Автор: Федя Серафиев
Експерт по спирачни системи

Диагностика на повреди на железопътни колооси

Железопътната колоос е един от най-отговорните елементи на ходовата част на железопътното превозно средство. Тя осигурява контакта между превозното средство и релсовия път, предава вертикални, напречни, теглителни и спирачни сили и има пряко значение за безопасността на движението.

Поради това диагностиката на колоосите не може да се свежда само до визуален преглед или измерване на няколко геометрични параметъра. В зависимост от вида на повредата е необходимо да се използват различни методи за откриване, локализиране и оценка на дефекта.

Съвременните системи комбинират традиционните методи за технически преглед и безразрушителен контрол с вибрационни измервания, оптични системи, термография, системи за наблюдение край железния път, бордови системи за контрол на състоянието и алгоритми за обработка на данни.

Съвременният обзор на Ye и съавтори систематизира около 130 научни публикации и разглежда методите за диагностика на железопътни колооси според мястото на измерване и физичния принцип на работа. Разгледани са акустични, оптични, механични, електромагнитни и термични методи, както и съвременните подходи с машинно обучение.

Какво представлява диагностиката на колоос

При професионалната диагностика въпросът не е само:

Има ли дефект?

Необходимо е да се установи:

• какъв е дефектът;
• къде се намира;
• какъв е неговият характер и размер;
• какъв е вероятният механизъм на възникване;
• развива ли се дефектът;
• какво е влиянието му върху експлоатацията;
• необходимо ли е незабавно действие;
• какво техническо обслужване трябва да бъде извършено;
• необходимо ли е да се търси първопричината.

Това е съществената разлика между техническия преглед и диагностиката.

Техническият преглед установява състоянието.

Диагностиката трябва да даде отговор на въпроса защо е възникнало това състояние и какво трябва да бъде направено.

Основни елементи на железопътната колоос

В зависимост от конструкцията и предназначението на превозното средство диагностиката може да обхваща:

• колела;
• ос;
• местата за пресов монтаж на колелата върху оста;
• букси;
• колоосни лагери;
• реборди;
• търкаляща повърхност;
• спирачни дискове, когато са част от конструкцията на колооса;
• други свързани компоненти.

Колоосът не трябва да се разглежда напълно изолирано от останалата част на ходовата част.

Например повреда на търкалящата повърхност може да бъде свързана с:

• блокиране или приплъзване на колелото;
• проблем в спирачната система;
• ниско сцепление между колело и релса;
• неправилен профил на колелото;
• проблеми в окачването;
• дефектен лагер;
• особености на железния път;
• прекомерни динамични натоварвания.

Затова при повторяем дефект трябва да се търси не само неговото проявление, а и причината за възникването му.

Важно: Повреденото колело невинаги е първопричината за проблема. В много случаи то е мястото, където се проявяват последствията от неизправност в друга система. Особено внимание трябва да се обръща на спирачната система и системата против блокиране на колелата.

Защо не трябва автоматично да сменяме колооса

Има един принцип, който според мен заслужава особено внимание при практическата поддръжка на железопътния подвижен състав:

Не трябва автоматично да приемаме, че повреденото колело или колоос е причината за проблема.

При установяване на дефект по търкалящата повърхност често най-лесното решение изглежда очевидно — колоосът да бъде сменен или колелата да бъдат престъргани.

Това обаче решава само последствието, ако първопричината се намира в друга система.

Самата конструкция на стандартната колоос е сравнително проста — две колела и ос. Разбира се, при реална експлоатация към нея са свързани лагери, букси, втулки, дискове и други компоненти според конструкцията. Но когато говорим конкретно за повреди по колелата и оста, трябва да се прави разлика между повреда на самия конструктивен елемент и повреда, предизвикана от външно въздействие.

Например при повторно появяващ се дефект по търкалящата повърхност трябва да се провери:

• работата на спирачната система;
• наличието на продължително притисната спирачна накладка;
• работата на системата против блокиране на колелата;
• правилното освобождаване на спирачните цилиндри;
• състоянието на разпределителя и управляващите елементи;
• механичната свобода на спирачната предавка;
• условията на сцепление между колело и релса;
• режимът, при който се е появил дефектът.

Ако колелото бъде престъргано, но причината остане, след определено време същият дефект може да се появи отново.

Тогава ние всъщност не сме отстранили повредата — само сме премахнали нейното проявление.

Това е особено важно при повтарящи се повреди. Ако една и съща повреда се появява отново след смяна или репрофилиране на колооса, първият въпрос не трябва да бъде „Кой колоос да сменим?“, а:

„Какво предизвиква този дефект?“

В практиката именно тук се вижда разликата между обикновена подмяна на детайла и действителна техническа диагностика.

Основни групи повреди на железопътните колела

Повредите на колелата могат да се проявят по различни начини. Сред важните от експлоатационна гледна точка са:

• плоско място на търкалящата повърхност (окопаване), (wheel flat);

• отчупване и изронване на материал (shelling и spalling);
• умора от търкателен контакт (Rolling Contact Fatigue – RCF);
• локални отчупвания;
• прекомерно или неравномерно износване;
• вдлъбнато износване на търкалящата повърхност (hollow wear);
• повреди по ребордата;
• отклонение от кръглата форма (out-of-roundness);
• многоъгълност на колелото (polygonisation);
• термични повреди;
• термични пукнатини;
• други повреди на търкалящата повърхност.

Не всички от тези повреди имат еднакъв механизъм на възникване и не всички могат надеждно да бъдат установени с един и същ диагностичен метод.

Плоско място на търкалящата повърхност

Плоското място (wheel flat) представлява локално нарушение на нормалната кръгова форма на търкалящата повърхност, обикновено свързано с приплъзване на колелото спрямо релсата.

Типичен механизъм е блокиране или недостатъчно контролирано приплъзване на колелото при спиране.

При нормално търкаляне колелото се движи спрямо релсата основно чрез търкаляне. При блокиране се появява значително относително приплъзване, което може да доведе до локално износване и отнемане на материал от търкалящата повърхност.

При последващото движение дефектната зона периодично влиза в контакт с релсата и създава динамично възбуждане.

Това може да доведе до:

• ударни натоварвания;
• повишени вибрации;
• допълнително натоварване на буксите и лагерите;
• натоварване на рамата на талигата;
• увеличено въздействие върху железния път;
• ускорено развитие на други повреди.

Плоското място е добър пример защо диагностиката на колелото трябва да бъде свързана с диагностиката на спирачната система и системата против блокиране на колелата.

Умора от търкателен контакт – RCF

Rolling Contact Fatigue (RCF), или умора от търкателен контакт, е механизъм на повреда, свързан с многократно натоварване в зоната на контакта между колелото и релсата.

При определени условия многократните контактни напрежения и пластични деформации могат да доведат до развитие на повреди в повърхностния или близкия до повърхността слой на материала.

В развитието на RCF могат да участват:

• контактните напрежения;
• геометрията на профила на колелото;
• профилът на релсата;
• условията на сцепление;
• натоварването;
• експлоатационният режим;
• кривината на трасето;
• състоянието на контактните повърхности;
• характеристиките на материала.

RCF не трябва да се разглежда просто като „пукнатина върху колелото“. Това е процес, който може да започне с локални изменения и постепенно да се развива.

При съмнение за пукнатини или други дефекти, които не могат надеждно да бъдат оценени визуално, може да се наложи използването на подходящ метод за безразрушителен контрол.

Термични повреди

Термичните повреди са особено важни при железопътните колела поради пряката им връзка със спирачните процеси.

При интензивно или продължително спиране в колелото може да се натрупа значително количество топлина. В зависимост от режима и конкретната конструкция могат да възникнат:

• локално прегряване;
• термични пукнатини;
• структурни изменения;
• остатъчни напрежения;
• локални деформации;
• последващо развитие на повреди.

При колела, работещи с калодкова спирачка, топлинното натоварване на търкалящата повърхност може да има особено значение.

При дисковата спирачка топлинното натоварване се разпределя по различен начин, но диагностиката на колоосния комплект отново трябва да отчита връзката между спирачния процес и състоянието на колелото.

При повторяеми термични повреди не е достатъчно колелото просто да бъде репрофилирано. Трябва да се провери и причината за прекомерното топлинно натоварване.

Износване и промяна на профила на колелото

С течение на експлоатацията геометрията на колелото се променя.

Могат да се наблюдават:

• намаляване на диаметъра;
• износване на ребордата;
• промяна на височината на ребордата;
• промяна на дебелината на ребордата;
• изменение на търкалящата повърхност;
• вдлъбнато износване;
• промяна на профила;
• локални дефекти.

Профилът на колелото не трябва да се оценява само чрез един размер.

Колелото работи като част от системата колело–релса, поради което неговият профил трябва да бъде оценяван спрямо приложимия номинален профил и техническите изисквания за конкретния подвижен състав.

EN 13715 определя референтни профили на търкалящата повърхност за железопътни колела и съответните геометрични характеристики. При практическата оценка обаче винаги трябва да се използва профилът, определен за конкретното превозно средство.

Отклонение от кръглата форма и многоъгълност

Колелото може да се отклонява от идеалната кръгова форма, без непременно да има ясно изразено плоско място.

Това състояние се обозначава като out-of-roundness (OOR) – отклонение от кръглата форма.

Една от формите му е polygonisation, или многоъгълност на колелото, при която радиалното отклонение има периодичен характер.

Това може да доведе до:

• периодични динамични сили;
• повишени вибрации;
• допълнително натоварване на колооса;
• натоварване на лагерите и окачването;
• повишено въздействие върху железния път;
• увеличен шум.

Тези дефекти могат да бъдат трудни за надеждно установяване чрез обикновена визуална инспекция и изискват подходящо геометрично или динамично измерване.

Повреди на железопътните оси

Осът е критичен елемент на колоосния комплект.

Възможните повреди включват:

• уморни пукнатини;
• повърхностни дефекти;
• вътрешни дефекти;
• дефекти в преходните зони;
• дефекти в шийките;
• дефекти в местата за монтаж на колелата;
• корозионни повреди;
• механични повреди;
• дефекти, свързани с геометрията или механичната обработка.

Особено внимание трябва да се обръща на зоните с промяна на геометрията, където могат да възникнат концентрации на напрежения.

Действащият EN 13261:2024 определя изискванията към железопътните оси и обхваща различни характеристики на плътни и кухи оси, включително изисквания към местата за монтаж на колелата.

При диагностика на ос е важно да се има предвид, че част от опасните дефекти могат да бъдат вътрешни или да започват като малки пукнатини, които не могат надеждно да бъдат установени само чрез визуален преглед.

Основни методи за диагностика

Съвременните методи за диагностика на колооси могат да бъдат разгледани според мястото на извършване:

• диагностика в ремонтното депо или работилницата;
• диагностика със системи край железния път;
• бордова диагностика по време на движение.

Това разделение е използвано и в съвременния обзор на методите за диагностика на железопътни колооси.

Диагностика в ремонтното депо и работилницата

При този вид диагностика оборудването се намира в депо, ремонтна работилница или специализирана зона за технически контрол.

Основното предимство е възможността за подробен контрол на спрялото превозно средство или на демонтираната колоос.

Типичната последователност може да включва:

1. визуален преглед;
2. почистване;
3. измерване на геометричните параметри;
4. измерване на профила на колелото;
5. измерване на радиалното и челното биене;
6. безразрушителен контрол;
7. проверка на оста;
8. проверка на местата за монтаж на колелата;
9. проверка на буксите и лагерите;
10. оценка на резултатите;
11. вземане на решение за техническо обслужване.

Този тип диагностика осигурява висока диагностична дълбочина, но изисква превозното средство или колоосът да бъдат изведени от нормалната експлоатация.

Визуален контрол

Визуалният контрол остава основен елемент от диагностиката.

Той може да открие:

• очевидни пукнатини;
• плоски места;
• отчупване и изронване на материал;
• термични повреди;
• деформации;
• механични повреди;
• корозия;
• необичайни следи от контакт;
• повреди по ребордата;
• следи от приплъзване.

Но има фундаментално ограничение:

Липсата на видим дефект не доказва липса на вътрешен дефект.

Поради това визуалният контрол е важна част от диагностиката, но не може да замени подходящия метод за безразрушителен контрол, когато съществува риск от скрит дефект.

Измерване на геометричните параметри

Измерването на геометрията е основен метод за оценка на състоянието на колооса.

В зависимост от конкретното превозно средство и приложимите изисквания могат да бъдат измервани:

• диаметър на колелото;
• височина на ребордата;
• дебелина на ребордата;
• профил на ребордата;
• геометрия на търкалящата повърхност;
• вдлъбнато износване;
• разстояние между вътрешните страни на колелата;
• радиално биене;
• челно биене;
• разлика в диаметрите на колелата;
• други функционални размери.

Измерената стойност не трябва автоматично да се сравнява с произволна таблица от интернет.

Критериите трябва да бъдат определени от приложимите стандарти, техническата документация на превозното средство и плана за техническо обслужване.

Ултразвуков контрол – UT

Ultrasonic Testing (UT), или ултразвуков контрол, е важен метод за откриване на вътрешни и подповърхностни дефекти.

При подходяща процедура UT може да се използва за:

• откриване на пукнатини;
• откриване на вътрешни дефекти;
• контрол на оси;
• контрол на колела;
• проверка на критични зони.

При колоосите геометрията и формата на детайла имат съществено значение за избора на преобразуватели, честота, посока на сканиране и начин на интерпретация.

Съвременните изследвания включват и автоматизирана обработка на ултразвукови изображения чрез методи за машинно обучение. Това показва потенциала на автоматизацията, но не отменя изискванията за валидирана процедура и квалифицирана оценка.

Магнитопрахов контрол – MT

Magnetic Particle Testing (MT), или магнитопрахов контрол, е подходящ за откриване на повърхностни и близки до повърхността дефекти в подходящи феромагнитни материали.

Методът може да бъде използван за откриване на:

• пукнатини;
• линейни повърхностни дефекти;
• дефекти с неблагоприятна за визуалния контрол ориентация.

MT не е универсален метод за всички видове дефекти.

Изборът му трябва да бъде съобразен с материала, геометрията и характера на дефекта, който трябва да бъде установен.

Контрол с вихрови токове – ET

Eddy Current Testing (ET), или контрол с вихрови токове, използва електромагнитно поле за откриване на изменения в електромагнитните свойства на материала.

Методът може да бъде полезен при:

• повърхностни дефекти;
• близки до повърхността пукнатини;
• определени видове умора от търкателен контакт;
• автоматизирана инспекция.

Предимство е възможността за бързо сканиране без механичен контакт.

Резултатът обаче зависи от:

• електрическите свойства на материала;
• геометрията;
• разстоянието между преобразувателя и повърхността;
• ориентацията на дефекта;
• дълбочината;
• характеристиките на преобразувателя;
• скоростта на сканиране.

Поради това ET трябва да се използва в рамките на конкретна валидирана процедура.

Лазерно и оптично измерване

Оптичните методи имат все по-голямо значение при автоматизираната диагностика.

Лазерното сканиране може да се използва за:

• измерване на профила на колелото;
• измерване на геометрията;
• оценка на износването;
• измерване на локални отклонения;
• сравнение с номиналния профил.

Камери могат да се използват за автоматично откриване и класификация на видими дефекти.

Основното предимство е възможността за бърза инспекция на голям брой колооси.

Тези методи обаче не трябва да се разглеждат като заместител на безразрушителния контрол при дефекти, които могат да бъдат вътрешни или подповърхностни.

Термографска диагностика

Термографията използва инфрачервено излъчване за наблюдение на температурното състояние.

Приложенията включват:

• температурно състояние на колелото;
• откриване на аномално нагряване;
• контрол на букси и лагери;
• откриване на отклонения, свързани със спирачната система.

При системите край железния път инфрачервени камери могат да измерват температурните характеристики на преминаващите превозни средства.

Повишената температура обаче е признак, а не автоматично доказателство за конкретен дефект.

Резултатът трябва да се интерпретира спрямо:

• скоростта;
• натоварването;
• температурата на околната среда;
• експлоатационния режим;
• конкретната конструкция.

Вибрационна диагностика

Вибрационната диагностика е една от важните съвременни технологии за наблюдение на колооси.

Сензорите могат да бъдат разположени:

• върху буксата;
• върху рамата на талигата;
• върху други части на конструкцията;
• край железния път.

При плоско място например дефектът може да създава периодично динамично възбуждане.

Сигналите могат да бъдат анализирани във:

• времева област;
• честотна област;
• време-честотна област.

Използват се различни методи, включително:

• бързо преобразуване на Фурие (FFT);
• спектрален анализ;
• вълнов анализ;
• статистически характеристики;
• анализ на огибаещата;
• алгоритми за машинно обучение.

Тук обаче съществува важно ограничение: вибрационният сигнал не е уникален за един дефект.

В него участват едновременно:

• колелото;
• релсата;
• лагерите;
• окачването;
• скоростта;
• натоварването на оста;
• геометрията на железния път;
• съединенията на релсите;
• други източници на динамично възбуждане.

Затова надеждната диагностика изисква подходяща обработка и интерпретация на сигнала.

Диагностика на колоосните лагери

Колоосният лагер е отделна, но тясно свързана диагностична област.

Възможните дефекти включват повреди на:

• вътрешния пръстен;
• външния пръстен;
• търкалящите тела;
• сепаратора.

Използват се:

• вибрационен анализ;
• акустични методи;
• температурен контрол;
• системи за откриване на прегрели букси край железния път;
• бордови системи за наблюдение.

Съвременните научни изследвания разглеждат и методи на машинното обучение за диагностика на повреди на колоосни лагери при променливи експлоатационни условия.

Основният проблем при реална експлоатация е, че качествени и надеждно класифицирани данни за всички възможни повреди са трудни за събиране.

Диагностика със системи край железния път

Системите за наблюдение край железния път използват диагностично оборудване, разположено по трасето.

Това позволява един диагностичен пункт да наблюдава голям брой преминаващи влакове.

В зависимост от системата могат да се използват:

• акселерометри;
• тензометрични датчици;
• микрофони;
• камери;
• лазерни скенери;
• инфрачервени камери;
• оптични датчици;
• електромагнитни датчици.

Възможните приложения включват откриване на:

• плоски места;
• необичайни натоварвания на колелата;
• дефекти по профила;
• температурни отклонения на лагерите;
• характерни акустични сигнали;
• други отклонения.

Основното предимство е, че превозното средство не трябва да бъде спирано за всяко измерване.

Бордова диагностика

При бордовото наблюдение на състоянието датчиците са монтирани директно върху превозното средство.

Това позволява състоянието на колоосите да се наблюдава по време на нормална експлоатация.

Типичната структура е:

Датчик
   ↓
Регистриране на сигнала
   ↓
Предварителна обработка
   ↓
Извличане на характеристики
   ↓
Диагностичен алгоритъм
   ↓
Класификация на повредата
   ↓
Решение за техническо обслужване

Предимството е възможността за непрекъснато или периодично наблюдение.

Това е една от основите на прехода от традиционното периодично техническо обслужване към техническо обслужване според състоянието и прогнозно техническо обслужване.

Изкуствен интелект и машинно обучение

Изкуственият интелект и машинното обучение постепенно навлизат в диагностиката на железопътните колооси.

Потенциалните приложения включват:

• класификация на повреди по колелата;
• анализ на вибрационни сигнали;
• анализ на ултразвукови изображения;
• разпознаване на видими дефекти;
• диагностика на лагери;
• откриване на отклонения;
• прогнозиране на развитието на повредата.

Особено подходящи са задачите, при които има голям обем данни и характерни закономерности.

Но има фундаментална разлика между лабораторна демонстрация и надеждна система за реална експлоатация.

Според обзора на Ye и съавтори значителна част от съвременните разработки с изкуствен интелект все още остават на теоретично или експериментално ниво. Сред основните нерешени въпроси е връзката между размера на дефекта, характеристиките на диагностичния сигнал и реалното влияние върху безопасността на движението.

Следователно твърдението:

„Алгоритъмът открива дефекта с 99% точност“

само по себе си не е достатъчно за приложение в система, свързана с безопасността.

Необходимо е да се знае:

• върху какви данни е обучен моделът;
• какви повреди са представени;
• какъв е процентът на пропуснатите повреди;
• какъв е процентът на погрешните предупреждения;
• при какви скорости е изпитван;
• при какви натоварвания;
• при какви условия на железния път;
• дали работи при данни, които не са присъствали в обучаващия набор.

При безопасността на железопътния транспорт пропускането на реална повреда може да бъде значително по-сериозно от подаването на излишно предупреждение.

Обединяване на данни от различни датчици

Една от перспективните посоки е обединяването на информация от различни датчици.

Вместо системата да разчита на един параметър, могат да се комбинират:

• вибрации;
• акустични сигнали;
• температура;
• оптични изображения;
• профил на колелото;
• ултразвукови данни;
• скорост;
• натоварване на оста.

Принципът може да бъде представен така:

Профил на колелото
        +
Вибрации
        +
Температура
        +
Визуален контрол
        ↓
Обобщена диагностика

Този подход позволява една информация да потвърди или отхвърли друга.

Именно интегрирането на различни методи за наблюдение и контрол е една от важните посоки в съвременната диагностика на колооси.

Откриване на дефект не означава диагностика

Това разграничение е особено важно.

Откриване на дефект означава:

установено е отклонение от нормалното състояние.

Диагностика означава:

установено е какво е отклонението, къде се намира, какъв е вероятният механизъм на възникване и какво техническо действие трябва да бъде предприето.

Например:

Повишена вибрация
       ↓
Отклонение
       ↓
Предположение за дефект на колелото
       ↓
Анализ според скоростта
       ↓
Честотен и времево-честотен анализ
       ↓
Визуален контрол
       ↓
Измерване на профила
       ↓
Безразрушителен контрол при необходимост
       ↓
Диагноза
       ↓
Решение за техническо обслужване

Този подход е значително по-надежден от автоматичното поставяне на диагноза само по един сигнал.

Практически алгоритъм за диагностика

Една цялостна процедура може да бъде организирана в следните етапи.

Получаване на сигнал за отклонение

Информацията може да постъпи от:

• машиниста;
• техническия персонал;
• система край железния път;
• бордова система;
• периодичен технически преглед;
• автоматизирана система за наблюдение на състоянието.

Потвърждение

Проверява се дали отклонението е реално.

Необходимо е да се изключат:

• повреда или грешка на датчика;
• грешка при измерването;
• неправилно позициониране;
• външно въздействие;
• грешка при записването на данните.

Локализиране

Определят се:

• влакът;
• превозното средство;
• талигата;
• колоосът;
• страната;
• конкретното колело;
• зоната на повредата.

Определяне на характера на повредата

В зависимост от резултатите може да се предполага:

• плоско място;
• отчупване или изронване;
• RCF;
• термична повреда;
• повреда на ребордата;
• отклонение от кръглата форма;
• повреда на оста;
• повреда на лагера.

Потвърждение с независим метод

При необходимост се използват:

• визуален контрол;
• измерване на геометрията;
• ултразвуков контрол;
• магнитопрахов контрол;
• контрол с вихрови токове;
• вибрационен анализ;
• термография;
• оптично измерване.

Оценка

Резултатът се сравнява с:

• приложимия стандарт;
• техническата документация на превозното средство;
• плана за техническо обслужване;
• експлоатационните граници;
• конкретните условия на експлоатация.

Решение за техническо обслужване

В зависимост от резултата може да бъде взето решение за:

• продължаване на експлоатацията;
• засилено наблюдение;
• ограничение на експлоатацията;
• преглед при следваща възможност;
• незабавно техническо обслужване;
• репрофилиране;
• безразрушителен контрол;
• подмяна на компонент;
• извеждане от експлоатация.

Конкретното решение трябва да се основава на приложимите технически изисквания, а не на общо правило, пренесено от друг тип превозно средство.

EN 15313:2024 и диагностиката на колооси

EN 15313:2024 – Railway applications – In-service wheelset operation requirements – In-service and off-vehicle wheelset maintenance е един от основните европейски стандарти за експлоатацията и поддръжката на колооси.

Стандартът разглежда:

• организацията на техническото обслужване;
• плана за техническо обслужване;
• експлоатационния опит;
• проследимостта;
• оборудването;
• компетентността на персонала;
• колелата;
• осите;
• колоосите;
• буксите;
• експлоатационните граници;
• дефектите;
• дейностите по техническото обслужване.

Стандартът разглежда различни нива на техническо обслужване, включително репрофилиране и по-задълбочени дейности при демонтирана колоос.

Особено важно е наличието на план за техническо обслужване, който определя приложимите действия, интервали и специфични мерки за конкретния подвижен състав.

Това е още една причина да не се използват механично универсални таблици с допустими стойности, извадени от друг източник.

EN 13261:2024 – железопътни оси

EN 13261:2024 определя изискванията към железопътните оси.

Стандартът трябва да бъде разглеждан заедно с конкретната техническа документация на производителя и приложимите изисквания за техническо обслужване.

При диагностика на ос е важно да се има предвид, че част от опасните дефекти могат да бъдат вътрешни или да започват като малки пукнатини.

Поради това визуалният контрол сам по себе си не е достатъчен при всички диагностични задачи.

EN 13262:2026 – железопътни колела

Към септември 2026 г. актуалната редакция е EN 13262:2026 – Railway applications – Wheelsets and bogies – Wheels – Product requirements.

Тя заменя EN 13262:2020.

Стандартът определя характеристиките и изискванията към железопътните колела, включително изисквания, свързани с:

• материала;
• механичните характеристики;
• твърдостта;
• уморната якост;
• якостта на разрушаване;
• термичната обработка;
• вътрешната цялост;
• остатъчните напрежения;
• състоянието на повърхността;
• геометричните допуски;
• статичния дисбаланс.

При използването на стандарта трябва да се прави разграничение между изисквания към ново произведено колело и критерии за експлоатация и техническо обслужване на вече работеща колоос.

Това е важна разлика, която често се пропуска в популярни технически материали.

Защо един диагностичен метод не е достатъчен

Всеки метод има своите предимства и ограничения.

Следователно най-надеждната система е комбинирана диагностична система, при която различните методи се използват според характера на конкретната повреда.

От откриването на повредата към първопричината

Професионалната диагностика не трябва да завършва с констатацията:

„Колоосът е повреден.“

Необходимо е да се зададе следващият въпрос:

„Защо се е повредил?“

Например при повтарящо се плоско място диагностиката може да продължи:

Плоско място
   ↓
Следи от приплъзване
   ↓
Проверка на спирачната система
   ↓
Проверка на системата против блокиране
   ↓
Проверка на управлението на спирачката
   ↓
Проверка на условията на сцепление
   ↓
Проверка на механичната част
   ↓
Установяване на първопричината

Ако колелото бъде само репрофилирано, без да бъде отстранена причината за повторното блокиране или приплъзване, дефектът може да се появи отново.

Същият принцип важи при:

• термични повреди;
• необичайно бързо износване;
• повтарящи се повреди на лагерите;
• повтарящи се повреди на ребордата;
• ускорено развитие на RCF.

Диагностика и техническо обслужване според състоянието

Традиционният модел може да бъде представен така:

Преглед
   ↓
Установен дефект
   ↓
Ремонт

Съвременният подход постепенно се развива към:

Наблюдение
        ↓
Оценка на състоянието
        ↓
Анализ на изменението
        ↓
Ранно предупреждение
        ↓
Планиране на техническото обслужване
        ↓
Ремонт преди критичното развитие на повредата

Това не означава, че всяка колоос трябва непрекъснато да бъде наблюдавана по един и същ начин.

По-ефективният подход е комбинация от:

• периодичен технически преглед;
• наблюдение край железния път;
• бордово наблюдение;
• целеви безразрушителен контрол;
• анализ на натрупаните данни;
• проследяване на тенденциите.

Значението на проследимостта

Диагностиката има реална стойност само ако резултатите могат да бъдат проследени.

За една колоос е важно да може да се установи:

• кога е извършен прегледът;
• какво е измерено;
• с какво оборудване;
• при какви условия;
• кой е извършил проверката;
• какъв е бил резултатът;
• какъв е бил предишният резултат;
• как се е развил дефектът;
• какво техническо действие е предприето.

Това позволява да се анализира не само моментното състояние, но и тенденцията на развитие.

EN 15313:2024 разглежда проследимостта, плана за техническо обслужване, оборудването и компетентността на персонала като елементи от цялостната организация на поддръжката на колоосите.

Бъдещето на диагностиката на колооси

Развитието на диагностиката върви в няколко основни направления.

По-висока автоматизация

Автоматизирано:

• измерване;
• разпознаване;
• класификация;
• записване;
• сравнение с исторически данни.

Обединяване на различни диагностични методи

Комбиниране на:

• оптични методи;
• ултразвуков контрол;
• вибрационна диагностика;
• акустични методи;
• термичен контрол;
• електромагнитни методи.

Изкуствен интелект и машинно обучение

Особено при:

• разпознаване на изображения;
• анализ на вибрации;
• анализ на ултразвукови изображения;
• откриване на отклонения;
• прогнозиране на развитието на повредите.

Бордово наблюдение

Наблюдение на състоянието на колооса по време на реална експлоатация.

Прогнозно техническо обслужване

Прогнозиране на развитието на повредата вместо реакция едва след достигане на критично състояние.

По-добра връзка между дефекта и безопасността

Това е една от най-важните задачи.

Необходимо е да се установи количествената връзка:

Размер на дефекта
        ↓
Характеристики на сигнала
        ↓
Динамични сили
        ↓
Развитие на повредата
        ↓
Поведение на превозното средство
        ↓
Безопасност на движението

Именно връзката между размера на дефекта, диагностичния сигнал и влиянието върху безопасността е посочена като един от важните нерешени въпроси в съвременния обзор на Ye и съавтори.

Практически модел за цялостна диагностика

Една интегрирана система може да бъде представена така:

                    КОЛООС
                       │
             ┌─────────┴─────────┐
             │                   │
           КОЛЕЛО               ОС
             │                   │
       ┌─────┼─────┐       ┌─────┼─────┐
       │     │     │       │     │     │
    Профил  Износване RCF  Визуален  UT  MT/ET
       │     │     │       │     │     │
       └─────┴─────┘       └─────┴─────┘
             │                   │
             └─────────┬─────────┘
                       ↓
              ДАННИ ЗА СЪСТОЯНИЕТО
                       ↓
          ┌────────────┼────────────┐
          │            │            │
      Визуален       NDT        Датчици
       контрол    контрол         │
          │            │           │
          └────────────┼───────────┘
                       ↓
                   ДИАГНОЗА
                       ↓
              ОЦЕНКА НА РИСКА
                       ↓
           РЕШЕНИЕ ЗА ПОДДРЪЖКА
                       ↓
             ПРОСЛЕДИМОСТ И ИСТОРИЯ

Това е по-надежден модел от подхода:

„Измерих една стойност → сравних я с таблица → готово.“

При safety-critical компонент като железопътната колоос решението трябва да се основава на целия диагностичен контекст.

Заключение

Диагностиката на железопътните колооси постепенно се развива от периодичен механичен преглед към интегрирана система за наблюдение на състоянието, диагностика на повредите и прогнозиране на необходимото техническо обслужване.

Традиционните методи като визуален контрол, измерване на геометрията, ултразвуков и магнитопрахов контрол остават фундаментални. Към тях се добавят:

• лазерно измерване;
• оптична инспекция;
• термография;
• вибрационна диагностика;
• акустични методи;
• системи край железния път;
• бордово наблюдение;
• машинно обучение;
• изкуствен интелект;
• обединяване на данни от различни датчици.

Нито един от тези методи не е универсален.

Визуалният контрол не заменя безразрушителния контрол.
Безразрушителният контрол не заменя измерването на геометрията.
Вибрационната диагностика не заменя физическия преглед.
Изкуственият интелект не заменя инженерната оценка.

И още нещо е също толкова важно:

Не трябва да сменяме колоос, само защото колоосът показва последствията от повреда.

При повтарящ се дефект трябва да се търси първопричината. Ако тя е в спирачната система, системата против блокиране на колелата, условията на сцепление или друг елемент на превозното средство, подмяната или репрофилирането на колооса няма да реши проблема трайно.

Най-добрата диагностика е тази, която не само установява повредата, но обяснява защо е възникнала.

Особено значение има EN 15313:2024, който поставя диагностиката и техническото обслужване на колоосите в рамките на организирана система, включваща план за техническо обслужване, експлоатационен опит, проследимост, оборудване, компетентност на персонала и конкретни дейности по поддръжката.

При самите компоненти трябва да се отчита и актуалната нормативна база. За осите е приложим EN 13261:2024, а за железопътните колела актуалната редакция към 2026 г. е EN 13262:2026, която заменя EN 13262:2020.

В крайна сметка диагностиката не трябва просто да отговаря на въпроса:

„Има ли дефект?“

Тя трябва да даде достатъчно надеждна информация, за да бъде взето правилното техническо решение навреме:

Какъв е дефектът, защо се е появил, развива ли се и какво трябва да бъде направено?

Това е същността на професионалната диагностика на железопътните колооси.

Използвани източници и нормативна база

1. Ye, Y., Li, H., Wang, Q., Li, F., Yi, C., Peng, X., Huang, C., Zeng, J.
   Fault diagnosis of railway wheelsets: A review.
   Measurement, Volume 242, 2025, Article 116169.

2. EN 15313:2024
   Railway applications – In-service wheelset operation requirements – In-service and off-vehicle wheelset maintenance.
   European Committee for Standardization (CEN), 2024.

3. EN 13261:2024
   Railway applications – Wheelsets and bogies – Axles – Product requirements.
   European Committee for Standardization (CEN), 2024.

4. EN 13262:2026
   Railway applications – Wheelsets and bogies – Wheels – Product requirements.
   European Committee for Standardization (CEN), 2026.

5. EN 13715:2020
   Railway applications – Wheelsets and bogies – Wheels – Wheels tread – Profiles.

6. Wu, J., Li, Y., Jia, L., An, G., Li, Y.-F., Antoni, J., Ge, X.
   Semi-supervised fault diagnosis of wheelset bearings in high-speed trains using autocorrelation and improved flow Gaussian mixture model.
   Engineering Applications of Artificial Intelligence, 2024.

7. Advancing Ultrasonic Defect Detection in High-Speed Wheels via UT-YOLO.
   Sensors, 2024, 24(5), 1555.

Важна техническа бележка

Числените граници за приемане или бракуване на конкретен дефект не са дадени като универсални стойности в тази статия.

Причината е принципна: допустимата стойност не трябва механично да се пренася от един тип превозно средство към друг. При практическа оценка трябва да се използват приложимите стандарти, техническата документация на конкретното превозно средство, планът за техническо обслужване и конкретните експлоатационни условия.

Това е особено важно при оценката на профила на колелото, ребордата, плоските места, отклоненията от кръглата форма, термичните повреди и дефектите на оста.