Xác định các yếu tố ảnh hởng đến độ mi mòn gờ mặt lăn bánh xe PGS. TS. vũ duy lộc Bộ môn Đầu máy - Toa xe Khoa Cơ khí - Trờng Đại học GTVT Tóm tắt: Bi báo phân tích, xác định những nhân tố ảnh hởng đến mi mòn gờ bánh xe thông qua khảo sát đặc điểm mi mòn gờ bánh xe trên mỗi trục của các loại toa xe. Trình bầy biện pháp giảm thiểu mi mòn gờ bánh xe v kéo di thời gian lm việc của bộ trục bánh. Summary: Based on the stuties of abrasion properties of flange and figures out, this article analyses factors causing abrasion of flange. This article also provides solution to reduce abrasion of flange and enhance durability of the wheel-set. i. đặt vấn đề Trong thực tế vận dụng đầu máy, toa xe, do tác dụng tơng hỗ giữa đờng và đoàn tầu chuyển động xuất hiện ứng suất tiếp xúc tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và ray. Khi bánh xe chuyển động trên đờng ray sẽ xẩy ra các hiện tợng: mài mòn tự nhiên bề mặt làm việc; biến dạng dẻo, phá hủy mỏi; lỏng dơ mối ghép liên kết băng đa và lòng bánh, moay ơ và trục. Trục bánh trong quá trình làm việc chịu tác dụng của tải trọng tĩnh, tải trọng động, ứng suất uốn, ứng suất nén, tải trọng va đập giữa bánh xe và ray truyền đến CB A Quá trình vận hành bộ trục bánh xe phát sinh các dạng h hỏng: - Cháy hộp trục bánh xe (cháy bầu dầu ổ trục lăn hoặc ổ trục trợt); - Gẫy trục do hiện tợng mỏi phát sinh hoặc do quá tải; - Lỏng vành băng đa, moay ơ bánh xe (do mối ghép bị lỏng, do hiện tợng bó hãm); - Mòn vẹt cục bộ mặt lăn bánh xe; - Bong, rộp, tróc mặt lăn bánh xe do quá trình hãm phát sinh; - Nới rộng mặt lăn bánh xe, làm mất độ côn bánh xe; - Mài mòn gờ và làm nhọn gờ bánh xe. Năm dạng h hỏng đầu ảnh hởng bởi yếu tố chủ quan của con ngời trong chế tạo, sửa chữa, bảo dỡng và sử dụng vật liệu chế tạo bộ trục bánh. Những dạng h hỏng này có khả năng khắc phục. Hai dạng h hỏng cuối là hình thức h hỏng tự nhiên sinh ra do quá trình tiếp xúc giữa bánh xe và ray. Theo kết quả thống kê phân tích 892 bộ trục bánh đa vào sửa chữa mức độ mài mòn trung bình gờ bánh xe là 6,82mm; mài mòn trung bình mặt lăn là 2,92mm so với kích thớc thiết kế. Tỷ lệ mài mòn gờ bánh xe so với mài mòn mặt lăn bánh xe là 2,15:1. Theo nguyên tắc kỹ thuật vận hành của ngành Đờng sắt không cho phép toa xe trong đoàn tầu chuyển động tồn tại những h hỏng, mài mòn quá hạn độ cho phép làm ảnh hởng đến an toàn vận hành đoàn tầu. Vì vậy, cần nghiên cứu biện pháp giảm thiểu mài mòn gờ mặt lăn bánh xe. ii. Xác định mi mòn mặt lăn v gờ bánh xe Xác định lợng mài mòn gờ và mặt lăn bánh xe (so với kích thớc thiết kế chế tạo) bằng phơng pháp đo thực tế và thống kê lợng mài mòn. Các cặp trục bánh xe khi đa toa xe vào sửa chữa định kỳcần phải lập biên bản giải thể, kiểm tra kỹ thuật bộ trục bánh xe. Chiều dầy gờ bánh xe nguyên hình khổ đờng 1000mm là 30mm; chiều cao gờ bánh xe nguyên hình là 27mm. Từ kết quả đo 634 bộ trục bánh toa xe hàng sửa chữa ở Công ty xe lửa Gia lâm và Xí nghiệp sửa chữa toa xe Yên Viên; 892 lần đo lợng mài mòn theo biên bản giải thể trong hồ sơ sửa chữa toa xe của các Xí nghiệp, Công ty sửa chữa toa xe khách, toa xe hàng, có thể xử lý các số liệu trên để đa ra các kết luận. Xử lý kết quả đo theo phơng pháp sác xuất thông kê xác định giá trị trung bình X , độ phân tán ; độ chính xác giá trị đo v theo công thức: ; n n.X X n 1i n 1i i ii = = = ( ) ; nI n.XXI i1i ii n 1i = = = v = %100. X . Hình 1 là đồ thị xác định số lần đo tối thiểu N min để đảm bảo độ tin cậy kết quả tính theo quan hệ f = . Trong đó: n i - số lợng khoảng giới hạn giá trị đo. i = 1,2,3n; X - trị số trung bình các đại lợng đo trong khoảng thứ i; - sai số cho phép. = 3 ữ 5%. h 1. a. Kết quả đo 643 bộ trục bánh toa x ào sửa chữa tại Công ty xe lửa Gia Lâm và X xe khi đa toa xe vo sửa chữa Kho ữ 25 25,6 ữ 26,5 27ữ 28,5 f = [ x ] 3 60 0 20 40 1 120 80 100 5 2 4 N min f CB A Hìn e đa v í nghiệp toa xe Yên Viên. - Chiều dầy còn lại gờ bánh ảng phân 20 ữ 21 21,5 ữ 22 22,5 ữ 23 23,5 ữ24 24,5 bố kích thớc n i = 1 ữ 7 36 98 144 186 53 42 20 i X (i=1ữ 7) 20,5 21,75 22,75 2 24,75 26 27,75 3,75 Lợng mài mòn tơng ứng 9,5 8,25 7,25 6,25 5,25 4 2,25 CB A gờ h xe ân bố kích thớc đo đợc 27,5 ữ 27,75 28 ữ 28,5 29 ữ 30 - Chiều cao Khoảng ph bán (mm) n = 189 332 113 1 ữ 7 i i X (i=1ữ 7) 27,625 28,25 29,5 Lợng mài mòn tơng ứng 0,625 1,25 2,25 b. Kết quả đo 842 bộ trục bánh theo ản giải thể a c toa xe c ty sửa chữa toa x h, toa xe hàn bố k 25,6 ữ 26,5 27 ữ 28,5 biên b trong hồ sơ sử hữa ủa các Xí nghiệp, Công e khác g - Chiều dầy còn lại gờ bánh xe khi đa toa xe vo sửa chữa Khoảng phân 19 ữ 20 20,5 ữ 21,5 22 ữ 23 23,5 ữ 24 24,5 ữ 25 ích thớc n i = 1 7 ữ 65 120 23,5 296 74 52 50 i X (i=1ữ 7) 19,5 21 22,5 23,75 24,75 26 27,75 Lợng mài mòn tơ 10,5 5,25 4, 2,25 ng ứng 9 7,5 6,25 - Chiều cao Khoảng phân gờ xe khi đ a toa xe a ch bố kích thớc đo đợc 27,5 ữ 28,75 29 ữ 30,75 30 ữ 30 bánh vo sử ữa n = 106 159 1 ữ 7 127 i i X (i=1ữ 7) 28,125 29,875 31,5 Lợng mài mòn tơng ứng 1,125 2,875 4,5 c. Phân tích kết quả đo cho thấy lớn nhất xuất hiện hững bánh xe hiệu lẻ (1,3 chiếm 70 ữ 2mm, trung bình là 21,45mm. Trong đó, mài mòn xuất hiện n nhân gây nên mi mòn gờ v mặt lăn bánh xe Theo kết quả nghiên cứu mài mòn gờ và mặt lăn bánh xe xác định theo quy luật biểu diễn Mức độ nh. Mài mòn đợc biểu hiện ở sự thay mặt lăn bánh xe. Những nhân Mài mòn gờ mặt lăn trên n có ký ,5,7) 75% chiều dầy gờ bánh xe 19 ữ 2 trên gờ bánh số 1,5 nhiều hơn so với gờ bánh xe còn lại. Mài mòn gờ bánh xe nhỏ xuất hiện trên gờ bánh xe có ký hiệu số chẵn (6,8,4,2); chiều dầy gờ còn lại 24 ữ 25mm. iii. Phân tích nguyê trên hình 2. mm 6 10 3 .km 4 2 0 40 80 120 160 200 Hình 2. Quy luật mài mòn gờ và mặt lăn bánh xe mài mòn mặt lăn và gờ bánh xe phụ thuộc số km đoàn tầu vận hà đổi chất lợng bề mặt, kích thớc hình học tố chủ yếu ảnh hởng quyết định tới mài mòn là: tốc độ trợt áp lực; nhiệt độ; biến dạng và bôi trơn; quan hệ giữa độ cứng giữa mặt lăn bánh xe và đỉnh ray. Hiện tợng mài mòn mặt lăn và gờ bánh xe đợc biểu diễn trên hình 3. CB A Mài mòn lớn nhất prôphi n có độ côn 1 : 20. Khi đoàn tầu thông qua đờng cong thì à áp sát vào nấm ray gây ra hiện lm giảm thiểu mi mòn mặt lăn bánh xe v kéo di thời gian lm việc của bộ trục bánh chuyển hớng khi toa xe chuyển động trên đờng cong đối với t chuyển hớng cần có độ tự do lớn trong mặt phẳn ể giảm chuyển động quay của cặp trục bánh xe và lự u đợc lựa chọn từ điều kiện không làm thay đổi thông số hình học, vị trí bánh xe tơn g chuyển động rắn bò. n cứng. Phơng pháp bôi trơn gờ bánh xe đợc tiến ờ bánh xe. í vật liệu bôi trơn. g quá trình sửa chữa để nâng cao độ cứng bề Hình 3. Dạng mài mòn prôphin bánh xe n bánh xe là gờ bánh, bộ phận mặt lă gờ bánh và phần côn 1 : 20 tiếp xúc v tợng trợt giữa gờ bánh xe và mặt bên hông ray sinh ra mài mòn với cờng độ nhanh hơn so với mặt lăn. iv. Biện pháp 1. Hoàn thiện kết cấu giá chuyển hớng: Để giảm sự ràng buộc của giá hiết bị quay của bộ trục bánh xe, khung giá g ngang, nghĩa là má giá chuyển hớng cần có độ dịch chuyển tự do tơng đối giữa chúng với nhau hoặc chuyển dich giá chuyển hớng. Khi toa xe chuyển động trên khu vực đờng thẳng, giá chuyển hớng cần có độ tự do lớn đối với xà nhún trong mặt phẳng nằm ngang đ c ngang. Giá chuyển hớng sử dụng thanh kéo đàn hồi liên kết khung giá với cặp trục bánh, trị số lực kéo ban đầ g đối với giá chuyển hớng khi chuyển động trên khu vực đờng thẳng - không ép gờ bánh xe. Khi chuyển động trên đờng cong, có lực ép gờ bánh xe vào ray, lực bên ngoài tác dụng lớn hơn trị số ban đầu của liên kết đàn hồi bộ trục bánh với má giá chuyển hớng. Hay nói cách khác, cặp trục bánh xe trong trờng hợp này có độ dịch chuyển tự do trên đờng ray lớn và dễ dàng. - Sự dịch chuyển phù hợp sẽ giảm lực ngang và mài mòn gờ bánh xe, mài mòn mặt bên trong đầu gờ nấm ray. - Tăng khoảng cách trục trong giá chuyển có tác dụng giảm mài mòn gờ bánh xe vì khi đó tăng chiều dài bớc són 2. Sử dụng công nghệ để làm giảm mài mòn bánh xe - Bôi trơn gờ bánh xe bằng vật liệu bôi trơ hành nghiên cứu từ vật liệu trơn cứng tiếp xúc trên bề mặt g - Bôi trơn gờ bánh xe theo nguyên lý mao dẫn. Phơng pháp sử dụng chất bôi trơn lỏng và đợc điều khiển bằng gió ép. Những phơng pháp bôi trơn này đảm bảo nâng cao khả năng chống mòn bề mặt làm việc gờ bánh xe và ray, giảm chi ph 3. Nâng độ cứng bề mặt tiếp xúc của bánh xe Sử dụng công nghệ lăn ép gờ bánh xe tron mặt áp gia công nhiệt bề mặt làm việc của bánh cao độ cứng bánh xe và ray trên cơ sở xác định độ bề tơng đối của bánh xe và đỉnh ray, tiếp xúc của gờ bánh xe với ray bằng phơng ph xe. 4. Nâng cao độ cứng bánh xe và ray Nâng lựa chọn quan hệ độ cứng bánh xe và đỉnh ray từ 1 đến 2,1 1 .Xem hình 4. v. Kết luận CB A 4,1 Kết quả thống kê p và mặt lăn bánh xe khi đa toa xe vào nhà máy sửa chữa cho thấy: h hỏng chủ yếu bánh xe là mài mòn; mức độ mài mòn trung bình gờ bánh xe là 6,82mm; mặt lăn là 2,92mm. Tỷ lệ tơng đối lợng mài mòn gờ xe là 2,15:1. bôi trơn mặt bên đờng ray, đặc biệt là ở khu vực đờng cong. Tài liệu tham khảo [1]. PG Văn Doanh, PGS. TS Lê Văn Học, TS Vũ Duy Lộc. Nghiên cứu biện pháp giảm mài mòn chi tiết toa xe khi nâng cao tốc độ chạy tầu. (Đề tài NCKH cấp Bộ mã số B96 - 35 - 01TĐ). xe của Công ty vận tải hàng hóa đờng sắt (từ năm 2002 đến 2005) sắt Việt Hình 4. Quan hệ giữa độ cứng bánh xe và đỉnh ray hân tích lợng mài mòn của 1535 gờ bánh xe và mặt lăn bánh Chi phí sửa chữa bộ trục bánh chiếm 30% tổng chi phí khi đa toa xe vào sửa chữa. Nh vậy, làm giảm hiệu quả kinh tế khai thác toa xe. Do đó, tác giả đã nghiên cứu đề xuất biện pháp giảm thiểu mài mòn và kéo dài thời gian làm việc của bộ trục bánh. - Thực hiện các biện pháp - Hoàn thiện kết cấu giá chuyển hớng: sử dụng giảm chấn ma sát, thanh đàn hồi, tăng khoảng cách trục để tăng bớc sóng chuyển động rắn bò giảm lực ngang tác dụng giữa gờ bánh xe và ray. - Sử dụng vật liệu chế tạo bánh xe có độ bền, độ cứng phù hợp với vật liệu chế tạo ray. S. TS Vũ Duy Lộc. Một số vấn đề kinh tế kỹ thuật chế tạo và vận dụng toa xe, Hà Nội 2005. [2]. PGS.TS Lê [3]. Hồ sơ kỹ thuật toa [4]. Quy trình sửa chữa, hạn độ sửa chữa lớn toa xe khách, hàng; Quy phạm kỹ thuật khai thác đờng Nam. (Nhà xuất bản Giao thông vận tải. Hà nội 1999) Ra y Bánh toa xe hàn g 360 340 320 300 HB 700 900 800 1000 Bánh toa xe hàn Ray B M a g . mi mòn gờ v mặt lăn bánh xe Theo kết quả nghiên cứu mài mòn gờ và mặt lăn bánh xe xác định theo quy luật biểu diễn Mức độ nh. Mài mòn đợc biểu hiện ở sự thay mặt lăn bánh xe. Những nhân Mài. hãm); - Mòn vẹt cục bộ mặt lăn bánh xe; - Bong, rộp, tróc mặt lăn bánh xe do quá trình hãm phát sinh; - Nới rộng mặt lăn bánh xe, làm mất độ côn bánh xe; - Mài mòn gờ và làm nhọn gờ bánh xe hỏng, mài mòn quá hạn độ cho phép làm ảnh hởng đến an toàn vận hành đoàn tầu. Vì vậy, cần nghiên cứu biện pháp giảm thiểu mài mòn gờ mặt lăn bánh xe. ii. Xác định mi mòn mặt lăn v gờ bánh xe