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… CBA Quá trình vận hành b
Trang 1Xác định các yếu tố ảnh hưởng
đến độ mμi mòn gờ mặt lăn bánh xe
PGS TS vũ duy lộc
Bộ môn Đầu máy - Toa xe Khoa Cơ khí - Trường Đại học GTVT
Tóm tắt: Bμi báo phân tích, xác định những nhân tố ảnh hưởng đến mμi mòn gờ bánh xe
thông qua khảo sát đặc điểm mμi mòn gờ bánh xe trên mỗi trục của các loại toa xe
Trình bầy biện pháp giảm thiểu mμi mòn gờ bánh xe vμ kéo dμi thời gian lμm 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 tương hỗ giữa đường 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 đường ray sẽ xẩy ra các hiện tượng: 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…
CBA
Quá trình vận hành bộ trục bánh xe phát sinh các dạng hư hỏng:
- Cháy hộp trục bánh xe (cháy bầu dầu ổ trục lăn hoặc ổ trục trượt);
- Gẫy trục do hiện tượng mỏi phát sinh hoặc do quá tải;
- Lỏng vành băng đa, moay ơ bánh xe (do mối ghép bị lỏng, do hiện tượng 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 hư hỏng đầu ảnh hưởng bởi yếu tố chủ quan của con người trong chế tạo, sửa
chữa, bảo dưỡng và sử dụng vật liệu chế tạo bộ trục bánh Những dạng hư hỏng này có khả
năng khắc phục Hai dạng hư hỏng cuối là hình thức hư 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 đưa 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 thước 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 Đường sắt không cho phép toa xe trong
đoàn tầu chuyển động tồn tại những hư hỏng, mài mòn quá hạn độ cho phép làm ảnh hưởng
đến an toàn vận hành đoàn tầu Vì vậy, cần nghiên cứu biện pháp giảm thiểu mài mòn gờ mặt
lăn bánh xe
Trang 2ii Xác định mμi mòn mặt lăn vμ gờ bánh xe
Xác định lượng mài mòn gờ và mặt lăn bánh xe (so với kích thước thiết kế chế tạo) bằng phương pháp đo thực tế và thống kê lượng mài mòn Các cặp trục bánh xe khi đưa 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 đường 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 lượng 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 đưa ra các kết luận
Xử lý kết quả đo theo phương pháp sác xuất thông kê xác định giá trị trung bình X , độ phân tán σ; độ chính xác giá trị đo v theo công thức:
; n
n X
X n
1
1
i i
∑
∑
=
=
=
n I
n X X I
i 1 i
i i n 1 i
=
=
′
ư
′
=
X
σ
Hình 1 là đồ thị xác định số lần đo tối thiểu Nmin để đảm bảo độ tin cậy kết quả tính theo quan hệ f = ⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡ ξ
ν
Trong đó: ni - số lượng khoảng giới hạn giá trị đo i = 1,2,3…n;
X - trị số trung bình các đại lượng đo trong khoảng thứ i;
ξ - sai số cho phép ξ = 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 đưa toa xe vμo sửa chữa
f = [
x
ν
]
3
60
0
20
40
1
120
80
100
5
Nmin
f
CBA
Hìn
e đưa v
í nghiệp toa xe Yên Viên
- Chiều dầy còn lại gờ bánh
ảng phân
bố kích thước
i
Lượng mài mòn
Trang 3gờ h xe
- Chiều cao
Khoảng ph
bán (mm)
i
b Kết quả đo 842 bộ trục bánh theo ản giải thể a c toa xe
- Chiều dầy còn lại gờ bánh xe khi đưa toa xe vμo sửa chữa
Khoảng phân
19 ữ 20 20,5 ữ 21,5 22 ữ 23 23,5 ữ 24 24,5 ữ 25 ích thước
i
Lượng mài mòn
- Chiều cao
Khoảng phân
gờ xe khi đ a toa xe a ch
i
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 mμi mòn gờ vμ mặt lăn bánh xe
Theo kết quả nghiên cứu mài mòn gờ và mặt lăn bánh xe xác định theo quy luật biểu diễn
nhân
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
103.km
4 2
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 lượng bề mặt, kích thước hình học
tố chủ yếu ảnh hưởng quyết định tới mài mòn là: tốc độ trượt áp lực; nhiệt độ; biến dạng và
bôi trơn; quan hệ giữa độ cứng giữa mặt lăn bánh xe và đỉnh ray Hiện tượng mài mòn mặt lăn
Trang 4và gờ bánh xe được biểu diễn trên hình 3
CBA
Mài mòn lớn nhất prôphi n có độ côn 1 : 20 Khi đoàn tầu thông qua đường cong thì à áp sát vào nấm ray gây ra hiện
lμm giảm thiểu mμi mòn mặt lăn bánh xe vμ kéo dμi thời gian lμm việc của bộ trục bánh
chuyển hướng khi toa xe chuyển động trên đường cong đối
phẳn
ể giảm chuyển động quay của cặp trục bánh xe
và lự
u được lựa chọn từ điều kiện không làm thay đổi thông số hình học, vị trí bánh xe tươn
g chuyển động rắn bò
n cứng Phương pháp bôi trơn gờ bánh xe được
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 tượng trượt giữa gờ bánh xe và mặt bên hông ray sinh ra mài mòn với cường độ nhanh hơn
so với mặt lăn
iv Biện pháp
1 Hoàn thiện kết cấu giá chuyển hướng:
Để giảm sự ràng buộc của giá
hiết bị quay của bộ trục bánh xe, khung giá
g ngang, nghĩa là má giá chuyển hướng cần có độ dịch chuyển tự do tương đối giữa chúng với nhau hoặc chuyển dich giá chuyển hướng
Khi toa xe chuyển động trên khu vực đường thẳng, giá chuyển hướng cần có độ tự do lớn
đối với xà nhún trong mặt phẳng nằm ngang đ
c ngang
Giá chuyển hướng 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 hướng khi chuyển động trên khu vực đường thẳng - không ép gờ bánh
xe Khi chuyển động trên đường 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 hướng Hay nói cách khác, cặp trục bánh xe trong trường hợp này có độ dịch chuyển tự do trên đường 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 bước 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 Phương pháp sử dụng chất bôi trơn lỏng và
được điều khiển bằng gió ép
Những phương 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
Trang 5mặt áp gia công nhiệt bề mặt làm việc của
bánh
cao độ cứng bánh xe và ray trên cơ sở xác định độ bề tương đối của bánh xe và đỉnh
ray,
tiếp xúc của gờ bánh xe với ray bằng phương 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
CBA
4 , 1
đưa toa xe vào nhà máy sửa chữa cho thấy: hư 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 tương đối lượng mài mòn gờ
xe là 2,15:1
bôi trơn mặt bên đường ray, đặc biệt là ở khu vực đường cong
Tài liệu tham khảo
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 đường sắt (từ năm 2002 đến 2005)
sắt Việt
Hình 4 Quan hệ giữa độ cứng bánh xe và đỉnh ray
hân tích lượng mài mòn của 1535 gờ bánh xe
và mặt lăn bánh
Chi phí sửa chữa bộ trục bánh chiếm 30% tổng chi phí khi đưa toa xe vào sửa chữa Như
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 hướng: sử dụng giảm chấn ma sát, thanh đàn hồi, tăng
khoảng cách trục để tăng bước 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 đường
Ray
Bánh toa
xe hàng
360
340
320
300 HB
700
900
800
1000
σ
Bánh toa
xe hàn
Ray
B
M ∏a
g
