GENERALITĂȚI privind rolul transporturilor, marcajul unificat al vagoanelor de marfă și istoricul boghiului Y 25 Cs [309481]

CAPITOLUL 1

[anonimizat] Y 25 Cs

1.1 [anonimizat]. Orice proces de producție nu poate să funcționeze fără componenta cheie – „transportul mărfurilor” – care presupune deplasarea materiilor prime și a materialelor, a [anonimizat], cât și de la o unitate la alta sau de la unități la beneficiar.

„[anonimizat], [anonimizat]” [69].

Principalele tipuri de sisteme de transport sunt:

[anonimizat];

[anonimizat];

transportul aerian;

transportul prin conducte;

transportul special ([anonimizat], prin vid etc.).

[anonimizat] [69]:

[anonimizat];

[anonimizat], pe distanțe care de regulă nu depășesc 50-70 Km;

[anonimizat] a unei țări;

[anonimizat].

Fiecare sistem de transport are avantaje și dezavantaje. [anonimizat]-[anonimizat]/beneficii, pe relații economice internaționale [35], [40], [90], [130], [147].

Preocupările specialiștilor în domeniul transportului feroviar au fost și sunt: de creștere a [anonimizat] a sarcinilor pe osie și a tonajelor remorcate în cazul transporturilor de mărfuri. Pe lângă preocupările legate de creșterea vitezelor de circulație și a [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat]2. Studiile elaborate la nivel internațional au scos în evidență faptul că sistemul de transport actual cel mai prietenos cu mediul înconjurător este sistemul feroviar [69]. În figura 1.1 [anonimizat] [69].

Fig. 1.1. [anonimizat]. [anonimizat], concentrația de substanțe periculoase pentru sănătatea oamenilor este de 8,3 ori mai mică decât în transportul cu automobile și de 3,3 ori mai mică decât în cazul transportului naval. [anonimizat], întrucât nivelul noxelor este de 30 ori mai mic decât în transportul cu camioane [69].

Sistemul de transport feroviar are consumul energetic cel mai redus. Consumul de energie în transportul de călători cu autoturismele este de 3,5 [anonimizat] de mărfuri cu camionul este de 8,7 ori mai mare față de cel feroviar, iar transportul naval are un consum de energie de două ori mai mare față de transportul feroviar [69].

În cazul poluării sonore, avantajul transportului feroviar este net favorabil, comparativ cu celelalte sisteme de transport, întrucât, pe baza studiilor și încercărilor efectuate s-a constatat că zgomotul generat în urma contactului roată-șină nu este perceput supărător de om, benzile largi de frecvență fiind favorabile auzului, în raport cu zgomotul produs de mijloacele de transport auto și de cel din aviație [69].

În domeniul suprafețelor de teren ocupate de infrastructura feroviară, comparativ cu sistemul de transport rutier, sistemul feroviar este mai avantajos, întrucât, o cale ferată modernă, cu linie dublă electrificată, are o lățime de 14 m, iar o autostradă cu patru benzi de circulație, cu o capacitate de transport similară cu calea ferată dublă, necesită o lățime de 31,5 m (de 2,25 ori mai mare față de calea ferată) [69].

1.2 Marcajul unificat al vagoanelor de marfă

Fiecare vagon trebuie să poarte inscripțiile necesare pentru identificarea precisă și facilă a posibilitatilor de utilizare și a caracteristicilor tehnice constructive ale acestora. Totalitatea acestor inscripții formeaza marcajul unificat al vagoanelor.

În prezent se utilizeaza marcajul, dublu care contine:

marcajul în cifre- codificat;

marcajul în litere.

Între marcajul în cifre și marcajul in litere există o corespondență bilaterală, conform literaturii de specialitate și reglementărilor tehnice [4], [16], [96].

Marcajul în cifre al vagoanelor de marfă se compune din 12 cifre, repartizate în patru grupe, astfel:

Cifra de autocontrol se determină conform [98].

Marcajul în litere al vagoanelor se face astfel:

aptitudinile de interoperabilitate, conform [91], Anexa B;

țara în care este înregistrat vagonul, conform [91], Anexa C;

principalele caracteristici tehnice, conform [91], Anexa E.

Marcajul în litere al caracteristicilor de exploatare este realizat în formă unificată și conține:

o literă majusculă numită „literă de serie”;

una sau mai multe litere indici denumite „caracteristice”, care permit recunoașterea caracteristicilor esențiale ale vagonului din punct de vedere al utilizării sale.

Dacă la sfârșitul seriei literale se găsește litera „s” sau grupul „ss”, atunci, acestea au următoarele semnificații:

„s”- vagonul este apt să circule gol și încărcat cu viteza maximă de 100 Km/h;

„ss”- vagonul este apt să circule gol și încărcat cu viteza maximă de 120 Km/h,

în conformitate cu prevederile [92], iar limitele de încărcare se stabilesc în funcție de tipul liniei, conform [96].

Corespondența între cifra de serie (a cincea cifră din numărul complet) și litera de serie la vagoanele de marfă, conform [104], este dată în tabelul 1.1. În figura 1.2 și în figura 1.3 sunt date exemple de marcaj în litere, ale vagoanelor seria F și seria U, conform [104].

Tabelul 1.1. Corespondența marcajului între cifra de serie și litera de serie la vagoanele de marfă

Fig. 1.2. Marcajul în litere al vagoanelor descoperite de tip special seria F

Fig. 1.3. Marcajul în litere al vagoanelor speciale seria U

1.3 Rolul și condițiile impuse boghiurilor

Vagoanele de cale ferată destinate să transporte sarcini mari și cu posibilitatea de a circula cu viteze mari, atât în aliniament, cât și în curbe, sunt echipate cu boghiuri.

Boghiurile reprezintă acele ansamble ale vehiculului prin intermediul cărora se realizează interacțiunea dintre vehicul și calea de rulare, ușurând înscrierea în curbe a acestora.

Boghiurile suportă greutatea vehiculului și sarcinile utile variabile, conduc vehiculul pe calea de rulare elastică, preiau atât forțele longitudinale de tracțiune și de frânare, cât și forțele transversale la mișcarea în aliniament și în curbe. Forțele care apar din cauza neregularităților căii, dar și cele provocate de șocuri și oscilații, se transmit prin boghiuri la cutia vagonului.

Boghiul, în interacțiunea sa cu calea de rulare și cu sistemul de legatură cu șasiul (cutia), determină în mod practic toate caracteristicile de rulare ale vehiculului, siguranța de mers, confortul pentru călători și pentru personalul de deservire, caracteristicile de tracțiune și de frânare, efectele statice și dinamice ale vehiculului asupra căii etc.

Conform reglementărilor tehnice obligatorii și literaturii de specialitate [6], [17], [19], [26], [94], [127], [132], din punct de vedere constructiv și al exploatării, boghiurile vehiculelor feroviare trebuie să îndeplinească următoarele condiții generale:

siguranță mare în exploatare;

calitate bună a mișcărilor în direcțiile necesare;

efectele dinamice mici ale vehiculului asupra căii;

greutate mică;

simplitatea construcției (alegerea unor forme constructive ale întregului boghiu, cât și ale diferitelor subansamble, care să simplifice construcția, montajul și întreținerea boghiului);

bună accesibilitate pentru examinarea funcționării tuturor subansamblelor și organelor mai importante ale boghiului;

asigurarea unei montări și demontări cât mai rapide și cât mai ușoare a tuturor pieselor supuse uzării;

un preț de cost minim al execuției, atât al întregului boghiu, cât și al tuturor subansamblelor lui.

1.4 Clasificarea boghiurilor

Principalele criterii de clasificare a boghiurilor, conform literaturii de specialitate [6], [17], [19], [20], [25], [26], [27], [28], [29], sunt:

după utilizarea lor;

după numărul de osii;

după construcție;

după tipul suspensiei.

clasificarea după utilizarea lor:

boghiuri pentru vagoane de marfă;

boghiuri pentru vagoane de călători.

clasificarea dupa numărul de osii:

boghiuri cu două osii

boghiuri cu trei osii;

boghiuri cu patru sau mai multe osii.

clasificarea după construcție:

boghiuri cu furci de osie;

boghiuri fară furci de osie.

clasificarea după tipul suspensiei:

boghiuri cu suspensie simplă;

boghiuri cu suspensie dublă;

boghiuri cu suspensie triplă;

boghiuri cu suspensie cvadruplă.

1.5 istoricul boghiurilor și evoluția boghiurilor vagoanelor de marfă

Primul boghiu a făcut obiectul brevetului nr. 3632, din 30 decembrie 1812 și a fost conceput de frații William Chapman și Edward Walton Chapman. Aceste boghiuri s-au raspândit rapid în Statele Unite ale Americii, după anul 1830 [8].

În Franța, primele boghiuri au fost construite în 1890 și au fost utilizate la materialul rulant remorcat [36]. În 1910 intră în dotarea Căilor Ferate Române (CFR) primele vagoane de marfă pe boghiuri, acestea fiind echipate cu boghiuri „Diamond”. Din anul 1912, boghiuri pentru vagoanele de marfă încep să fie produse la „Atelierele CFR Nicolina Iași”.

Întrucât, în Franța, sistemul de simbolizare a boghiurilor a fost adoptat prin utilizarea literei Y urmată de un grup de cifre, vom prezenta în continuare evoluția boghiurilor de marfă după simbolizarea franceză.

Boghiurile vagoanelor de marfă au fost simbolizate prin litera Y urmată de cifre impare, iar cele ale vagoanelor de călători au fost simbolizate cu litera Y urmată de cifre pare [126].

Pentru că în anii 1960 parcul de material rulant remorcat era dotat cu mai multe tipuri de boghiuri, societe national des chemin de fer (SNCF) s-a angajat să studieze și să proiecteze un tip unic de boghiu, cel puțin un tip principal și câteva variante derivate din acest tip, pentru utilizări speciale. În noiembrie 1963, în revista „revue gÉnÉrale des chemen de fer” un articol al lui M. Lejeune, inginer șef și M. Lenoir, șef de proiect, care aparțineau de Divizia de studii a vagoanelor de călători și a vagoanelor de marfă a sncf, a descris un nou boghiu pentru vagoane de marfă, boghiul Y 21 A [54].

Acest tip de boghiu a fost astfel conceput, încât să poată înlocui boghiurile standard ORE proiectate de căile Ferate Germane (DB). Boghiul ORE a fost utilizat de către sncf sub denumirea de Y 19, avea un ampatament de 2 m și roți cu diametrul în planul cercului de rulare de 1000 mm. Boghiul era echipat cu o crapodină sferică, având raza de 190 mm, al cărui centru era situat la înălțimea de 985 mm deasupra nivelului superior al șinelor, sub un vagon gol cu tara de 20 tone.

Întrucât, boghiul Y 21 A are o concepție fundamental diferită de concepția boghiului Diamond, respectiv de cea a boghiului ORE (Y 19), iar boghiurile derivate din acest tip de boghiu păstrează aceeași concepție dar cu diverse particularități, vom prezenta pe scurt particularitățile constructive, cât și probele și încercarile la care a fost supus.

Boghiul Y 21 A este echipat cu roți cu diametrul de 920 mm. Comparativ cu boghiul Y 19, care are roți cu diametrul de 1000 mm, tara boghiului Y 21 este mai mică cu 450 kg [54].

Această diferență de tară conduce la solicitări mai mici asupra șinelor, la aceeași capacitate de încărcare. În acest context, Union International de Chemen de Fer (UIC) a avut în vedere verificarea posibilității de mărire a sarcinii pe osie de la 18 tone, la 20 tone, pentru regimul „s” (100 km/h) și de la 16 tone, la 20 tone, pentru regimul „ss” (120 km/h), ținând cont de modificarea unui factor foarte important – raportul , unde:

– efortul dinamic exercitat de roată asupra șinei;

D – diametrul roților în planul cercului de rulare.

Efortul dinamic crește atunci când viteza, cât și masa suspendată sunt foarte mari.

Din acest punct de vedere, boghiul Y 21 A este superior boghiului Diamond, întrucât, masa nesuspendată este mult mai mică (boghiul Diamond are suspendată doar traversa crapodinei, iar lonjeroanele laterale se sprijină direct pe cutiile de osie). Boghiul Y 21 A, ca și boghiurile derivate din acest tip, au tot cadrul suspendat, acesta sprijinindu-se pe cutiile de osie prin intermediul unor grupuri de câte două arcuri elicoidale concentrice. Întrucât, arcurile elicoidale au înălțimi diferite, se realizează o suspensie simplă, cu două niveluri de flexibilitate. Aceste flexibilități au următoarele valori [54]:

3 mm pentru o încărcătură mai mică de 12600 kg/boghiu;

1 mm pentru o încărcătură superioară valorii de 12600 kg/boghiu.

Suspensia cu arcuri elicoidale impune existența unui sistem suplimentar de amortizare. SNCF a conceput pentru boghiul Y 21 A un dispozitiv de amortizare prin fricțiune, care acționează la fel de bine atât la mișcările transversale, cât și la cele verticale. La acest sistem de amortizare, forța de amortizare variază în funcție de încărcătură. Acest dispozitiv a fost brevetat de SNCF și M. Lenoir [54]. După numele celui care la inventat, în literatura de specialitate acest tip de amortizor este denumit „amortizorul cu fricțiune tip Lenoir”. Separarea celor două funcții, flexibilitatea și amortizarea, cu posibilitatea reglării fiecărei funcții la valoarea optimă, constituie un avantaj, comparativ cu arcurile lamelare (arcurile în foi), care preiau cele două funcții de o manieră imprecisă și variabilă în timp. Elementele sistemului de amortizare și forțele care apar în timpul mersului sunt prezentate în figura 1.4.

Fig.1.4. Elementele sistemului de amortizare Lenoir și forțele care apar in timpul mersului

Arc interior

Arc exterior

Piesă de presiune

Pălăria arcului

Eclisa

Forța de amortizare Fa este proporțională cu sarcina pe o pereche de arcuri de suspensie și acționează atât pentru oscilațiile verticale, cât și pentru cele transversale.

Valoarea forței de amortizare este dată de relația [6]:

În acest scop, legătura dintre corpul de reazem și pălăria arcului (poziția 4) se face prin intermediul a două eclise (poziția 5), montate înclinat sub un unghi α (α=21°43').

Componentele orizontale Fh ale forței din eclise se transmit piesei de presiune (poziția 3), pe care o presează pe placa de uzură din oțel austenitic manganos, fixată pe cutia de osie.

Ecuația de mișcare cu amort izare este dată de ecuația diferențială de gradul doi:

unde: m – masa suspendată;

k – rigiditatea suspensiei;

F – forța de frecare.

Se observă că la mișcări relativ identice, atât „k” rigiditatea, cât și forța de frecare „F” variză proporțional cu masa suspendată „m”.

Variația amortizării este proporțională cu încărcătura, după două legi de proporționalitate corespunzătoare la două valori ale flexibilității. Componenta Fh proporțională cu sarcina verticală Fv, acționează asupra cutiei de osie în sensul anulării jocului longitudinal. Mișcările verticale și cele transversale permit deformarea prin încovoiere a arcurilor elicoidale, generează forțele de frecare de sens opus acestor mișcări și acționează pe ambele părți ale cutiei de osie. Este de remarcat faptul că anularea jocului longitudinal al cutiilor de osie în locașul lor produce o rigidizare și conduce la creșterea lungimii de undă a mișcării de șerpuire.

Acest fenomen favorizează stabilitatea de mers, care este corespunzătoare până la o viteză de 110 km/h. Jocul transversal la cutiile de osii acoperite cu plăci de uzură din oțel austenitic manganos a fost limitat la valoarea a = ±10 mm [54]. Valoarea inițială a jocului transversal a fost a = ±6 mm, dar în timpul probelor s-a constatat că a fost insuficient [54].

Mărirea jocului transversal de la a = ±6 mm, la a = ±10 mm a fost făcută având în vedere tendința de dotare a vagoanelor de marfă cu cuplă automată de tracțiune și ciocnire. Întrucât, efortul de compresiune la vagoanele dotate cu cuplă automată este foarte mare când apar și reacțiunile de frânare, dacă jocul transversal ar fi mic, efortul transversal dezvoltat în acel moment ar atinge valori care ar putea conduce la deraierea vagoanelor.

Rezultatele foarte bune obținute de boghiul Y 21 A au condus la fabricarea în serie a acestor boghiuri, atât în varianta sudată, cât și în varianta turnată. Aceste rezultate au prezentat o importanță deosebită pentru societățile private deținătoare de vagoane de marfă. Societățile private doreau un boghiu cu o înălțime mai mică la nivelul crapodinei, care să nu fie echipat cu traverse frontale. A apărut astfel boghiul Y 23 B, care nu avea traverse frontale, motiv pentru care a fost echipat cu o timonerie de frână cu frânare unilaterală (pe o singură parte a roților). Înălțimea centrului crapodinei este de 949 mm de la nivelul șinei (caracterizat prin litera B).

Acest tip de boghiu a fost utilizat exclusiv pentru vagoanele particulare. În paralel, administrațiile membre ale UIC își manifestau dorința de restrângere a utilizării boghiului standard ORE și de reducere a ampatamentului, respectiv a înălțimii crapodinei. Fișa UIC 511 a fost modificată în anul 1966, iar ampatamentul minim al boghiurilor apte la regimuri de circulație „s” (100 km/h) și „ss” (120 km/h) a fost redus de la 2 m, la 1,8 m [54].

SNCF a conceput și prezentat următoarele tipuri de boghiuri: Y 21 A și Y 23 B, respectiv Y 25 C și Y 27 C. Boghiul Y 25 C este varianta îmbunătățită a boghiuliui Y 21 A și prezintă următoarele caracteristici tehnice:

ampatamentul boghiului – 1,8 m;

diametrul roților în planul cercului de rulare – 920 mm;

sarcina pe osie – 20 tone;

înălțimea centrului crapodinei de la nivelul șinei – 925 mm (caracterizat prin indicele „C”);

boghiul este echipat cu traverse frontale;

sistemul de frânare este cu acțiune simetrică (saboții acționează simetric pe ambele părți ale roții);

tara boghiului – 4,4 tone.

Boghiurile au fost construite, atât în varianta sudată, cât și în varianta turnată.

Timoneria de frână a boghiului Y 25 C a fost modificată, pentru a corespunde cerințelor Comitetului B12 și a apărut astfel boghiul Y25 Cs, la care procentul de frânare variază de la 60%, până la 100% din încărcătură.

Boghiul Y 25 Cs a fost admis ca boghiu standard prin decizia Comitetului Director al ORE, în octombrie 1967 și confirmat de Comitetul de girare al UIC în noiembrie 1967 [54]. În figura 1.5 sunt prezentate principalele dimensiuni ale boghiului Y 25 Cs.

ORE a dat dispoziție Comitetului B 12 să studieze un boghiu derivat din boghiul Y25 Cs, care să fie apt să circule în stare încărcată cu viteza maximă de 120 km/h (apt pentru regimul „ss”). Cerința pentru acest boghiu era ca procentul de frânare să poată fi reglat automat între 100% și 120%, proporțional cu încărcătura.

Fig. 1.5. Boghiul Y 25 Cs

Acest boghiu a fost echipat cu un cadru identic cu al boghiului Y25Cs, dar a fost echipat cu o timonerie întărită cu axe triunghiulare de 120 kN, portsaboți dublii și ventil de cântărire. În figura 1.6, este prezentat boghiul Y25 Css.

Fig.1.6. Boghiul Y 25 Css

Boghiurile Y 25 sunt construite în trei mari grupe, în funcție de sarcina maximă admisă pe osie și de structura cadrului boghiului, astfel:

boghiul Y 25 C- boghiul standard cu sarcina de 20 tone/osie;

boghiul Y 25 R- boghiul cu sarcina de 20 tone/osie și cu cadrul boghiului întărit;

boghiul y 25 L- boghiul cu sarcina de 22,5 tone/osie.

Aceste tipuri de boghiuri au fost construite în diferite variante constructive, în funcție de viteza maximă de circulație, de sarcina maximă admisă și de componența instalației de frână montată pe boghiu. În funcție de particularitățile fiecărui tip de boghiu, după litera mare (C, R sau L) urmează o literă sau un grup de litere mici și de cifre, a căror semnificație este dată în tabelul 1.2 [126].

Lista boghiurilor de marfă, în ordine cronologică și principalele particularități sunt prezentate în tabelul 1.3 [149].

Tabelul 1.2. Tipuri de boghiu Y 25 și variante constructive

Tabelul 1.3. Lista boghiurilor de marfă în ordine cronologică

1.6. Studii și încercări efectuate de Societe National des Chemin de Fer (SNCF) la Boghiurile Y 25C și Y25Cs

În momentul în care documentația boghiurilor Y 25 Cs, Y 25 Css și Y 25 Cssi a fost finalizată, experiența acumulată de SNCF cu această familie de boghiuri a devenit foarte importantă. Acest lucru s-a concretizat prin punerea în exploatare în Franța, a unui număr mare de boghiuri (de peste 100.000), la diferite tipuri de vehicule, toate derivând din boghiul Y 25, folosite atât de SNCF, cât și de societățile de vagoane particulare. Pentru prima dată ele au fost puse în circulație în anul 1963, după ce au atins un parcurs de peste 700.000 km [54]. În anul 1963, în articolul publicat de M. Lenoir și M. Lejeune era prezentat faptul că boghiul Y 21 A era robust și avea o bună comportare în exploatare. Încercările efectuate pentru SNCF sau pentru ORE cu boghiurile Y 25 și Y25Cs, constatările privind comportarea în exploatare, cu vagoanele puse în serviciul comercial, cât și cu vagoanele construite special pentru încercări de anduranță au condus la concluzia că boghiul standard s-a comportat foarte bine.

Boghiurile Y 25 au fost supuse la următoarele încercări:

încercări de rezistență;

încercări de stabilitate la mers;

încercări de anduranță.

1.6.1. Încercări de rezistență

Șasiurile (cadrele) boghiurilor Y 25 au fost realizate fie în construcție sudată din table (structură numită mecano-sudată), fie din oțel turnat. La versiunea boghiurilor din table de oțel asamblate prin sudură, corpurile reazem și pălăriile de arc au fost construite din oțel turnat. Structura sudată este protejată printr-un brevet de invenție al SNCF, al M. Lenoir și M. Mandelbaum [54]. Cadrele de boghiu turnate au făcut obiectul unui brevet al „Usines et Aciáeres de Sambre et Mouse” [54].

Cadrul boghiului din oțel turnat conține două lonjeroane și o traversă centrală, realizate separat, prin turnare. Traversa este prevăzută la extremități cu două porțiuni cilindrice, care se încastrează în lonjeroanele laterale. Rigidizarea acestui ansamblu se face prin sudură. La capetele lonjeroanelor laterale sunt prevăzute traversele frontale fabricate din profile U. Între traversa centrală și traversele frontale sunt sudate câte două lonjeroane, confecționate din profile U, care au rolul de susținere a timoneriei de frână. Caracteristicile materialelor din care au fost confecționate boghiurile, atât cele din table sudate, cât și în varianta turnată au fost:

Table din oțel cu rezistența la rupere cuprinsă între 420 și 480 N/mm2.

Acestea au corespuns specificației nr. 6 a SNCF, calitatea B, stabilite pentru table care au o sudabilitate bună și o reziliență bună pe două direcții perpendiculare [54].

Piesele din oțel turnat au fost de trei calități :

A 40 M3, pentru corpul cutiei de osie;

A 40 M3S, pentru reazemul arcului;

A 48 M3S, pentru lonjeroanele laterale, pentru traversa centrală și pentru crapodină [54].

Oțelurile au corespuns prescripțiilor din specificația nr.12 a SNCF, dar și normei franceze A 32-051. Oțelurile A 40 M3 și A 40 M3S au o rezistență la rupere de 400 N/mm2, iar oțelul A 48 M3S are o rezistență la rupere de 480 N/mm2 [54].

Crapodinele au fost fabricate și prin forjare din oțel AF 50-2, conform specificației sncf nr. 3. Încercările de rezistență au fost executate de Divizia de Încercări de Materiale a SNCF. Tensiunile la încercările statice și la cele dinamice au fost măsurate cu ajutorul extensometrelor. Încercările dinamice s-au efectuat la viteza de 30 km/h peste aparatele de cale și la viteze de circulație până la 130 km/h în linie curentă.

Încercările au fost efectuate atât la boghiurile Y 25 C, fabricate în varianta sudată din table de oțel, dar și la cele în variată turnată. Tensiunile maxime, atât la încercările statice, cât și la cele dinamice au fost mai mici de 120 N/mm2, în majoritatea cazurilor. Au fost atinse și valori cuprinse între 120 și 140 N/mm2. Limita de 140 N/mm2 a fost considerată ca o limită acceptabilă pentru oțelurile utilizate, pentru a lua în considerare și fenomenele de oboseală date de solicitările ondulatorii (oscilante) create de supraîncărcările dinamice [54].

Verificarea la oboseală a fost efectuată în anul 1967 la mai multe boghiuri, atât în construcție sudată, cât și la cele turnate, la „Centrul Experimental de Cercetare și studii în Construcții și Lucrări Publice” („Centre Experimental de Recherches et d’Etudes du Batiment et des Travaux Publics ”) din Paris. Aceste cadre de boghiu au fost supuse unei încercări cu sarcini verticale aplicate pe crapodină, variabile între 22 și 50 tone, cu o frecvență de aproximativ 8 Hz. Sarcina maximă de 50 tone a fost stabilită pornind de la o sarcină nominală de 36 tone și o supraîncărcare dinamică de ±40%. Cadrele de boghiuri au fost supuse la un număr de 106 cicluri de solicitări și în urma încercărilor nu s-au constatat defecte.

Cu ocazia încercărilor, la boghiurile turnate a apărut o problemă în ceea ce privește modul de evacuare a apei din traversa centrală. Problema a fost rezolvată prin practicarea a două găuri mici în zone cu solicitări minime. Măsurarea tensiunii a fost efectuată și pentru boghiurile Y 25 Cs din table de oțel sudate și din oțel turnat, ținând cont de experiența acumulată de la încercarea boghiurilor Y 25 C. Încercările la boghiurile Y 25 Cs s-au efectuat până la viteza de 130 km/h, cu o sarcină de 20 tone/osie și până la viteza de 150 km/h, cu o sarcina de 18 tone/osie [54].

1.6.2. Încercări de stabilitate la mers

Pentru a obține o frânare eficientă în timpul mișcării de șerpuire a boghiului și pentru a permite circulația boghiului Y 25 cu o bună stabilitate la 120 km/h, SNCF a stabilit ca boghiurile să fie echipate cu frână proporțională cu încărcătura (boghiuri Y 25 Cs) și cu glisiere de frecare elastice. Glisierele elastice crează un cuplu de frecare constant, având un rol deosebit în cazul vagoanelor goale și un rol destul de redus în cazul vagoanelor încărcate. Atât glisierele superioare montate pe șasiu, cât și glisierele elastice montate pe boghiuri, au fost placate cu tablă din oțel manganos, cu o foarte bună rezistență la uzură. Forța aplicată fiecărei glisiere a fost reglată la 1200 N [54].

Încercările de stabilitate au fost stabilite în cadrul ORE, prin Comitetul B 12 și au fost efectuate pe liniile SNCF, DB și la căile Ferate Poloneze (PKP). Încercările au fost efectuate cu viteze de până la 130 km/h, vagoanele fiind echipate cu boghiuri Y 25 C, atât în stare goală, cât și în stare încărcată cu sarcina de 20 tone /osie. SNCF a continuat cercetările pentru obținerea unui cuplu de frecare avatajos, dar și stabil în timp. În acest context, s-a constatat că la crapodinele sferice cu raza de 190 mm, echipate cu placă de uzură metalică, apăreau frecvent fenomene de gripaj, iar cuplul de frecare era dependent de calitatea gresării.

Prin utilizarea unor plăci de uzură din materiale sintetice, între crapodina inferioară și crapodina superioară, au fost eliminate posibilitățile de degradare a suprafețelor crapodinelor și variația în timp a cuplului de frecare în funcție de calitatea gresării. Prin utilizarea plăcilor de frecare din material sintetic la echiparea glisierelor a fost posibilă obținerea unui cuplu de frecare cu valori optime, atât pentru vagonul gol, cât și pentru vagonul încărcat. Cu o forță de 16000 N aplicată pe glisieră și cu valori ale cuplului de frecare de aproximativ 10000 Nm, în stare goală și de 22000 Nm, în stare încărcată, au fost obținute rezultate favorabile la stabilitatea în mers în stare goală, la 120 km/h și în stare încărcată, la o sarcină de 20 tone/osie [54].

Prin utilizarea profilului „R” al roților, care este un profil derivat de la forma de uzură a roților, pusă în evidență de Comitetul ORE C9, a fost posibil ca boghiurile Y 25 să circule cu viteza de 140 km/h, atât în stare goală, cât și în stare încărcată, cu o sarcină de 18 tone/osie.

SNCF a efectuat încercări pe boghiuri Y 25 C echipate cu garnituri din crapodină și cu plăci la glisiere din materiale sintetice, roțile folosite având profilul „R”. Încercările s-au efectuat pe un vagon platformă seria Rs, cu următoarele caracteristici:

ampatamentul = 14,6 metri;

lungimea peste tampoane =19,9 metri;

tara vagonului = 23,5 tone.

Vagonul a fost încercat atât în stare goală, cât și în stare încărcată, la viteza de 130 km/h și la cea de 150 km/h, cu următoarele sarcini pe roți:

20 tone /osie la viteza de 130 km/h;

18 tone /osie la viteza de 150 km/h.

Aprecierea stabilității la mers în sensul Comisiilor ORE B12, B56 și B93 s-a făcut după două criterii [54]:

– Efortul transversal maxim exercitat de osiile vehiculului asupra liniei trebuie să fie mai mic decât tensiunea maximă care poate fi suportată de șină. Valoarea efortului transversal suportat de linie se calculează cu relația:

în care:

Hlim – efortul admisibil suportat de linie;

P – sarcina vagonului care acționează asupra liniei.

Cu o marjă de 15%, primul criteriu de apreciere a stabilității la mers se exprimă prin relația:

2. – Efortul mediu Hmed crește abaterea standard a tensiunii σ și dă o apreciere mai mare a valorilor curente ale efortului exercitat de osii pe șine.

Al doilea criteriu caracterizează calitatea rulării și se exprimă prin relația:

Valorile eforturilor H au fost măsurate la două osii din față ale boghiurilor, întrucât, experiența a arătat că eforturile exercitate pe osiile din față au fost mai mari decât la osiile din spate. Determinările s-au făcut atât la circulația în aliniament, cât și în curba cu raza de 950 m. Valorile eforturilor Hlim obținute au fost [54]:

vagon gol Hlim=30 kN;

vagon încărcat cu sarcina de 18 t/osie Hlim=70 kN;

vagon încărcat cu sarcina de 20 t/osie Hlim = 77 kN.

Valorile măsurate ale eforturilor „Hmax ” și „Hmed+ σ” sunt date în tabelul 1.4 [54].

Tabelul 1.4.- Valorile eforturilor măsurate pentru „Hmax ” și „Hmed+ σ”

Din analiza rezultatelor după cele două criterii de stabilitate, se trage concluzia că boghiurile pot circula în condiții de siguranță cu viteza de 120 Km/h și cu sarcina de 20 t/osie, respectiv cu viteza de 140 Km/h și cu sarcina de 18 t/osie.

1.6.3. Încercări efectuate pentru verificarea rezistenței la uzură a boghiului Y25 (încercări de anduranță)

După analiza comportării în exploatare a primelor serii de boghiuri și a constatărilor efectuate, s-au realizat modificări la anumite piese componente. Uzurile apărute la piesa de presiune de la amortizorul Lenoir au condus la modificarea formei capului piesei de presiune, profilul rectangular fiind schimbat cu unul circular. Această variantă a fost generalizată și s-a constatat că nu au mai apărut uzuri pronunțate. Pentru a avea rezultate cât mai rapide privind comportarea în exploatare a boghiurilor, au fost efectuate încercări speciale de anduranță, cu boghiuri montate sub vagoanele testate, care asigurau o sarcină de 20 t/osie. Aceste vagoane au fost introduse în compunerea trenurilor de marfă care executau parcursuri tur-retur, astfel încât să fie parcurs un număr maxim de kilometri, într-un timp redus. În timpul încercărilor a fost urmărită, în mod special, comportarea următoarelor elemente componente [54]:

organele de rulare;

elementele dispozitivului de amortizare;

garniturile din materiale sintetice montate la crapodine;

glisierele elastice de frecare.

Organele de rulare: s-a constatat o bună comportare a roților fabricate din material Wt care nu a afectat cuplul de frecare al garniturilor din material sintetic.

Elementele dispozitivului de amortizare: piesele de uzură (bucșa de ghidare, cepii de la pălăria arcului și de la corpul reazem) au fost realizate din oțel tratat, eclisele au fost confecționate din oțel cu rezistență mare la uzură, iar pe piesa de presiune s-a aplicat o placă de uzură din oțel manganos. Aceste modificări au condus la obținerea unor rezultate mult mai bune, fapt care a condus la echiparea tuturor boghiurilor cu asemenea piese, începând cu anul 1968.

Garniturile din materiale sintetice: utilizarea garniturilor din materiale sintetice a impus experimente extinse, care au inclus nu numai determinarea cuplului de frecare optim, dar și rezistența la uzură și la șoc. În urma încercărilor de anduranță și a încercărilor la șoc, prin manevrări în triaje, s-a ajuns la concluzia că fixarea plăcilor de uzură în crapodină este primordială pentru rezistența la șoc. Încercările la șoc au fost efectuate la rampa de tamponare din Stația de încercări din Vitry, pe mostre de diverse soluții. Încercările s-au efectuat la viteza de

15 km/h prin ciocnirea între un vagon gol și un vagon cu tara de 40 tone și nu s-a constatat nicio deteriorare la garniturile încastrate. Această soluție, cu garnitura încastrată, a fost adoptată definitiv pentru toate boghiurile sncf. În urma analizării comportării în exploatare s-a decis echiparea boghiurilor cu glisiere elastice de frecare. Aceste măsuri au condus la o îmbunătățire considerabilă a calității de mers și la reducerea uzurilor și a gripajului care apăreau frecvent în cazul utilizării pieselor confecționate din oțel.

1.7. Studii și încercări efectuate la „Societatea Națională a Căilor Ferate Române” asupra boghiurilor Y 25 Cs

În anul 1972, la Institutul de Studii și Încercări în Transporturi (isct) București a fost supus la încercări electro-tensometrice unul dintre primele trei boghiuri fabricate la Uzina de vagoane Arad. Încercările electro-tensometrice în regim static s-au efectuat pe un stand de încercări al Institutului de Studii și Încercări Transporturi, iar încercările electro-tensometrice dinamice s-au efectuat cu boghiul montat sub un vagon gondolă Fads (seria 31 53 69 77 743-0), care a fost cuplat la un tren de transport containere. Încercările dinamice s-au efectuat în perioada 24 februarie 1972 – 5 martie 1972, pe distanța București – Arad și retur. Boghiul pe care s-au efectuat încercările a fost un boghiu în construcție sudată [125].

1.7.1. Pregătirea și efectuarea încercărilor

Pe cadrul boghiului supus la încercări s-a montat un număr de 30 traductoare electrice rezistive de 120 ohmi, cu baza de măsurare de 6 mm și cu corectarea coeficientului de compensare termică pentru oțel. Amplasarea traductoarelor electrice rezistive s-a făcut cu poziționarea lor conform referatului întocmit de experții Comisiei B12 ai ORE, care au încercat și omologat acest tip de boghiu, în cadrul UIC [125].

Față de numărul de traductoare folosit la probele din 1967 la Utrecht, la ISCT bucurești s-au montat suplimentar 14 traductoare, astfel încât să poată fi determinate solicitările care apar atât sub sarcina normală de serviciu în regim static și dinamic, cât și la solicitarea boghiului cu sarcini verticale și la torsiune, produsă prin denivelarea roților unei osii montate. Amplasarea traductoarelor este prezentată în figura 1.7. În cadrul probelor și încercărilor efectuate în 1967 la Utrecht nu s-a efectuat și încercarea la torsiune a boghiului.

Fig. 1.7. Amplasarea traductoarelor la boghiul Y25Cs

Încercările statice s-au realizat în mai multe situații de încărcare, la două sarcini de încărcare:

sarcina de 36 tone aplicată pe crapodină, corespunzătoare sarcinii nominale de încărcare, fără a ține cont de solicitările dinamice;

sarcina de 52 tone aplicată pe crapodină, corespunzătoare sarcinii statice și unui spor dinamic de 44% față de sarcina nominală.

La ambele sarcini aplicate pe crapodină s-au efectuat măsurători pentru următoarele situații:

cu toate roțile în același plan;

cu o roată denivelată cu 10 mm;

cu roata opusă denivelată cu 10 mm;

cu o roată denivelată cu 20 mm;

cu roata opusă denivelată cu 20 mm;

cu o roata denivelată cu 30 mm;

cu roata opusă denivelată cu 30 mm.

1.7.2. Încercarea statică cu 36 tone

Întrucât, la încărcarea statică de 36 tone nu a fost inclus și sporul dinamic de 30% din sarcina statică, potrivit precizărilor ORE privind calitatea oțelului din care a fost fabricat boghiul

(OL 44.3k), au fost luate în considerare următoarele rezistențe admisibile [125]:

în zona de îmbinare a elementelor 110 N/mm2;

în afara zonelor de îmbinare 120 N/mm2.

Valorile tensiunilor maxime măsurate la încărcarea cu 36 tone au fost mult mai mici decât valorile rezistențelor admisibile – aproximativ 66% din rezistența admisibilă. Totuși, la încărcarea cu 36 tone și cu roțile denivelate cu 30 mm în talpa inferioară a traversei principale (traversa crapodinei) s-a atins o tensiune de 128 N/mm2, mai mare decât rezistența admisibilă de 120 N/mm2.

1.7.3. Încercarea statică cu 52 tone

În cadrul încărcării statice cu 52 tone și cu roțile situate în același plan, tensiunea maximă obținută a fost de 117 N/mm2, în talpa inferioară a traversei crapodinei.

Conform precizărilor ORE, atunci când este luat în considerare și efectul dinamic al încărcării, se consideră rezistența admisibilă de 160 N/mm2 [125].

În aceste condiții, s-a considerat că tensiunea maximă constatată este mai mică decât valoarea rezistenței admisibile, existând o rezervă de aproximativ 36%.

La încercarea statică cu 52 tone și cu roțile denivelate cu 30 mm, în talpa inferioară a traversei crapodinei s-a atins tensiunea maximă de 208 N/mm2, mai mare decât rezistența admisibilă de 160 N/mm2, existând o depășire de 30% a rezistenței admisibile.

1.7.4. Încercarea dinamică în mers

Încercările dinamice s-au efectuat la viteza de 100 Km/h pe distanța București-Arad și retur. În timpul încercărilor în mers s-au luat în considerare și înregistrat două tipuri de valori de eforturi dinamice:

valori care apar în mod frecvent și care sunt de fapt cele care se iau în seamă în calculul la oboseală;

valori maxime și minime, care apar cu o frecvență mai mică decât celelalte.

În timpul măsurătorilor nu s-au înregistrat depășiri ale rezistenței admisibile, cu excepția unor vârfuri de tensiune din cauza unor neregularități ale căii. Aceste vârfuri de tensiune au avut un caracter întâmplător. Cel mai important vârf de tensiune s-a înregistrat la același traductor, la care s-au înregistrat și depășirile tensiunii la încercările statice cu 36 t și cu 52 t, cu roțile denivelate cu 30 mm [125].

Valoarea dinamică maximă atinsă a fost de 123 N/mm2, care, cumulată cu componenta statică de 71 N/mm2, a dat o valoare totală de 194 N/mm2, mai mare decât rezistența admisibilă de 160 N/mm2, ea reprezentând o depășire cu 21%.

La interpretarea rezultatelor încercărilor s-a ținut cont de recomandările din Manualul inginerului (HÜTte), vol. 5, care prevedea că, în cazul în care solicitările maxime care apar au un caracter accidental, se poate considera ca rezistență admisibilă valoarea limitei de curgere, care la oțelul utilizat la fabricarea boghiului este de 280 N/mm2 [125].

În acest context, s-a considerat că rezultatele sunt corespunzătoare, datorită probabilității foarte mici de apariție a situațiilor extreme, la care s-au constatat depășiri ale rezistenței admisibile locale.

1.7.5. Cercetări pentru îmbunătățirea constructivă a glisierelor elastice la boghiul Y 25 Cs

Studiile și încercările efectuate de sncf au arătat că utilizarea glisierelor elastice echipate cu plăci de uzură din materiale nemetalice constituie un avantaj.

La snCFR după omologarea boghiului Y 25 Cs, s-a generalizat utilizarea boghiurilor cu glisiere fixe. Cu toate că la snCFR, s-a utilizat un număr redus de vagoane de marfă pe boghiuri Y25 Cs echipate cu glisieră elastică, după darea în exploatare a acestor vagoane s-au constatat fisuri, chiar și ruperi sistematice la scaunele glisiererelor elastice.

În acest context, SNCFR, prin Direcția Tracțiune și Vagoane (DTV) a încheiat contractul de cercetare nr. 873 din 1979 cu Institutul de Cercetări și Proiectări Tehnologice în Transporturi București (ICPTT) [89]. Ansamblul glisierei elastice este prezentat în figura 1.8.

Fig. 1.8. Glisiera elastică (1 – scaun; 2 – glisieră; 3, 4, 5 – plăci de uzură)

Scaunul glisierei și glisiera au fost confecționate prin turnare, din oțel marca OT 45, STAS 600-74, iar plăcile de uzură au fost executate din tablă de oțel austenitic manganos tip E, Catalog W 13401. Pentru a stabili cauzele care au produs fisurarea, respectiv ruperea scaunului glisierei și pentru determinarea stării de tensiune în zona slăbită, au fost efectuate atât un studiu teoretic, cât și unul experimental. Forma primei variante de scaun la glisiera elastică este prezentată în fiura 1.9.

Fig. 1.9. Scaunul glisierei varianta inițială

În urma studiului teoretic și a celui experimental s-a ajuns la concluzia că secțiunea aripii scaunului glisierei, în zona de încastrare, este prea mică în raport cu solicitările la care este supusă.

Pornind de la această situație, s-a recurs la modificarea constructivă a scaunului glisierei, în zona de încastrare. Calculele de rezistență pentru variantele modificate au pus în evidență o scădere majoră a tensiunilor în zona de încastrare. În figura 1.10. sunt prezentate trei variante constructive îmbunătățite ale scaunului de glisieră.

Fig. 1.10. Scaunul glisierei – variante îmbunătățite

Au fost concepute trei variante constructive de scaun de glisieră și anume:

cu placă de uzură cu lungimea de 340 mm;

cu placă de uzură de lungime redusă (230 mm);

fără placă de uzură.

În prima fază a cercetării, rezultatele încercărilor pe stand și în circulație au arătat că varianta cu placă de uzură cu lungimea de 340 mm, sudată continuu numai pe laturile lungi (340 mm), a avut o comportare bună. În faza a doua și a treia, cercetările s-au efectuat numai pe acest tip de glisieră elastică. Verificările experimentale ale acestei glisiere au cuprins [89]:

încercări statice pe stand și pe vagon;

încercări la oboseală pe presă;

încercări la vagon în mers;

proba de anduranță în exploatare.

1.7.5.1. Încercările statice

La verificarea experimentală a tensiunilor din secțiunea de încastrare a aripii scaunului de glisieră s-a utilizat metoda tensometriei electrorezistive. Valoarea medie a tensiunii determinată din măsurători, în zona de încastrare, a fost de 160 N/mm2 [89].

În varianta inițială, valoarea medie a tensiunii determinată experimental în aceeași zonă a fost de 400 N/mm2 [89].

Efectuarea încercărilor statice cu contraglisiere de rigiditate diferită a scos în evidență faptul că tensiunile, în zona de încastrare a scaunului de glisieră, au scăzut considerabil cu creșterea rigidității.

1.7.5.2. Încercările la oboseală pe presă

S-au efectuat încercări la oboseală pe presă, la un scaun de glisieră îmbunătățit, la același regim de încărcare folosit la verificarea primei variante de scaun de glisieră. Au mai fost supuse încercărilor la oboseală încă zece scaune de glisieră îmbunătățite, la cicluri de solicitări mult mai grele (numărul de cicluri de oscilație a fost mărit de la 22% până la 300%, iar sarcina aplicată a fost majorată cu 50% față de încărcarea normală) [89].

După terminarea încercărilor la oboseală, pe pulsator au fost examinate toate scaunele de glisieră și nu s-au constatat nici deformații permanente, nici fisuri la scaunul de glisieră și nici la alte piese din ansamblul glisierei.

1.7.5.3. Încercările la vagon în mers

Încercările în mers s-au efectuat la un vagon platformă de 60 tone, echipat cu boghiuri Y 25 Cs, cu glisiere elastice. Încercările și înregistrarea deformațiilor glisierelor s-au efectuat la viteze de pînă la 100 km/h [89].

Valorile maxime ale tensiunilor în scaunul glisierelor au fost [89]:

50 N/mm2 la circulația în aliniament și palier;

145 N/mm2 la circulația în curbe.

1.7.5.4. Proba de anduranță în exploatare

Probele de anduranță s-au efectuat pe un număr de cinci vagoane autodescărcătoare de transportat piatră, echipate cu boghiuri Y 25 Cs, cu glisiere elastice îmbunătățite. Probele de anduranță s-au desfășurat pe o perioadă de șase luni, în perioada 5 februarie 1979 -17 septembrie 1979. După perioada de șase luni, la examinarea glisierelor elastice nu s-au constatat defecțiuni la scaunele glisierelor elastice și nici la celelalte piese componente. Din analiza studiului teoretic și a cercetărilor experimentale efectuate atât pe stand, cât și în exploatare, s-a constatat că glisierele elastice îmbunătățite au avut o comportare bună, în condiții normale de exploatare [89].

Rezultatele obținute în urma probelor de anduranță la care au fost supuse cele cinci vagoane echipate cu boghiuri Y 25 Cs, cu glisiere elastice, au confirmat rezultatele obținute la încercările statice pe stand și la cele de oboseală. Pe baza acestor rezultate s-a ajuns la concluzia că se poate trece la echiparea vagoanelor de marfă cu boghiuri Y 25 Cs și cu glisiere elastice.

Deși rezultatele încercărilor au fost corespunzătoare, sncfr a achiziționat în continuare vagoane pe boghiuri Y 25 Cs, cu glisiere fixe. Cu ocazia reparațiilor planificate la vagoanele echipate cu boghiuri Y 25 Cs, cu glisiere elastice, glisierele elastice au fost dezafectate și înlocuite cu glisiere fixe. Utilizarea la o scară mai largă a glisierelor elastice la boghiurile Y25 Cs a început după anul 1998, o dată cu trecerea la modernizarea vagoanelor de marfă din parcul sncfr, pentru a îndeplini condițiile de circulație în trafic internațional, cu viteza maximă de circulație de 120 Km/h în stare goală și cu 100 Km/h în stare încărcată.

1.8. Studii și încercări efectuate la SNCFR asupra plăcilor de uzură nemetalice pentru crapodine

1.8.1. Placa de uzură din poliamidă grafitată

La începutul anilor 1980, parcul de vagoane de marfă al sncfr era compus dintr-un număr foarte mare de vagoane, echipate cu boghiuri ore, h și y 25 Cs. Aceste tipuri de boghiuri erau prevăzute cu crapodine sferice, iar plăcile de uzură dintre crapodinele superioare montate pe șasiurile vagoanelor și crapodinele inferioare montate pe traversele centrale ale boghiurilor erau din tablă de oțel cu grosimea de 4 mm, perforate. Sprijinirea cutiei vagoanelor pe boghiuri se realiza prin intermediul crapodinelor și al glisierelor. Prin intermediul crapodinei se transmite cea mai mare parte a greutății vagonului și a încărcăturii, iar prin intermediul glisierelor se transmit numai sarcinile care apar din abaterea centrului de greutate a cutiei vagonului și încărcăturii față de axa crapodinei, dar și sarcinile care apar datorită forței centrifuge la circulația în curbe, a forței laterale dată de vânt si forțelor date de torsionarea vagonului sau liniei. Pentru reducerea uzurii crapodinelor și a plăcilor de uzură din oțel, vagoanele erau dotate cu instalații de ungere a crapodinelor. Acest sistem de plăci de uzură metalice și instalațiile de ungere a crapodinei prezentau mai multe inconveniente și anume:

un moment de frecare mic, care nu amortiza oscilațiile de șerpuire;

uzuri mari ale celor două crapodine și ale plăcii de uzură metalice;

înfundarea instalației de ungere și griparea suprafețelor în contact;

pătrunderea impurităților între cele două crapodine;

consum mare de ulei în exploatare;

necesitatea completării cu ulei după fiecare descărcare a vagoanelor, care se execută prin culbutare, întrucât cutiile de ungere nu erau prevăzute cu sistem de etanșare.

În acest context, a apărut preocuparea pentru înlocuirea plăcilor de uzură metalice și a instalațiilor de ungere cu plăci de uzură sintetice, cu proprietăți de autolubrifiere. Sarcina de a întreprinde aceste cercetări i-a revenit Institulului de cercetări și proiectări tehnologice în transporturi (icptt), aflat în subordinea ministerului transporturilor și telecomunicațiilor la începutul anilor 1980.

icptt a demarat cercetările pentru găsirea unei soluții de înlocuire a plăcilor de uzură metalice la vagoanele aflate deja în exploatare la sncfr, cu plăci de uzură din materiale sintetice. cercetătorii s-au orientat la următoarele materiale [105]:

ferodou fabricat în țară la Rîmnicu Sărat;

textolit;

poliamidă 6 cu bisulfură de molibden;

poliamidă 6 cu 4% grafit.

După primele analize, ferodoul și textolitul au fost eliminate, întrucât nu existau date privind viteza de uzură și tehnologia de execuție a plăcilor. Întrucât, politica națională la acea vreme era să se utilizeze numai produse care se fabricau în țară, primele încercări s-au efectuat pe plăci de uzură fabricate din poliamidă 6, condensată în vacuum cu grafit, care se producea la Întreprinderea chimică Dudești și la combinatul de fibre sintetice săvinești. Poliamida 6 cu bisulfură de molibden nu se producea în țară‚ dar erau preocupări la Centrul de Cercetări Săvinești pentru producerea ei în stație pilot.

Primele opt plăci de uzură din poliamidă 6 cu 4% grafit (fig. 1.11) s-au fabricat prin strunjire din plăci groase, întrucât costurile pentru fabricarea unei matrițe erau ridicate [105].

Forma plăcilor de uzură din poliamidă este diferită față de forma plăcilor de uzură din tablă din oțel, ele având suplimentar un guler de centrare pe cepul din zona centrală a crapodinei, care are și rol de ghidare o bulonului crapodinei superioare.

Fig. 1.11. Placa de uzură din poliamidă

Două plăci de uzură s-au montat la un vagon care a fost încărcat și atașat la o locomotivă de manevră la Întreprinderea Mecanică de Material Rulant Pașcani și a circulat șase luni. După șase luni de circulație s-a verificat starea plăcilor de uzură și s-a constatat că nu au apărut fisuri, iar uzura a fost de aproximativ 5% [105]. Încercările au continuat la poligonul de încercări al Institutului de Cercetări și proiectări tehnlologice în transporturi de la Făurei, timp de trei ore fără întrerupere, la o viteză de 120 km/h. După terminarea încercării s-a măsurat temperatura crapodinelor care crescuse cu 1șC. Nu s-au constatat defecte ale plăcilor de uzură.

Tot la poligonul de încercări de la făurei s-a măsurat și cuplul de frecare, iar vagonul încărcat a fost trecut cu viteză mică, sub 5 km/h, peste schimbătoarele de cale și s-au măsurat forțele orizontale la nivelul cutiilor de osie. Valoarea forțelor H a fost cuprinsă între 0,5÷1tf (5000 N÷10000 N) [105]. Întrucăt rezultatele au fost destul de bune, în data de 08.03.1982 s-a aprobat de către conducerea Ministerului Transporturilor și Telecomunicațiilor, montarea experimentală, la un număr de 3.000 de vagoane, a unor plăci de uzură din poliamidă 6 cu 4% grafit.

După executarea matriței pentru obținerea plăcilor de uzură prin injecție s-au experimentat și plăci de uzură tratate termic, pentru mărirea rezistenței la uzură. În urma montării la vagoane și după urmărirea comportării în exploatare a acestora, s-a constatat că plăcile de uzură erau prea casante și s-a renunțat la plăcile de uzură tratate termic. După terminarea experimentărilor s-a omologat placa de uzură din poliamidă 6 cu 4% grafit, iar cu ocazia reparațiilor planificate la vagoanele de marfă s-a trecut la înlocuirea tuturor plăcilor de uzură din oțel. Odată cu introducerea plăcilor de uzură din poliamidă s-au desființat și instalațiile de ungere a crapodinelor și s-a înlocuit și sistemul de etanșare dintre crapodine (format din carcasă din tablă și pâslă fixată cu sărmă), cu inele de etanșare din cauciuc. În anul 1983 ICPTT a întocmit Instrucțiunile nr. 2455/12.03.21983 pentru prelucrarea crapodinelor superioare și a crapodinelor inferioare, în vederea montării plăcilor de uzură din poliamidă [5].

1.8.2. Placa de uzură din bachelită pe suport textil pentru vagoane de marfă

Concomitent cu preocuparea Institutului de cercetări și proiectări tehnolologice în transporturi București, de găsire a unor soluții pentru înlocuirea plăcilor de uzură metalice dintre crapodine pentru vagoanele de marfă existente în rețeaua Sncfr, din cauza dezavantajelor precizate la pct. 1.7.1, centrul de cercetare și inginerie tehnologică pentru vagoane din Arad (ccsitva) era preocupat de găsirea unor soluții de înlocuire a plăcilor de uzură metalice cu plăci de uzură sintetice, la boghiurile Y 25 Cs care se fabricau în mod curent, pentru echiparea vagoanelor de marfă, plăci care să poată fi fabricate în țară, fără a utiliza materiale din import. În baza Caietului de sarcini nr. 299-6-0, elaborat de ccsitva, s-a trecut la executarea primelor plăci de uzură din bachelită pe suport textil, din materialul PUC 3. Reteța de fabricație era realizată pe baza următoarelor componente [116]:

bumbac crud nealbit, neapretat;

rășină fenol-formaldehidică – novolac;

hexametilen – tetramină;

grafit pulbere;

alcool etilic industrial.

Încercările pe amestec au fost făcute la incerc București, iar caracteristicile fizico-mecanice ale produsului, realizat după rețeta PUC-Y-25-3, au fost similare cu ale produselor din import.

La ccsitva, în cadrul fabricației seriei zero, un număr de patru plăci de uzură din bachelită pe suport textil (fig. 1.12), din material PUC 3, au fost supuse la următoarele încercări de laborator:

încercarea pe stand la compresiune;

încercarea la acțiunea frigului, conform [144];

încercarea la acțiunea căldurii, conform [145];

La toate aceste probe, plăcile de uzură au corespuns [116] .

Piesele supuse la încercări s-au comportat bine și nu au suferit modificări ale formei, respectiv suprafețelor. Probele de anduranță s-au efectuat prin echiparea a 10 vagoane de transportat cărbune, seria Fals, fabricate în anul 1981 la Intreprinderea de Vagoane Caracal [116]. În urma parcurgerii a circa 1.000 de km, vagoanele au fost retrase din circulație și s-a făcut verificarea stării plăcilor de uzură. La două plăci de uzură s-au constatat fisuri mai pronunțate, iar la alte plăci de uzură au apărut microfisuri la baza calotei sferice, dar acestea nu au influențat comportarea în exploatare a vagoanelor. Pentu a vedea modul de propagare a fisurilor în exploatare, vagoanele au fost verificate din două în două luni și nu s-a constatat propagarea fisurilor. Un număr de 13 piese nu au suferit nicio modificare. În baza rezultatelor obținute la încercările de laborator și a încercărilor de anduranță, în data de 13.08.1981 s-a făcut omologarea finală a plăcilor de uzură din bachelită pe suport textil și s-a dat acordul de trecere la producția de serie a produsului.

Fig. 1.12. Placa de uzură din bachelită pe suport textil

1.9. Concluzii

În urma analizării probelor și încercărilor la care a fost supus boghiul Y 25 Cs în vederea omologării, atât de SNCF, cât și de SNCFR, din motive strict „politice”, în România nu s-a efectuat și înlocuirea plăcilor de uzură metalice cu plăci de uzură sintetice și nici nu s-au înlocuit glisierele fixe cu glisiere elastice.

Pentru a nu apela la importul de plăci de uzură sintetice, la SNCFR, s-a continuat cu utilizarea plăcilor de uzură metalice utilizate la vagoanele echipate cu boghiuri ORE și H, care erau echipate cu crapodine inferioare demontabile.

În România, la aproape 10 ani de la omologara boghiurilor Y 25 Cs s-au finalizat cercetările și probele cu plăcile de uzură din materiale sintetice și s-a decis înlocuirea plăcilor de uzură metalice cu plăci de uzură din poliamidă, la boghiurile vagoanelor din exploatare și cu plăci de uzură din bachelită la boghiurile nou construite. Utilizarea plăcilor de uzură din bachelită nu era posibilă la boghiurile Y 25 Cs, fabricate anterior, întrucât, aceste plăci de uzură se presau într-un locaș practicat în crapodina inferioară, care era asamblată prin sudură de traversa crapodinei. Dotările tehnice din IMMR-uri nu erau adaptate pentru prelucrarea crapodinelor inferioare asmblate prin sudură de traversa crapodinei, iar înlocuirea plăcilor de uzură metalice cu plăci de uzură din bachelită implica și înlocuirea crapodinelor superioare care aveau raza de 186 mm cu crapodine superioare, cu raza de 190 mm.

Trecerea la utilizarea glisierelor elastice în locul celor fixe a început după anul 1998, când s-a făcut reorganizarea Societății Naționale a Căilor Ferate Române, prin Hotărârea de Guvern nr. 582/1998, iar majoritatea vagoanelor de marfă au fost transferate în patrimoniul Societății Naționale de Transport Feroviar de Marfă "C.F.R. Marfă" – S.A.

Întrucât, parcul de vagoane de marfă era învechit și din punct de vedere al necesităților de transport de mărfuri, vagoanele existente nu mai acopereau necesitățile de transport, SNTFM a obținut finanțare pentru modernizarea vagoanelor de marfă. Simultan cu modernizarea vagoanelor de marfă s-a impus și respectarea noilor cerințe și creșterea performanței vagoanelor, astfel încât să poată circula în stare goală cu viteza maximă de 120 km/h, iar în stare încărcată cu viteza de 100 km/h. Deoarece, boghiurile Y 25 Cs erau dotate cu glisiere fixe și nu îndeplineau cerințele de circulație în stare goală cu 120 km/h, SNTFM a solicitat, în anul 1999, la ICPV Arad (proiectantul boghiurilor Y 25 Cs) să întocmească documentația pentru modernizarea boghiului, ținând cont de deficiențele constatate în exploatare și de noile cerințe. Astfel, s-a trecut la înlocuirea glisierelor fixe cu glisiere elastice, dar numai la vagoanele modernizate, care trebuiau sa fie apte să circule în trafic internațional (apte RIV).