudowane są zestawy kołowe?
Zestawy kołowe dzielimy na toczne oraz napędzane, na które moment obrotowy przenoszony jest z układu napędowego. W każdym z nich występują przynajmniej trzy podstawowe podzespoły: osie oraz dwa osadzone na stałe koła jezdne. Ponadto w wielu z nich montowane są tarcze hamulcowe, koła zębate, elementy mechanizmów napędowych i inne.
Osie zestawów kołowych są elementami monolitycznymi lub drążonymi, które pozwalają ograniczyć zarówno masę zestawu kołowego jak i całego taboru. Te pierwsze są najczęściej wykorzystywane w pojazdach szynowych, a drugie głównie w pojazdach poruszających się z wysokimi prędkościami.
Koła jezdne również dzieli się na dwa rodzaje: koła obręczowe składające się z obręczy zamontowanej na kole bosym oraz koła monoblokowe. Koła obręczowe charakteryzują się niskimi kosztami eksploatacyjnymi, dzięki możliwości wymiany samej obręczy. Z drugiej strony wymogi stawiane przez bezpieczeństwo powodują stopniowe odchodzenie od tego typu rozwiązania na rzecz kół monoblokowych.
Koła monoblokowe są używane przede wszystkim w pociągach wysokich prędkości, ale w ostatnich latach coraz częściej goszczą również w wolniejszym taborze.
Najczęstsze uszkodzenia zestawów kołowych
Zestawy kołowe są odpowiedzialne za bezpieczeństwo całego taboru, dlatego ich właściwa eksploatacja, przeglądy i naprawy są niezbędnymi elementami przedłużającymi ich żywotność. Naprawy taboru pozwalają na odnalezienie wad i defektów między innymi w zespołach jezdnych ze szczególnym uwzględnieniem elementów zestawów kołowych, np. w osi, obręczy, łożysk, kół, hamulców itd. Elementy te są kluczowe dla utrzymania pojazdów szynowych we właściwym stanie.
Zestawy kołowe mogą ulec licznym uszkodzeniom, a do najczęstszych należą:
- wady powierzchniowe łożysk czopów osi, powodujące zacieranie się łożysk,
- wady eksploatacyjne obręczy, powodujące jej pęknięcie,
- wady powierzchniowe osi, powodujące jej zmęczeniowe pękanie.
Łożyska czopów osi są jednymi z bardziej narażonych elementów uszkodzeń zestawów kołowych, ponieważ przejmują obciążenia statyczne i dynamiczne, które działają na wagon podczas jazdy.
Najczęstszymi przypadkami uszkodzeń łożysk czopów są wżery, pitting i miejscowa korozja, pojawiająca się dzięki wieloletniemu użytkowaniu pojazdu. Zbagatelizowanie takich problemów bądź ich niewykrycie niesie za sobą zagrożenie wypadkiem.
Uszkodzenie obręczy koła może powstawać na skutek tarcia wstawki hamulcowej i powierzchni tocznej obręczy. Wysoka temperatura oraz jej gwałtowny spadek (np. podczas zimowych miesięcy) powodują przemiany fazowe i zmienne naprężenia na powierzchni obręczy, co ostatecznie prowadzi do powstawania mikropęknięć. Ich dalsza propagacja może skutkować pęknięciem obręczy.
Ostatnia wspomniana wada dotyczy powierzchni osi. Najczęściej defekty tego typu pojawiają się w przypadku zmęczenia materiału zapoczątkowane przez wady powierzchniowe osi (na zasadzie powstawania karbu). Podczas jazdy, siły działające na oś, powodują jej zginanie, ograniczając strefę kontaktu koła i osi. Długotrwała eksploatacja wagonu przyczynia się do rozwoju wad powierzchniowych, które w większości przypadków są źródłem pęknięć zmęczeniowych osi.
Uniknięcie powyższych awarii możliwe jest dzięki szczegółowym kontrolom wizualnym, pomiarowi luzów łożysk, sprawdzaniu ich osadzenia na czopie, badaniom ultradźwiękowym czy obserwacjom wizualnym i dźwiękowym obręczy. Znalezione wady powinny być niezwłocznie usuwane w celu zapewniania bezpieczeństwa użytkowania taboru.
Zestawy kołowe – montaż i demontaż
W celu zmontowania nowego bądź przeprowadzenia weryfikacji i naprawy używanego zestawu kołowego stosuje się prasy hydrauliczne, których konstrukcja jest dostosowana do tego szczególnego zastosowania.
W trakcie operacji koła jezdne, tarcze hamulcowe czy napędowe koła zębate mogą zostać wtłoczone na oś lub z niej zdemontowane. Wymienne oprzyrządowanie umożliwia obsłużenie różnego rodzaju zestawów kołowych. Podczas procesu montażu niezbędne jest uzyskanie prawidłowego wykresu siły wciskania od czasu i przemieszczenia. Za regulację siły wciskania odpowiadają rozbudowane układy hydrauliki i sterowania. Po wtłoczeniu nie ma sposobu na przeprowadzenie skutecznej oceny jakości połączenia, dlatego tak ważne jest uzyskanie odpowiednich parametrów wtłaczania i wygenerowanie raportu wykresu siły wtłaczania, który jest dowodem prawidłowego osadzenia kół na osiach.
Demontaż zestawów kołowych możliwy jest do zrealizowania przy użyciu tych samych pras hydraulicznych PPO. Zastosowanie oprzyrządowania pozwala na odwrócenie działania siły na zestaw oraz zdemontowanie wszystkich podzespołów z osi. Aby zapobiec uszkodzeniu podpiaścia osi utrzymuje się również określone parametry narastania siły. Dzięki temu dobrze wykonany demontaż pozwala na zamontowanie nowego koła na tej samej osi.
Niektóre modele kół jezdnych posiadają dodatkowy kanalik na powierzchni współpracującej z osią. Do niego wprowadzany jest smar pod wysokim ciśnieniem, który zapewnia filtr pomiędzy podpiaściem a piastą koła, ułatwiając demontaż koła z osi i zmniejszając ryzyko uszkodzenia podpiaścia.
Podsumowując, do montażu i demontażu kolejowych zestawów kołowych zaprojektowaliśmy prasę poziomą PP0 300×700 (300 ton siły nacisku, 700mm skoku) i pionową PPI 100×1400 (100 ton siły nacisku, 1400mm skoku). Maszyny wyposażone są w modułowe oprzyrządowanie dobierane odpowiednio do potrzeb Klienta.
Prasy produkcji Hydrapress dają możliwość demontażu i montażu kół jezdnych, kół zębatych i tarcz hamulcowych na osiach, kołnierzy napędzających, sworzni napędowych, kół zębatych na wałach drążonych czy obsłudze kół bosych w zakresie montażu i demontażu sworzni napędowych i bezpieczeństwa. Dokładność montażu wynosi 0,1 mm. Na zamówienie możliwe jest zaprojektowanie od zera pras o innych parametrach lub dostosowanie gotowych projektów do indywidualnych potrzeb.
Tekst: ML
