Analiza efektów zużywania się wybranych obręczy kół tramwajowych w aglomeracji poznańskiej

• Autorzy: Paczkowska M. , Wojciechowski Ł. , Kinal G. , Ostrowska K. , Okoniewicz P.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.6.8

Warianty tytułu

EN

The evaluation of wear effects of selected trams’ wheels in the Poznan agglomeration

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem badań było określenie dominujących typów uszkodzeń obręczy wybranego pojazdu szynowego, a także zmian materiałowych będących wynikiem zużycia obręczy koła i szyny. Powierzchnie obręczy poddano badaniom makroskopowym i profilografometrycznym, twardości sposobem Vickersa oraz mikroskopowym za pomocą mikroskopu świetlnego Zeiss Epiquant sprzężonego z kamerą CCD i skaningowego mikroskopu elektronowego Tescan Vega 5135 wraz z mikroanalizatorem rentgenowskim PGT Avalon. Sprawdzony również został skład chemiczny materiału obręczy za pomocą spektrometru jarzeniowego GDS 500A firmy LECO. Podstawową formą zużycia badanych obręczy kół, jakie zostało rozpoznane na podstawie badań makroskopowych, był shelling. Najwięcej efektów zużycia zaobserwowano na powierzchniach tocznych. Należy zaznaczyć, że rozwój shellingu był w początkowej fazie. Powstałe wykruszenia nie występowały na całym obwodzie, a ich wielkość była nieduża. Wynika to prawdopodobnie z tego, że tramwaje eksploatuje się na krótkich odcinkach w porównaniu z pociągami. Ponadto w niewielkich obszarach warstwy wierzchniej stwierdzono obecność tzw. białej warstwy, co pozwala przypuszczać, że lokalnie dochodziło do większego (niż dla shellingu) nagrzewania ślizgających się powierzchni tocznych kół. Był to jednak proces lokalny, niemający kluczowego znaczenia w ogólnym przebiegu zużywania. Obręcze kół ulegały silnemu odkształceniu plastycznemu w szczególności na wierzchołkach obrzeża i przy skosach zewnętrznych profilu tocznego. Silne zgnioty spowodowały zwiększenie twardości o blisko 70% w porównaniu z twardością materiału wyjściowego. W warstwie wierzchniej rozpoznano MnS. Wtrącenia te, występujące np. w mikrostrukturze wierzchołków obrzeży, inicjowały delaminację. Może to przyczyniać się do powstawania pęknięć i w rezultacie do zwiększonego zużywania obręczy.

EN

The aim of presented research was evaluation of the main types of tram wheel wear of chosen rail vehicle and material changes which appear as a consequence of wheel and rail wear. Following tests was performed: macroscopic research, profile tests, Vickers hardness measurements, microscopic research with light microscope (Zeiss Epiquant with CCD), scanning electron microscope (Tescan Vega 5135) with X-ray microanalizer (PGT Avalon). The chemical composition was also checked with fluorescent spectrometer (LECO GDS 500A). The basic form of wear was shelling, which was detected by macroscopic research. The most damage surface was rolling surface. It has to be underline that the shelling was in early stage of growth. Created shells did not appear in the whole circumference of wheel and their size were relatively not huge. It is probably due to short distances characteristic for trams (in the comparison with trains). Moreover, in same regions of rolling surface, so called white layer was detected. It allows to state that sliding surfaces of wheel were (in a very small areas) heated in to higher temperature than it happens in case of shelling. Nonetheless, it was very local process, so it is rather not important in general wear of tested wheels. Tram wheels were highly deformed, particularly on the top of the edge of the wheel, and in the vicinity of outside angle of rolling profile. High deformation caused 70% hardness increase in comparison to the core material. In microstructure MnS was detected. Its presence in the surface layer of the top of the edge of the wheel caused delamination. It could help to crack initiation and, as a result, more intensive wear of tram wheels.

Słowa kluczowe

PL

obręcze kół tramwajowych; zużycie; warstwa wierzchnia

EN

tram wheel; wear; surface layer

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 6
• Strony: 391--395
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Paczkowska M.

• Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, Politechnika Poznańska

autor

Wojciechowski Ł.

• Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, Politechnika Poznańska

autor

Kinal G.

• Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, Politechnika Poznańska

autor

Ostrowska K.

• Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, Politechnika Poznańska

autor

Okoniewicz P.

• Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, Politechnika Poznańska

Bibliografia

• [1] Lewis R., Olofsson U.: Mapping rail wear regimes and transitions. Wear 257 (7-8) (2004) 721÷729.
• [2] Enblom R.: Deterioration mechanisms in the wheel–rail interface with focus on wear prediction: a literature review. Vehicle System Dynamics: International Journal of Vehicle Mechanics and Mobility 47 (6) (2009) 661÷700.
• [3] Trzaska Z.: Modelling of energy processes in wheel-rail contacts operating under influence of periodic discontinuous forces. Journal of Transportation Technologies 2 (2012) 129÷143.
• [4] Kwaśnikowski J., Małdziński L., Borowski J., Firlik B., Gramza G.: Analiza przyczyn przyspieszonego zużycia powierzchni tocznych kół autobusu szynowego SA 108 (215M). Pojazdy Szynowe 2 (2007) 1÷13.
• [5] Ahlström J., Karlsson B.: Microstructural evaluation and interpretation of the mechanically and thermally affected zone under railway wheel flats. Wear 232 (1999) 1÷14.
• [6] Garnham J. E., Davis C. L.: The role of deformed rail microstructure on rolling contact fatigue initiation. Wear 265 (2008) 1363÷1372.
• [7] Takahashi J., Kawakami K., Ueda M.: Atom probe tomography analysis of the white etching layer in a rail track surface. Acta Materialia 58 (2010) 3602÷3612.
• [8] Jirásková Y., Svoboda J., Shcneeweiss W. Daves O., Fisher F. D.: Microscopic investigation of layers on rails. Appl. Surf. Sci. 239 (2005) 132÷141.
• [9] Barbacki A., Jóźwiak K., Dynak K.: Biała warstwa — próba definicji, warunki powstawania, właściwości. Inżynieria Materiałowa 27 (5) (2006) 862÷867.
• [10] Katoa T., Sugetab A., Nakayamaa E.: Investigation of influence of white layer geometry on spalling property in railway wheel steel. Wear 271 (2011) 400÷407.
• [11] Clayton P.: Tribological aspects of wheel-rail contact: a review of recent experimental research. Wear 191 (1-2) (1996) 170÷183.
• [12] Zając G., Jurga S.: Badania trwałości obręczy kół tramwajowych eksploatowanych w MPK S.A. w Krakowie. Problemy Eksploatacji (2) (2009) 139÷148.