2. PRZEGLĄD LITERATURY
2.3. Normy dotyczące trójkątów hamulcowych
Kryteria wytrzymałościowe dotyczące trójkątów hamulcowych są określone w normie PN-91/K-88176 [5]. Dotyczy ona trójkątów hamulcowych o obciążeniu nominalnym 60 kN oraz 120 kN, przeznaczonych do wagonów towarowych na tor 1435 mm. Norma określa między innymi sposób oznaczeń trójkąta, jego wymiary gabarytowe oraz wymiary czopa pod obsadę wstawki hamulcowej i tzw. Ucha do połączenia z układem dźwigniowym (rys. 2.2) [5].
Rys. 2.2. Wymiary oraz tolerancje trójkąta hamulcowego wymagane przez [5]
Norma ta w założeniu technologii wykonania nie określa ściśle materiału, niemniej
wskazuje dalsze normy, według których powinny być wykonane odkuwki stalowe i wyroby walcowane. Ściśle określona natomiast jest chropowatość części trójkąta
podlegających obróbce skrawaniem, czyli ucha i czopa. Reszta powierzchni nie podlegających tego rodzaju obróbce powinna mieć chropowatość według tych przywołanych w omawianym dokumencie. Jako technologię wykonania trójkąta hamulcowego dopuszcza się kucie lub spawanie albo spawanie wraz ze zgrzewaniem z części kutych i walcowanych. W normie określona jest jakość złączy spawanych i twardość powierzchni utwardzanych czopów, ucha i tulejek. W przypadku wymagań wytrzymałościowych norma określa siły (tab. 2.1) i dopuszczalne odkształcenia (tab. 2.2) [5].
Tabela 2.1 Wartości obciążeń, jakimi należy poddać konstrukcję trójkąta hamulcowego według [5]
Typ trójkąta
Obciążenie wyjściowe
[kN]
Obciążenie Nominalne Fn [kN]
Obciążenie Nominalne Fep [kN]
Obciążenie zmęczeniowe
[kN]
60 5 60 90 10 ÷ 60
120 10 120 180 20 ÷ 120
Tabela 2.2 Kryteria, jakie musza spełnić trójkąty według [5]
Typ trójkąta
Odkształcenie sprężyste dla
Fn w [mm]
Odkształcenie trwałe dla Fn w [mm]
Odkształcenie sprężyste dla
Fep w [mm]
Odkształcenie trwałe dla Fep w [mm]
Obciążenie zmęczeniowe
60 2,0 0,1 3,0 0,5
120 2,0 0,1 3,0 0,5 Brak uszkodzeń
Ponadto sformułowane są wymagania zabezpieczenia trójkąta hamulcowego przed korozją oraz określenia sposobu i miejsca cechowania, a także znaki, jakie powinny być w tym miejscu umieszczone. Określony jest również sposób ich pakowania, przechowywania i transportowania. Wyróżnia się dwie procedury badawcze. Pierwsza z nich dotyczy badań niepełnych, podczas których dokonuje się: sprawdzenia wymiarów, oględzin zewnętrznych, sprawdzenia jakości złącz spawanych, sprawdzenia twardości, sprawdzenia wytrzymałości pod obciążeniem statycznym próbnym i stopniowym. Badania niepełne należy przeprowadzać każdorazowo przy odbiorze partii trójkątów.
Druga procedura to badania pełne, rozszerzone w stosunku do opisanych powyżej o sprawdzenie wytrzymałości zmęczeniowej. Wykonuje się je przy uruchamianiu produkcji nowego typu trójkąta lub zmianie producenta oraz przy wprowadzaniu do projektu już opracowanego typu trójkąta istotnych zmian konstrukcyjnych lub technologicznych.
Procedura kontroli jakości określona w normie dotyczy każdej partii jednego typu trójkąta
nie przekraczającej w swojej wielkości 1200 sztuk. Ilość trójkątów, jakie należy poddać badaniom, norma określa w zależności od procedury badawczej i rodzaju konkretnego badania. Według wymagań normy dotyczących badania wytrzymałościowego na stanowisku badawczym musi istnieć możliwość utrzymywania obciążenia przez co najmniej 2 minuty przy dokładności jego pomiaru wynoszącej 1%. Odkształcenia powinny być mierzone z dokładnością do 0,01 mm. Stanowisko badawcze, na którym wykonywane mają być badania zmęczeniowe, powinno zapewniać możliwości generowania obciążeń zmiennych z częstotliwością 2 ÷ 16 Hz wraz z możliwością pomiaru tej częstotliwości i wartości chwilowej przyłożonego obciążenia. Rozstaw podpór powinien wynosić 1510 mm (rys. 2.3) [5].
Rys. 2.3. Rozstaw podpór trójkąta na stanowisku oraz punkty pomiaru odkształcenia [5]
W przypadku sprawdzenia wytrzymałości pod obciążeniem próbnym należy zmierzyć odległość H (rys. 2.3), następnie przyłożyć obciążenie na 2 minuty i znów zmierzyć wartość H. Różnica zmierzonych wartości oznacza odkształcenie trwałe wywołane w trójkącie. Po zakończeniu próby wymagane jest by poddać trójkąt oględzinom zewnętrznym. Badanie zachowania trójkąta pod obciążeniem stopniowym winno się odbyć według schematu na rysunku 2.4 [5], [6].
Rys. 2.4. Diagram obciążeń [5], [6]
Po przeprowadzeniu tego badania należy ustalić wielkość odkształcenia sprężystego i trwałego pod obciążeniem nominalnym i próbnym. Po ukończeniu procedury badawczej należy poddać trójkąt oględzinom zewnętrznym. Sprawdzenie wytrzymałości zmęczeniowej trójkąta powinno obejmować 106 cykli obciążeń trójkąta z częstotliwością 2
÷ 16 Hz przy obciążeniach zawartych w tab. 2.1 [5]. Również w tym przypadku należy dokonać oględzin zewnętrznych po ukończeniu badania. Pomyślnie ukończenie wszystkich wymaganych badań potwierdzane jest zaświadczeniem wydawanym dla całej partii trójkątów, a w przypadku badan homologacyjnych świadectwo dopuszczenia.
Dokumentem o zasięgu międzynarodowych jest karta UIC 833 [6]. Wydana została po raz pierwszy w roku 1975 przez UIC. Określa ona warunki techniczne, jakie powinny spełniać trójkąty hamulcowe. Na jej podstawie w 1991 roku powstała wyżej omówiona polska norma [5]. Karta dotyczy trójkątów, które wykonywane są jako konstrukcje monolityczne przez tłoczenie lub kucie oraz takich, które wykonywanie są z elementów składowych połączonych poprzez technologie spawania, obciskania lub poprzez połączenia śrubowe.
Karta rozróżnia trzy rodzaje trójkątów hamulcowych o różnej sile nominalnej wynoszącej odpowiednio 45 kN, 60 kN lub 120 kN, przy czym trójkąty o sile nominalnej 45 kN przeznaczone są dla klocków z tworzyw sztucznych. Pozostawia ona dowolność w zakresie doboru materiału konstrukcyjnego trójkąta hamulcowego, ale sugeruje zbiór norm ISO, których wymagania powinny spełniać te materiały. W przypadku części kutych lub matrycowanych, twardość w zależności od materiału, powinna mieścić się w podanych przez normę granicach. Wszystkie powierzchnie powinny być oczyszczone po wykonaniu trójkąta, natomiast te obrabiane powinny mieć ściśle określoną w karcie chropowatość.
Spoiny powinny spełniać wymagania karty UIC 897-13 [44] powinny być wolne od wad spawalniczych i nie mogą pogarszać parametrów materiału spawanych elementów.
Wymiary trójkąta powinny być zgodne z jego dokumentacją konstrukcyjną, jednak powinny spełniać wymagania wymienności zawarte w karcie UIC 542 [7]. Karta [6]
określa natomiast odchyłki i tolerancje, w jakich powinny mieścić się wymiary trójkąta hamulcowego. Trójkąt hamulcowy powinien zostać poddany badaniom statycznym i zmęczeniowym. Badania statyczne wykonuje się według diagramu obciążenia określonego na rys. 2.4 [5], [6]; przy wartościach obciążeń określonych w tabeli 2.3 [6].
Karta [6] zawiera kryteria, które określają dopuszczalne odkształcenia trójkąta hamulcowego mierzone pomiędzy uchem, a punktem podparcia (tab. 2.4). Według
wymagań karty [6] odnośnie próby odkształcenia statycznego stanowisko badawcze powinno mieć możliwość utrzymania stałej wartości obciążenia przez co najmniej dwie minuty oraz jego pomiaru z dokładnością do 1%.
Tabela 2.3 Wartości obciążeń, jakimi należy poddać konstrukcję trójkąta hamulcowego według [6]
Typ trójkąta
Obciążenie wyjściowe
[kN]
Obciążenie Nominalne Fn [kN]
Obciążenie Nominalne Fep [kN]
Obciążenie zmęczeniowe
[kN]
45 5 45 100 5 ÷ 45
60 5 60 100 10 ÷ 60
120 5 120 180 20 ÷ 120
Tabela 2.4 Kryteria jakie, musza spełnić trójkąty według [6]
Typ trójkąta
Odkształcenie sprężyste dla
Fn w [mm]
Odkształcenie trwałe dla Fn w [mm]
Odkształcenie sprężyste dla
Fep w [mm]
Odkształcenie trwałe dla Fep w [mm]
Obciążenie zmęczeniowe
45 2,0 0,1 3,0 0,5
60 2,0 0,1 3,0 0,5
120 2,0 0,1 3,0 0,5
Brak uszkodzeń
Badania zmęczeniowe powinny uwzględniać liczbę 106 cykli o wartości obciążeń podanych w tab. 2.3, zadawanych z częstotliwością 2 ÷16 Hz. Karta [6] przewiduje kilka konfiguracji stanowiska. Konfiguracje te zostały przedstawione na rys. 2.5 ÷ 2.8.
Stanowisko badawcze powinno umożliwiać pomiar odkształceń z dokładnością do 0,01 mm oraz w przypadku badań zmęczeniowych pomiar częstości impulsów i ich chwilowej wartości.
Rys. 2.5. Wariant I stanowiska do badań trójkątów hamulcowych według [6]
Rys. 2.6. Wariant II stanowiska do badań trójkątów hamulcowych według [6]
Rys. 2.7. Wariant III stanowiska do badań trójkątów hamulcowych według [6]
Rys. 2.8. Wariant IV stanowiska do badań trójkątów hamulcowych według [6]
Karta [6] określa wymaganą twardość powierzchni ulepszanych cieplnie oraz grubość warstwy ulepszanej. Oznaczenie trójkąta hamulcowego wykonywane jest na gorąco i powinno zawierać wymagane w karcie informacje. Informacje dotyczące procesu produkcji trójkąta hamulcowego odnoszą się do procesu odlewania stali, kucia, spawania i obróbki cieplnej. Poprawki po wykonaniu trójkąta hamulcowego są dopuszczalne tylko w przypadku zachowania tolerancji wymiarowych pod warunkiem, że nie będą powodowały ukrycia wad wyrobu. Warunki kontroli trójkątów hamulcowych narzucone prze kartę [6] obejmują wymagania dotyczące kontroli procesu produkcji i kontroli wyrobów. W przypadku kontroli wyrobów rozróżnia się tryb udzielania dopuszczenia do produkcji na określony typ trójkątów hamulcowych lub tryb odbioru partii trójkątów hamulcowych. Proces dopuszczenia jest rozszerzony względem procesu odbioru o badania zmęczeniowe. Ilość trójkątów, jaką należy poddać badaniom, zależy od wielkości partii i rodzaju badania. Karta [6] określa również warunki dostawy trójkątów hamulcowych, w tym sposób zabezpieczenia antykorozyjnego oraz warunki gwarancji.
Celem standaryzacji ustalono, iż trójkąty muszą być zamienne względem siebie.
Zamienność tę określa karta UIC 542 [7] w załączniku H. Wyznacza ona wymiary
gabarytowe trójkąta hamulcowego oraz wymiary czopa i ucha wraz z tolerancjami i pasowaniami (rys. 2.9).
Rys. 2.9. Wymagane wymiary trójkąta według [7]