Marek SITARZ, K atarzyna CHRUZIK, Tom asz W OJDYŁA
BADANIA CERTYFIKACYJNE OBRĘCZY KÓŁ KOLEJOWYCH
Streszczenie. W artykule om ówiono ogólne przepisy i m etodologią postępow ania przy pracach dotyczących uzyskania certyfikatu przez producentów na elementy, które m ają być użytkowane na kolejach polskich. Przedstawiono podstaw owe wym agania jakie m uszą być spełnione przy opracowaniu dokum entu normatywnego, badaniach obręczy kół, opinii nie
zbędnych dla w ydania certyfikatu przez Głównego Inspektora Kolejnictwa. W artykule za
mieszczono również kom pleksow e badania fizykom echaniczne i m etaloznawcze oraz pom ia
ry geom etryczne obręczy kół kolejowych.
CERTIFIKATE TESTS OF RAIL TYRES
Sum mary. The paper presents the general rules and procedures concerned with the activi
ties necessary in order to obtain the certificates for parts and elements, w hich are to be used by Polish railways. The certificates are to be issued to the p arts’ manufacturers. The basic requirem ents for form ulating the standards have been set out, together with the rules for in
vestigations o f the railways tyres as well as the opinions necessary to the C h ief R ailw ay In
spector, who issues the certificates. The com plex physic-m echanical and metal science tests and geom etrical m easurem ents o f the railways tyres have also been included in the paper.
1. W STĘP
Zgodnie z rozporządzeniem M inistra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 22 kw iet
nia 1999 r. D ziennik U staw RP nr 47 z dnia 27 m aja 1999 r. w spraw ie świadectw dopuszcze
nia do eksploatacji budow li i urządzeń przeznaczonych do prowadzenia ruchu kolejowego oraz typu pojazdu szynowego wszystkie przedsiębiorstwa produkujące gotow e pojazdy szy
nowe lub elem enty do tych pojazdów pow inny posiadać świadectwo dopuszczenia do eksplo
atacji (certyfikat) w ydany przez Głównego Inspektora Kolejnictwa. Zgodnie z tym rozporzą
dzeniem do w niosku dostarcza się opinię przygotow aną przez upow ażnioną jednostką badaw czą (załącznik nr 4 rozporządzenia M inistra wyznacza osiem jednostek badaw czych w Pol
sce).
Przygotow anie takiej opinii poprzedzone je st opracowaniem dokum entu norm atywnego, przeprow adzeniem określonych badań zgodnych z dokum entem norm atywnym oraz zebra
niem dodatkowych inform acji o danym wyrobie i producencie.
128 M. Sitarz, K. Chruzik, T. Wojdyła
Takimi dodatkowym i informacjami m ogą być:
- otrzym ane przez producenta certyfikaty zarządzania jakością;
- dopuszczenie tego wyrobu na innych kolejach, - wykaz odbiorców krajowych i zagranicznych, - dotychczasowe dośw iadczenia eksploatacyjne itp.
Dokum ent norm atywny zaw iera między innymi nazw ę wyrobu, producenta w yrobu oraz zastosowanie wyrobu. W dokumencie tym są również m ateriały i dokumenty, wg których będzie oceniany wyrób oraz w ym agania i kryteria oceny (normy polskie, przepisy UIC, prze
pisy inne krajowe i zagraniczne). W ażne również jest w tym dokum encie określenie niezbęd
nego zakresu badań do w ydania św iadectwa oraz m ateriały i elementy niezbędne do tych ba
dań.
2. CEL I ZAKRES BADAŃ
Celem badań było sprawdzenie własności fizykochemicznych obręczy kół kolejowych otrzym anych od producenta z wymaganiami zawartymi w Polskich N orm ach oraz Kartach UIC. Badaniom poddano obręcze w ykonane z m ateriału P54N zgodnie z norm ą PN-84/H- 84027/06 oraz B6T zgodnie z K artą UIC 810-1. Jedna z obręczy była obrobiona m echanicz
nie, druga nieobrobiona.
3. BADANIA OBRĘCZY
3.1. Sprawdzenie w ym iarów geom etrycznych
Sprawdzenie w ym iarów geom etrycznych wykonano na zgodność z rysunkam i producenta o numerach: TT-1821/B - Obręcze, TT-2743 - M achined Tyres, rysunki producenta zostały uzgodnione z zam awiającymi.
O bręcze wykazały zgodność z rysunkami.
3.2. Sprawdzenie stanu powierzchni i cechowania
W ram ach spraw dzenia pow ierzchni i cechowania wykonano oględziny stanu pow ierzch
ni zewnętrznych obręczy oraz kontrolę sposobu oznakow ania "na gorąco" obręczy na zgod
ność z normam i i rysunkami. Stan powierzchni je st zgodny z w ymaganiami norm , oznakow a
nie zgodne z norm am i i rysunkami TT-2714 i TT-2744.
z y 'V / y A y ,
/ y / y y /■' V ' / / ' ' ■ ' ' \
V 1 1
I
/
|p»T37 w /
D1 ( m2 02 [ M l DJ [m] 04 (m) M M A . i k g )
1» ’ 1 G»o . 1 8 704 * ' 8 7 3 0 * ’ 8 3 6 2
m ' 1 74 0 - 1 8 754 ” 8 7 6 0 ’ ’ B 301
91* ł l 76C . 1 8 774 “ 1 6 0 0 * ’ 1 3 0 »
» « i * 1 TBO - 1 8 794 ’ *8 8 2 0 * ' 8 3 1 5 IMS ’ | 6 0 0 - 1 8 614 * ’ 8 • 4 0 ” | 2>B M S * 1 7 9 0 ->6 « 0 4 ” 8 63 0 ” 8 319
1« ‘ 1 ■ 0 0 - | 8 • 14 " 8 • 4 0 ’ ’I 3 2 1
1005 *3 3 3 7
1045 *8 ■HO -id • 94 ” 8 9 2 0 ” 8 352
1. RTSUNEK CPfUOOUAKU NA PODSTAWIĆ PN-BI/K-910 3*
2 . * - MATESIAL WG I 1 .- 8 4 / H - 6 4 0 2 7 ARK.DO I 06
S . NA tY C Z I K II 2ANAW1AJAC200 DOPIISŁC2ALNB J U T CECHÓWANIi NA 0 0 8 * 0 0 PO B T SO N IZ OBRZK7A
♦ . CECHOWANIE NA COKACC WC 1TS1INKU NR T T -2 0 1 4 LUB T T -2 0 1 5
u v a g: p k t .5
Rys. 1. Sprawdzenie wymiarów - rysunek producenta nr T T -1821/B Fig. 1. Verification o f dimensions - producer’s drawing No. TT -1821/B
Rys. 2. Sprawdzenie wymiarów - rysunek producenta nr TT-2743 Fig. 2. Verification o f dimensions - producer’s drawing N o. TT-2743
130 M. Sitarz, K. Chruzik, T. Wojdyła
ooo 00 O '
I ooooo
/ / /
/ /
l i 3/ A J 5 /
l. MJMŁR W T C P U 2 Z N A * WYTWÓRCY
3. NUMER K O LE JN Y D8R CC Zv. V W ł O a lE 4 d w i e O S “at n i e Cy t r yr o k u im i e s i ą c w y k o n a n i a 5. Zn a k k.j
6. ZNAK rjATJNKU s i A - I I C B S 0 3 / I CtEPi.NL.;
7. ZNAK ODBIORCY U ŻYTKO W NIKA
3. W S Ł E 3 IE N IE NA W ARTOŚĆ T v A *W J $ C I W S K A L I HB 9. L IT E R Y HB
I . RODZAJ I KOLZJNUtiC ZNAKÓW ZO O DNI7 Z P N -9 3 / K -9 1 0 4 2
- Z N A K I KR 8 T 9 TYLKO NA OBRĘCZACH NAPĘDNYCH POJAZDÓW TRAKCYJNYCH
Rys. 3 . Sprawdzenie stanu powierzchni - rysunek nr TT-2714 Fig. 3. Checking o f surface condition - drawing No. TT-2714
w ’P t r ~ ~ B p tr
MAR.ONC;
t.HZAT HUUBE.fi.
2. M A N U F A C T U R E R 'S lN!i IALS.
J. C O N SEC U T IV E HUU8E.fi U f T r 'R F IN T H E CAST.
4. MON I i t M D T N O I A S T F IG U R E S O F T H E YEAH m O D U C T K M . 5. S T E E L (SHADE.
F.. S P O T F O R QUALITY CONTROL S I AMfi.
Rys. 4 . Sprawdzenie oznakowania - rysunek nr TT-2744 Fig. 4. Checking o f markings - drawing N o. TT-2744
3.3. Sprawdzenie odporności na uderzenie
Dla obręczy 48926-49 wykonano próbę spadającego ciężaru (kafarową) w g UIC 810-1 Punkt 1 .1 3 .2 i 7.8.2, strzałka ugięcia wynosi: fi > 5,6*D2 / Rm*e; wyliczona fi0bS84,l mm, uzyskana fira=87 mm.
Dla obręczy 507066-178 wykonano sprawdzenie odporności na uderzenie w g punktu 9 tablicy PN-93/K-91042, strzałka ugięcia wynosi: f2> 5,6’ d2 / Rm*g; wyliczona f20b>68,8 mm, uzyskana f2rz=70 mm.
U zyskane wyniki spełniają w ym agania norm.
3.4. Sprawdzenie składu chem icznego
W ram ach spraw dzenia składu chem icznego sprawdzono zgodność analiz w ytopowych w dostarczonych św iadectw ach jakości oraz wykonano na spektrom etrze nr 3460-555 analizę produktu. W yniki zam ieszczono w tablicy 1.
Tablica 1 Sprawdzenie składu chemicznego
Znak Gat. Stali:
Skład chem iczny [%]
C Si Mn P S Cr Cu Mo V Ni Al
Cr+
M o+
Ni Max %1
B 6T wg UIC-810-1
analiza wytopowa 0,62 0,47 0,86 0,035 0,035 0,25 0,30 0,05 0,03 0,25 # 0,55 Wytop
48926 wg atestu 0,60 0,33 0,80 0,017 0,011 0,16 0,04 0,011 0,004 0,04 0,030 0,211 O bręcz
48926-49 wynik analizy produktu
0,618 0,37 0,783 0,018 0,013 0,14 0,037 0,01 0,000 0,04 0,032 0,15
Max[ % ] P54N
wg PN-84/H- 84027/06 analiza wytopowa
0 ,5 0 - 0,58
0,15 - 0,40
0 ,6 0 -
0,90 0,040 0,040 0,30 0,30 0,05 0,05 0,30 0,02 min. 0,60
W ytop 507066 wg ate
stu
0,53 0,24 0,76 0,012 0,007 0,09 0,19 0,01 0,003 0,09 0,31 0,19
O bręcz 507066-178 wynik analizy produktu
0,548 0,26 0,753 0,009 0,008 0,08 0,181 0,01 0,001 0,09 0,31 0,18
W yniki analiz w ytopow ych oraz w ykonanych analiz produktu są zgodne z w ymaganiami norm.
132 M. Sitarz, K. Chruzik, T. Wojdyła
3.5. S p ra w d z en ie w łasności m echanicznych
W ramach sprawdzenia własności mechanicznych przeprow adzono próbę rozciągania oraz próbę udam ości. Próbki do badań pobrano z miejsca pokazanego na rysunku 5.
Próbę rozciągania przeprowadzono zgodnie z norm ą PN-91/H-04310 na próbkach 5-krotnych o średnicy pomiarowej D 0 =10 mm na maszynie w ytrzymałościowej ZD-40 firmy VEB Lipsk, w zakresie siłomierza 40-200 kN.
Próbę udam ości wykonano zgodnie z norm ą PN-EN 10045-1 na próbkach KCU, na m ło
cie udarnościowym typu Charpy 4353 firmy Alpha. Początkowa energia młota Kmax wynosi 150 J. Wyniki otrzym ane w próbie rozciągania zamieszczono w tablicy 2, zaś wyniki z próby udam ości w tablicy 3.
Wyniki badań w łasności mechanicznych są zgodne z wymaganiami norm.
1- próbki do sprawdzania udam ości, 2- próbka do sprawdzania wytrzymałości na rozciąganie Rys. 5. Miejsce pobierania próbek z obręczy do próby rozciągania i udamości
Fig. 5. The place on the wheel rim, from which samples for stretching and impact strength tests have been Collected
Tablica 2 Wyniki próby rozciągania
N r p ró b k i R m [M Pa]
Re [M pa]
A5 [%]
Z [%]
507066-178 828 - 22,2 53,5
P54N wg PN-84/H- 84027/06
700-820 M in.370* Min. 14 Min. 16*
48926-49 1006 - 17,4 48,0
B6T wg
U IC - 810-1 920-1050 * min. 12 **
* wielkość podawana informacyjnie
**wielkość niewymagana
Tablica 3 W yniki próby udam ości
Nr próbki U darność
48926-49a 26 [J]
48926-49b 25 [J]
48926-49C 17 [J]
B6T w g UIC 810-1 min 10KU [J]
507066-178a 72 [J/cm2]
507066-178b 66 [J/cm2]
507066-178c 60 [J/cm2]
P54N wg PN-84/H -84027/06 m in.20KCU [J/cm2]
3.6. Sprawdzenie m ikrostruktury
Badanie m ikrostruktury wykonano na zgładzie m etalograficznym traw ionym 1% roztw o
rem kw asu azotow ego zgodnie z norm ą PN-61/H-04503. Obserwacje mikrostruktury prze
prowadzono na m ikroskopie skaningowym JSM -5800. Próbki do badań mikrostruktury w y
konano z główek próbek pobranych do próby rozciągania.
W ram ach badania mikrostruktury dokonano określenia rodzaju struktury oraz wielkości ziarna. W obydw u próbkach zaobserwowano występowanie struktury perlityczno- ferrytycznej, typowej dla tej grupy stali i rodzaju przeróbki plastycznej oraz obróbki cieplnej, z w ielkością ziam a 7 wg skali w zorców ASTM E -l 12 - 88. M ikrostruktura obręczy jest pra
widłowa.
Rys.6. Obraz mikrostruktury materiału obręczy zaobserwowanej w obszarze ulepszonym cieplnie przy pow.lOOx
Fig. 6. The 100M image o f microstructure o f wheel rim material in the toughened and tempered zone
134 M. Sitarz, K. Chruzik, T. W ojdyła
Rys. 7. Obraz mikrostruktury materiału obręczy zaobserwowanej w obszarze normalizowanym przy pow.100 Fig. 7. The 100M image o f microstructure o f wheel material in the standardized zone
3.7. Sprawdzenie m akrostruktury
W ramach badań makrostrukturalnych materiału obręczy dokonano obserw acji szlifowa
nych płytek z pełnego przekroju poprzecznego obręczy i wykonano próbę Baum anna oraz próbę głębokiego trawienia. Próba Baum anna została przeprowadzona na płytce pełnego przekroju poprzecznego obręczy, zgodnie z norm ą PN -87/H -04514. Próbę głębokiego traw ie
nia przeprowadzono zgodnie z norm ą PN-57/H-04501, na takiej samej płytce pełnego prze
kroju poprzecznego obręczy, na jakiej została wykonana próba Baumanna.
Oględziny szlifowanych płytek nie ujawniły nieciągłości materiału. W yniki próby Bau
m anna (zdjęcia odbitek Baumanna) przedstaw iono na rysunkach: 8 i 9. Segregacja związków siarki na odbitkach B aum anna je st prawidłowa. Próba głębokiego trawienia nie ujawniła w e
wnętrznych wad m ateriałow ych (rysunek 10 i 11).
M akrostruktura obręczy jest prawidłowa.
Rys. 8. Zdjęcie odbitki Baumanna obręczy 48926-49 Fig. 8. Photo o f the Baumann print o f the 48926-49 wheel rim
Rys. 9. Zdjęcie odbitki Baumanna obręczy 507066-178 Fig. 9. Photo o f the Baumann print o f the 507066-178 wheel rim
Rys. 10. Zdjęcie głębokiego trawienia obręczy 48926-49 Fig. 10. Photo o f the macroetching o f the 48926-49 wheel rim
136 M. Sitarz, K. Chruzik, T. Wojdyła
Rys. 11. Zdjęcie głębokiego trawienia obręczy 507066-178 Fig. 11. Photo o f the macroetching o f the 507066-178 wheel rim
3.8. Sprawdzenie twardości
Próbę twardości w ykazano sposobem Brinella zgodnie z norm ą PN-91/H-04350 kulką o średnicy D 0 =5 m m przy obciążeniu P=7355N w miejscach pokazanych na rysunkach 12 i 13 przy użyciu tw ardościom ierza nr 00155 firmy ZPAB. W yniki pomiarów twardości zamiesz
czono w tablicy 4.
Rys. 12. Miejsce pomiarów twardości na powierzchni bocznej obręczy Fig. 12. The location o f hardness measurements on the wheel rim lateral surface
Rys. 13. M iejsce pomiarów twardości na przekroju poprzecznym obręczy Fig. 13. The location o f hardness measurements on the wheel rim cross-section
Tablica 4 W yniki pom iarów twardości
Nr odcisku Twardość HB
1 2
Powierzchnia boczna 6 - B6T (48926-49) 262
1 -B 6 T 277
2 - B 6 T 269
3 - B 6 T 269
4 - B 6 T 277
5 - B 6 T 277
7 - B 6 T 269
8 - B 6 T 277
9 - B 6 T 277
1 0 -B 6 T 269
11 - B6T 269
12 - B6T 277
13 -B 6 T 269
Powierzchnia boczna 6 - P54N (507066-178) 255
1 - P54N 241
2 - P54N 241
3 - P54N 229
4 - P54N 241
138 M. Sitarz, K. Chruzik, T. W ojdyła
cd. tablicy 4
1 2
5 - P54N 248
7 - P54N 235
8 - P54N 235
9 - P54N 229
1 0 -P 5 4 N 229
11 - P54N 235
12 - P54N 235
1 3 -P 5 4 N 241
B6T wg UIC-810-1 *
P54N wg PN- 84/H-
84027/06 m in.201 HB
* Badanie wykonane na żądanie zlecającego
W yniki badań twardości obręczy są zgodne z wymaganiami Polskiej Norm y i Karty UIC.
3.9. Badania defektoskopowe
Badania defektoskopowe ultradźwiękowe wykonano na obydwu obręczach dw om a m eto
dami:
- m etodą autom atyczną przy zastosowaniu defektoskopu UM T-40 zgodnie z zatwierdzo
n ą przez CN TK PKP instrukcją numer IR DKJ/L-D/4.3/96,
- m etodą ręczną przy zastosowaniu defektoskopu firmy K rautkram er typ USM 39.
Obydwa badania w ykonano z czułością <|>=2mm w klasie "A" w g instrukcji. Nie stwier
dzono występowania w ad wewnętrznych w obręczach.
4. OM ÓW IENIE W YNIKÓW BADAŃ
Wyniki wszystkich badań przeprowadzonych zgodnie z D okum entem Norm atywnym num er 1/99/P/DN spełniają wymagania Polskich Norm oraz Kart UIC.
5. W NIOSKI KOŃCOW E
5.1. Przedstaw ione do badań obręcze kół kolejowych są dobrej jakości, spełniają w ym aga
nia Karty UIC 8 1 0 - 1 i Polskich Norm PN-84/H-84027/06; PN-93/K-91042 i m ogą być eks
ploatowane przez polskich przewoźników kolejowych.
5.2. Przedstaw iona metodologia postępowania przy opracowaniu dla obręczy kół kolejo
wych dokum entu normatywnego, badań i opinii może być wykorzystana w kolejnych bada
niach obręczy innych producentów.
Literatura
1. M usiał B., Osuch K.: A ktualny stan realizacji ustaw y o transporcie kolejow ym w zakresie zadań przydzielonych głównem u inspektoratowi kolejnictw a, M iędzynarodow a K onfe
rencja N aukow o-Techniczna „Transport Szynowy N auka Przem ysł”, K atow ice 21-22 w rzesień 1999, referat plenarny.
2. Instytut Transportu Politechniki Śląskiej w Katowicach: Zadanie nr 2/99/P/D N Dokument N orm atyw ny „O cena jakości kół monoblokowych do pojazdów szynow ych”, Katowice, sierpień 1999.
3. Instytut Transportu Politechniki Śląskiej w Katowicach: Zadanie nr 2/99/P/PB Praca Ba
daw cza „O cena jakości kół m onoblokowych do pojazdów szynowych”, Katowice, w rze
sień 1999.
4. Instytut Transportu Politechniki Śląskiej w Katowicach: Zadanie nr 2/99/P/OP Opinia
„Ocena jakości kół m onoblokow ych do pojazdów szynowych”, Katow ice, wrzesień 1999.
Recenzent: Prof, dr hab. inż. Sylwester M arkusik
Abstract
The paper presents the general rules and procedures concerned with the activities neces
sary in order to obtain the certificates for parts and elements, w hich are to be used by Polish railways.
The certificates are to be issued to the parts’ m anufacturers. The basic requirem ents for formulating the standards have been set out, together with the rules for investigations o f the railways tyres as w ell as the opinions necessary to the C hief Railw ay Inspector, w ho issues the certificates. The com plex physic-m echanical and metal science tests and geom etrical m easurem ents o f o f the railways tyres
The C h ief Railway Inspector has issued a certificate o f approval investigations o f the railways tyres to one o f the m anufacturers, basing on the prepared standardisation d o c u m e n t, conducted investigations and experts’ opinion. These have been w orked out by the sta ff o f the Institute o f Transport o f Silesian Technical U niversity in Katowice. The experience gained by the authors during the elaboration o f the aforesaid has been described in the paper.
