Ведущее колесо электровоза

Когда говорят о ведущем колесе, многие сразу представляют себе просто массивную стальную болванку — мол, что там сложного? Но на деле это сердце тягового привода, где каждый миллиметр профиля гребня и конуса просчитан под динамику рельсовой колеи. У нас в цехах ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье не раз сталкивались с заказами на литье ведущих колес электровоза для модернизации ВЛ80 — и каждый раз это квест по балансу между прочностью и усталостной выносливостью.

Технологические нюансы литья

Помню, как в 2019 году для одного из уральских депо делали партию колес с применением жаропрочной стали 20ГФЛ — сперва казалось, что повышенное содержание марганца даст нужную вязкость. Но при обкатке на стенде вылезли микротрещины в зоне переходов от ступицы к ободу. Пришлось пересматривать технологию проковки после литья: вместо классической нормализации добавили изотермический отжиг.

Кстати, именно тогда мы начали тесно работать с лабораторией металлографии на базе https://www.xszgsteel.ru — их отчеты по структуре зерна помогли выявить перегрев в верхней зоне опок. Оказалось, при толщине стенки обода свыше 120 мм скорость охлаждения в форме нужно контролировать ступенчато, иначе аустенит не успевает перейти в сорбит.

Сейчас для таких ответственных деталей, как ведущее колесо электровоза, мы часто используем легированную сталь 25ХН3МФ-Ш — ее хромоникельмолибденовый состав хоть и дороже, но дает стабильные результаты по ударной вязкости даже при -40°C. Хотя для южных регионов иногда достаточно и углеродистой стали 55Л с грамотной термообработкой.

Практические коллизии при эксплуатации

Был случай на Транссибе — электровоз ЧС7 с нашими колесами начал давать вибрацию на скоростях выше 70 км/ч. Дефектоскопия показала неравномерный износ гребней на одной из осей. Когда разобрали, увидели — посадка на прессе была выполнена с отклонением в 0,3 мм от оси симметрии. Мелочь? А при пробеге в 50 тысяч км разница в нагрузке привела к локальному выкрашиванию поверхности катания.

Здесь важно отметить: геометрия ведущего колеса электровоза всегда должна проверяться в сборе с буксами. Мы сейчас в ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье даже разработали спецоснастку для контроля биения непосредственно после напрессовки — старые советские эталоны тут уже не работают из-за возросших скоростей.

Еще один момент — балансировка. Многие депо до сих пор экономят на динамической балансировке, ограничиваясь статической. Но при частоте вращения под нагрузкой до 600 об/мин даже дисбаланс в 200 г·см вызывает биение, которое 'съедает' ресурс подшипников буксового узла за 2-3 месяца.

Материаловедческие компромиссы

Для грузовых электровозов типа 2ЭС6 мы пробовали использовать высокохромистый чугун ЧХ16 — теоретически его износостойкость должна быть выше. Но на практике при ударных нагрузках (например, при прохождении стрелок) появлялись риски на поверхности катания. Вернулись к проверенной стали 35ХГФЛ с поверхностной закалкой ТВЧ до твердости 340-360 HB.

Интересный опыт был с применением нержавеющей стали 12Х18Н10Т для колес спецназначения — для электровозов, работающих в морских портах с агрессивной средой. Коррозионная стойкость отличная, но стоимость изготовления оказалась неподъемной для серийного производства. Хотя для отдельных заказчиков из нефтехимической отрасли такие решения иногда оправданы.

Сейчас в нашей компании https://www.xszgsteel.ru активно тестируем комбинированные технологии — например, наплавку упрочняющих сплавов на базовый материал обода. Первые результаты обнадеживают: при ресурсных испытаниях на стенде износ гребня уменьшился на 18% compared to стандартными колесами.

Метрология и контроль

При приемке ведущих колес электровоза всегда обращаю внимание на контроль твердости не только по ГОСТ 9012, но и по Шору — разброс более 5 единиц свидетельствует о нестабильности термообработки. Особенно критично для зоны перехода обод-ступица, где возникают максимальные напряжения при торможении.

Недавно внедрили ультразвуковой контроль по методике с фазированными решетками — это позволяет выявлять раковины размером от 1,5 мм на глубине до 200 мм. Старая дефектоскопия по ЭХ0-60 такие дефекты часто пропускала, что потом выливалось в трещины при знакопеременных нагрузках.

Важный нюанс: при измерении профиля катания мы теперь используем 3D-сканирование с последующим сравнением с цифровым эталоном. Разрешение 0,05 мм достаточно чтобы отследить даже начальную стадию образования ползуна — тот самый 'волнообразный износ', который так портит жизнь машинистам.

Перспективные разработки

Сейчас экспериментируем с аддитивными технологиями для ремонта ведущих колес электровоза — наплавка изношенных гребней проволокой Св-08Г2С по технологии CMT даёт интересные результаты. Правда, пока не решена проблема с термоциклической усталостью в зоне сплавления.

Для новых проектов типа электровоза 'Грант' рассматриваем вариант бандажных колес с посадкой горячей напрессовкой — так проще менять изношенный обод без замены всей колесной пары. Но здесь возникает вопрос обеспечения плотности посадки при резких температурных перепадах.

В ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье недавно приобрели новую литейную линию с ЧПУ для формования — это позволяет добиться точности литья до 7 класса по ГОСТ Р 53464. Для ведущих колес электровоза это означает сокращение механической обработки на 30%, что сохраняет волокна металла и повышает усталостную прочность.