Поглощающие аппараты автосцепного устройства

Недостатком конструкции существующего автосцепного устройства является то, что в контуре зацепления, в узлах соединения хвостовика с хомутом и упорной плитой образуются зазоры в сумме до 40 мм, которые по мере изнашивания деталей увеличиваются до 100 мм.

Автосцепки и вагоны в пределах этих зазоров могут свободно взаимно перемещаться в продольном направлении под действием сжимающих и растягивающих сил.

В это время поглощающие аппараты не вступают в работу. В пределах этих зазоров вагоны, сближаясь, набирают скорость, после чего происходят резкие удары.

Для смягчения таких ударов пассажирские вагоны оборудуют амортизирующими устройствами, обеспечивающими постоянное упругое натяжение сцепленных автосцепок, ликвидируя свободные зазоры.

В качестве амортизирующих устройств на вагонах устанавливают упругие переходные площадки, которые, кроме упругого натяжения автосцепок и амортизации ударов при сцеплении вагонов и трогании поезда, обеспечивают также безопасный переход пассажиров из вагона в вагон во время движения поезда. Поглощающие аппараты предназначены гасить часть энергии удара,

уменьшая продольные растягивающие и сжимающие усилия, передающиеся на раму кузова вагона через автосцепку. Принцип их действия основан на возникновении в аппарате сил сопротивления и преобразовании кинетической энергии соударяющихся масс в другие виды энергии. По типу рабочего элемента, создающего силы сопротивления, поглощающие аппараты бывают: пружинные,

пружинно-фрикционные, с резинометаллическими элементами, гидравлические и др. Пружинные аппараты не нашли широкого применения в вагонах из-за большой отдачи пружин и невозможности получить высокую энергоемкость в ограниченных габаритах в конструкциях вагонов. Они применяются лишь в буферных устройствах.

На российских железных дорогах с 1947 г. и до настоящего времени на ряде пассажирских вагонов еще используются поглощающие аппараты типа ЦНИИ-Н6, а с 1969 г. вновь строящиеся пассажирские вагоны оснащают резинометаллическими поглощающими аппаратами типа Р-2П. Повышенную энергоемкость имеет поглощающий аппарат Р-4П, который используют в рефрижераторном подвижном составе. С учетом удовлетворения перспективным требованиям разработан новый резинометаллический аппарат Р-5П.

Пружинно-фрикционный аппарат типа ЦНИИ-Н6 (рисунок 12) применяется в пассажирских вагонах. Он состоит из двух частей: пружинной и пружинно- фрикционной, стянутых болтом 9. Пружинно-фрикционная часть имеет шестигранную горловину 5, нажимной конус 8, три фрикционных клина 7, нажимную шайбу б, наружную 11 и внутреннюю 10 пружины.

Рисунок 12. Поглощающий аппарат типа ЦНИИ-Н6.

 

Пружинная часть состоит из основания 1, центральной пружины 13, четырех угловых длинных 3 и четырех коротких 2 пружин, одетых на концы цилиндрических упорных стержней 4, имеющих в средней части утолщение. Короткие пружины 2 размещаются в угловых нишах основания 1, а длинные 3, взаимозаменяемые с внутренней пружиной 10, в нишах горловины 5.

При воздействии силы, соответствующей точке А диаграммы (рисунок 12, б), вступает в работу пружинная часть: сжимаются центральная 75 и четыре длинных угловых пружины 3, обладающие меньшей жесткостью по сравнению с короткими пружинами 2.

При сближении горловины 5 с корпусом 1 и сжатии пружин 13 и 3 на 23 мм цилиндрические угловые приливы 12 продвинутся на величину а. Торцы приливов 12 коснутся упорных стержней 4, которые начнут продвигаться в сторону основания 1, сжимая своими буртами короткие угловые пружины 2.Дальнейшее сжатие аппарата продолжается до соприкосновения горловины 5 с основанием 1, что соответствует точке В' на диаграмме. До этого момента уже вступает в действие пружинно-фрикционная часть, имеющая большую жесткость по сравнению с пружинной частью аппарата. Таким образом, обеспечивается плавный переход от работы пружинной к пружинно-фрикционной части. Сжатие аппарата заканчивается при его полном ходе и достижении конечного сопротивления, соответствующего точке В на диаграмме. Отдача аппарата происходит по ломаной линии ВСЕ. Площадь диаграммы OABD соответствует энергоемкости аппарата, ЕАВС — необратимо поглощенной энергии.

Поглощающий аппарат Р-2П (рисунок 13) (Р — резиновый, П — пассажирский) взаимозаменяем с аппаратом ЦНИИ-Н6. Этот аппарат отличается простотой конструкции и повышенной надежностью в эксплуатации, хорошей стабильностью работы, более высокой энергоемкостью при меньшей массе по сравнению с пружинно-фрикционными аппаратами.

Рисунок 13. Поглощающий аппарат Р-2П.

В передней части корпуса 1 (рисунок 13, а), имеющего форму хомута, установлена нажимная плита 4, опирающаяся на пакет из девяти секций резинометаллических элементов 3, разделенных на две части промежуточной плитой 2. Каждая секция резинометаллического элемента 3 состоит из двух металлических пластин, между которыми расположен слой морозостойкой резины, соединенной с пластинами методом горячей вулканизации. Слой резины по периметру имеет параболическую выемку, что обеспечивает деформацию резины без выжимания за пределы пластин при полном сжатии аппарата. Для предотвращения поперечного смещения резинометаллических элементов на днище корпуса 1, нажимной 4 и промежуточной 2 плитах, а также на стальных пластинах секций 3 имеются выступы и соответствующие им впадины 5. Предварительная затяжка аппарата обеспечивается за счет того, что высота пакетов резино-металлических элементов в свободном состоянии вместе с промежуточной плитой превышает на 13,5 мм расстояние от нажимной плиты 4 до днища корпуса 1.

Анализ работы поглощающего аппарата Р-2П показывает (рисунок 13, б), что в зависимости от увеличения скорости соударения повышается его жесткость — кривая нагружения становится круче (на диаграмме цифрами 4, 6, 8 указаны скорости соударения вагонов в км/ч). Заштрихованная площадь диаграммы получена при сжатии аппарата под прессом и представляет собой необратимо поглощенную энергию. Как следует из анализа диаграммы, положительным качеством аппарата с резинометаллическими элементами является то, что в конце

не наблюдается перепадов сил, как это имеет место в пружинно-фрикционных аппаратах. Следовательно, подобные типы аппаратов обеспечивают лучшую плавность движения вагонов в поездах и за счет наличия резиновых элементов снижают уровень шума.

В поглощающем аппарате Р-4П резинометаллические элементы подобны элементам, применяемым в аппарате Р-2П. Отличие лишь в толщине, которая составляет 24,2 мм вместо 41,5 у аппарата Р-2П. Силовая характеристика поглощающего аппарата Р-4П аналогична рассмотренной выше. Аппарат Р-4П рекомендован для рефрижераторных вагонов.

Поглощающий аппарат Р-5П разработан для перспективных условий эксплуатации пассажирских вагонов. Отличие от аппарата Р-2П в том, что поперечные размеры резинометаллических элементов увеличены, а их толщина уменьшена до 33 мм вместо 41 мм. Установочные размеры аппарата полностью сохранены.

В комплекс межвагонных связей пассажирских вагонов входят поглощающий аппарат и упругая площадка, от конструкции и параметров которых зависит комфортабельность подвижного состава. Поэтому к межвагонным связям и, в частности, к поглощающим аппаратам для пассажирских вагонов предъявляются особые требования.

Основные параметры поглощающих аппаратов пассажирских вагонов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры поглощающих аппаратов пассажирских вагонов

 

Переходные площадки

В вагонах встречается три типа упругих площадок:

- с листовой рессорой и гармоникой,

- с подвижной рамой

- с резиновыми суфле.

Упругая площадка с листовой рессорой и боковыми буферами имеет вертикальную раму, которая вверху соединена с хомутом листовой рессоры, а внизу с помощью штырей — с буферными тарелками.

Рессора ушками соединена с вертикальными стойками кронштейнов, укрепленных на торцовой стене вагона. Вверху рамы есть наделка, а внизу размещены откидные мостики-фартуки.

Между рамой и стеной вагона расположена гармоника.

Рисунок 14. Боковой буфер упругой площадки

 

Боковой буфер упругой площадки это полый стержень 1, внутри которого установлена шайба 2 с горловиной для упора и центрирования внутренней пружины 3.

Другим концом пружина 3 упирается в дно стакана 4, который своим буртиком опирается на наружную пружину 5, надетую на патрубок поддона 9, связанного с буферным стаканом 6 двумя болтами 8 с гайками.

Стержень 1 запирается в стакане двумя продольными клиньями 7.

Буферный комплект крепится четырьмя болтами к концевой балке рамы.

Вначале сжатия сопротивление буфера незначительное и увеличивается медленно, так как обе пружины работают последовательно:

- вначале сжимается более гибкая внутренняя пружина 3,

- когда в буртик стакана 4 упрется шайба 2 (при ходе ПО мм), сопротивление буфера резко возрастает, так как начинает сжиматься большая пружина 5, имеющая повышенную жесткость.

При сцепленных вагонах верхняя рессора обеспечивает взаимное прижатие наделок, вызывая дополнительное трение при вертикальных и горизонтальных смещениях упругих площадок, что приводит к более спокойному ходу вагонов.

Облегченная упругая площадка отличается от рассмотренной выше тем, что в ней вместо буферного комплекта установлены шпинтоны, а вместо переходной гармоники — подвижная рама, перемещающаяся относительно направляющих вдоль оси кузова вагона при сжатии шпинтонов.

Рама сверху удерживается трехлистовой рессорой.

Рисунок 15. Резиновые уплотнения специального замкнутого профиля (суфле).

 

Упругая площадка с резиновым уплотнением без верхней рессоры устанавливается на вагонах новой постройки.

Вместо переходной гармоники или рамки в конструкции этой площадки применены резиновые уплотнения 1 специального замкнутого профиля (суфле), закрепленные на нижней части соединительной планки 2, связывающей шпинтоны 3, а вверху - на подвижной рамке 4 кузова вагона.

Плотность переходного соединения обеспечивается за счет упругости резиновых уплотнений.

 

Ходовые части

Ходовые части (тележки) являются наиболее ответственными узлами, которые должны обеспечивать безопасность движения вагона по рельсовому пути с необходимой плавностью хода (наименьшее динамическое воздействие на перевозимый груз и на элементы пути) и наименьшим сопротивлением движению.

В них объединяют­ся рамой две или три колесные пары с буксами, система рессорного подвешивания и части тормозной рычажной передачи. Применение те­лежек обусловлено параметрами и конструкцией вагона и в первую очередь необходимостью создания многоосных и длиннобазных ваго­нов. Тележки обычно располагаются по концам вагона. Они могут свободно поворачиваться относительно кузова благодаря наличию на раме вагона пятника и на тележке подпятника, соединенных между собой шкворнем. В связи с этим тележечные вагоны лучше вписыва­ются в кривые участки пути, особенно с малыми радиусами, и оказы­вают меньшее сопротивление движению. Кроме того, на тележках можно устанавливать последовательно соединенные группы пружин и рессор в сочетании с различного рода гасителями колебаний и устрой­ствами для смягчения вертикальных и горизонтальных толчков, что обеспечивает более плавный ход вагона.

Тележки пассажирских вагонов по конструкции разнообразны, они имеют раму, колесные пары с буксами, рессорное подвешива­ние, надрессорные и подрессорные балки и тормозное оборудование. Тележки в основном двухосные с двойным рессорным подвешиванием (надбуксовое и центральное). Поскольку центральное подвешивание, размещенное в люлечном устройстве, работает последовательно с надбуксовым, обеспечивается большая общая гибкость. В тележках с тройным подвешиванием надбуксовое подвешивание выполняется двойным в виде комбинации листовой рессоры с цилиндрическими пру­жинами.

Непрерывное совершенствование конструкций тележек, вызван­ное

повышением скорости движения, позволило значительно улучшить их ходовые качества. Вместо эллиптических рессор в центральном под­вешивании применены цилиндрические пружины, а для гашения коле­баний в центральном подвешивании установлены гидравлические га­сители колебаний. В надбуксовом подвешивании применены фрикци­онные гасители колебаний.

Отличительной особенностью современных пассажирских тележек является то, что рама опирается на бесчелюстные буксы через упру­гие элементы, а буксовые направляющие отсутствуют. Функции на­правляющих выполняют сами упругие элементы, обладающие доста­точной жесткостью: в горизонтальной плоскости.

Конструкции рам тележек изменялись в направлении повышения прочности и долговечности, а также упрощения их обслуживания и ремонта.

Конструкция тележки

В данном вагоне используется тележка КВЗ-ЦНИИ-1. Она (рисунок 16) является типовой и предназ­начена для подкатки под цельнометаллические пассажирские вагоны, год начала ее постройки 1963 и по сей день она существует почти, что в первоначальном облике с незначительными изменениями. Тележка состоит из двух колесных пар 2 типа РУ-950, рамы 1, четы­рех буксовых узлов 7, тормозного устройства и двойного рессорного подвешивания — надбуксового 8 с фрикционными гасителями колеба­ний и центрального 6 с шарнирно-маятниковой люлькой 4 и гидравли­ческими гасителями колебаний 10.

Нагрузка от кузова вагона передается на боковые горизонталь­ные скользуны 5 надрессорной балки 9, поэтому между подпятником и пятником кузова имеется зазор 9 мм. Надрессорная балка связана с рамой тележки двумя поводками 3, которые удерживают ее от горизонтальных перемещений, что улучшает плавность хода вагона. Кроме того, это устройство позволяет отказаться от боковых вертикальных скользунов на тележке. Соединение подпятника тележки с пятником рамы осуществляется через замковый шкворень.

 

 

Рисунок 16. Тележка КВЗ-ЦНИИ тип 1:

1-рама;2-колесная пара;3-поводок;4-шарнирно-маятниковая люлька;5-боковые горизонталь­ные скользуны;6-фрикционными гасителями колеба­ний;7-буксовый узел;8-надбуксовые фрикционные гасители колеба­ний;9-надрессорной балки; 10-гидравли­ческие гасители колебаний

Рама тележки сварная Н-образной формы (рисунок 17). Она имеет две боковые продольные балки, сваренные из швеллеров № 20, две средние поперечные 2,

четыре укороченные концевые поперечные 4 и четыре вспомогательные продольные балки 3, предназначенные для крепления тормозной рычажной передачи. Элементы рамы изготавливают из стали СтЗсп или 09Г2Д.

Рисунок 17. Рама тележки

 

В средней части продольных балок имеются усиления из приваренных листов толщиной 14 мм. По концам продольных балок рамы приварены планки 5, служащие для крепления шпинтонов, а посередине — кронштейны 9 для крепления гасителей колебаний и вертикальные скользуны 8 для ограничения поперечного перемещения надрессорной балки.

В каждой продольной балке рамы сделано по четыре вертикальных отверстия. Два отверстия 10 предназначены для установки подвесок люльки, а два других 11 - для установки предохранительных болтов центрального подвешивания. Эти отверстия усилены накладками, ребрами и обечайками.

Для центрирования шпинтонов при их установке снизу к продольным балкам приварены кольца 13. Средние поперечные балки 2 сварные коробчатого сечения. Каждая балка сварена из двух вертикальных и двух горизонтальных листов толщиной 10 мм. В этих балках сделаны отверстия 12 для крепления предохранительных скоб надрессорной балки. Места крепления скоб усилены ребрами жесткости и шайбами.

Средние вспомогательные продольные 3 и концевые поперечные 4 балки

отштампованы из листов толщиной 14 мм корытообразного профиля. У продольных балок этот профиль открытый, а в поперечных закрыт приваренной планкой толщиной 8 мм.

Для подвешивания деталей тормозной рычажной передачи к средним 2 и четырем укороченным балкам 4 из листовой стали приварены кронштейны 6. В отверстия этих кронштейнов вварены втулки. Продольное перемещение надрессорной балки ограничивается вертикальными скользунами 7, приваренными к средним поперечным балкам 2.

Надрессорная балка тележки стальная сварной конструкции: средняя часть ее сделана из листов толщиной 100 мм, а концевые части – из листов толщиной 16 мм. К балке приварены коробки опорных (горизонтальных) скользунов, а также вертикальные скользуны, соприкасающиеся со скользунами на средних поперечных балках рамы тележки. К надрессорной бал­ке приварены также кронштейны для направляющих поводков и кронштейны для крепления гасителей колебаний.

Надрессорная балка воспринимает нагрузку от кузова вагона через горизонтальные скользуны. Подпятник воспринимает горизон­тальные усилия и служит направляющей при посадке кузова на - те­лежки. Перемещение балки ограничивается жесткостью пружинного комплекта, возвращающими усилиями люльки и поводком, который связывает балку с рамой тележки. Для предотвраще­ния падения надрессорной балки имеется предохранительная скоба.

На рисунке 18 показано устройство опоры кузова вагона на скользу­ны тележки. Коробка скользуна цент­рируется на балке штырем 5 и крепится болтами 6. Скользун 2 дела­ется размером 160X290X40 мм.

 

Рисунок 18. Устройство опоры кузова вагона на скользу­ны тележки:

1-скользун кузова;2-скользун тележки;3-коробка скользуна;4-резиновая пластинка;5-штырь;6-передняя стенка надрессорной балки;7-угольник надрессорной балки;8-болт

На верхней плоскости его имеются две кольцевые выточки для смазки. В коробку под скользун кладутся ре­зиновая пластинка для амортизации и поглощения шума и металли­ческие прокладки для регулирования зазоров между скользунами те­лежки и кузова.

Пятник рамы вагона соединяется с подпятником замковым шкворнем, состоящим из двух полушквор­ней и замковой планки. Шкворень обеспе­чивает прочную связь кузова и тележки, а также позволяет быстро разъединить их, разобрав шкворне­вое соединение путем извлечения сначала замковой планки, а затем обоих полушкворней.

Рама опирается на колесные пары через буксовую ступень рессорного подвешивания (рисунок 19). Каждый комплект подвешивания, расположенный на одной буксе 15, включает в себя два шпинтона 2, пружины 3 упругих элементов, два комплекта. Фрикционных гасителей колебаний. В комплект гасителя входят: шпинтонная втулка 13, шесть фрикционных клиньев 14 - верхнее и нижнее опорные кольца 10 и внутренняя пружина 4.

Рисунок 19. Буксовая ступень рессорного подвешивания

 

Упругие элементы подвешивания совместно с гасителями колебаний амортизируют толчки, уменьшают динамические силы и повышают плавность хода вагона. Принцип действия гасителя колебаний основан на возникновении сил трения между фрикционными клиньями 14 и втулкой 13 при их взаимных смещениях во время колебания рамы 1 относительно буксы 15. Сила прижатия клиньев к втулке определяется жесткостью пружины 4 и углом наклона опорных поверхностей колец 10 и клиньев 14. На нарезную часть шпинтона навертывается корончатая гайка И, под которую ставится тарельчатая пружина 12, предназначенная для фиксации шпинтонной втулки 13.

Для уменьшения высокочастотных колебаний рамы и снижения шума внутри вагона под каждую из пружин 3 ставят по две резиновые прокладки 7 и 9, защищаемые от истирания металлическими кольцами 5 и 8. Причем кольцо 8 сварено заодно целое с кожухом 6.

Упругая связь колесной пары с рамой тележки в горизонтальной (продольном и поперечном направлениях) плоскости обеспечивается горизонтальной жесткостью пружин подвешивания и шпинтонами.

Центральное подвешивание люлечное (рисунок 20). Оно включает надрессорную балку 15, (два комплекта трехрядных пружин 13, тяги 3, серьги 4, поддоны 12, продольные поводки и гидравлические гасители колебаний 7. Благодаря шарнирному опиранию тяг 3 на продольные балки рамы люлька может отклоняться поперек вагона. Наличие же радиальных выточек на валиках 2 тяг — подвесок позволяет люльке также поворачиваться и вдоль вагона. Пружины на поддон опираются через прокладки 10. От падения на путь поддона в случае обрыва тяг 3 предупреждают предохранительные болты 9. Болты Т-образными головками через резиновую шайбу 6 опираются на продольные балки рамы. Снизу на болты навернуты гайки 11.Гасители колебаний 7 нижними концами крепятся к кронштейнам 8 надрессорной балки, а верхними — к кронштейнам 5 рамы тележки. От падения надрессорная балка 15 при обрыве подвесок предохраняется скобами 14. Для предотвращения перекоса надрессорных балок при прохождении вагоном кривых участков пути она связана с рамой тележки продольным поводком 1.

Рисунок 20. Центральная ступень рессорного подвешивания

 

Колебания кузова в вертикальной и горизонтальной плоскостях гасятся гидравлическими гасителями, установленными под углом 35—45°.

Гидравлические гасители колебаний, устанавливаемые в центральном подвешивании тележек, способствуют обеспечению необходимой плавности хода вагонов, снижают воздействие подвижного состава на железнодорожный путь, уменьшают износ деталей тележки, способствуют безопасности движения.

Гидравлический гаситель колебаний (рисунок 21) представляет собой поршневой телескопический демпфер двухстороннего действия, развивает усилия сопротивления на ходах сжатия и растяжения.

Гаситель состоит из цилиндра, в котором перемещается шток с поршнем и клапаном. В нижнюю часть цилиндра запрессован корпус с клапаном, а в верхнюю вставлен шток, который уплотнен направляющей буксой и сальниковым устройством, состоящим из обоймы и каркасной манжеты. Гайка фиксирует положение деталей гасителя и одновременно через обойму разжимает резиновое кольцо, которое уплотняет корпус гасителя. К тележке гаситель крепится через верхнюю и нижнюю головки. На верхней головке болтами крепится защитный кожух. Стопорение штока с верхней головкой осуществляется винтом.

Рисунок 21. Гидравлический гаситель

Принцип действия этих гасителей заключается в последовательном перемещении вязкой жидкости поршнем через узкие (дроссельные) каналы и всасывании её обратно через клапан одностороннего действия. При прохождении жидкости через дроссельные каналы возникает вязкое трение, в результате чего механическая энергия колебательного движения вагона превращается в тепловую, которая затем рассеивается.

Работу гасителя рассмотрим на примере его принципиальной схемы

(рисунок 22).

Рисунок 22. Принципиальная схема гидравлического гасителя

 

При движении поршня 6 вниз (ход сжатия) верхний клапан 7 приподнимается, и жидкость из-под поршневой полости цилиндра перетекает в надпоршневую. Однако вследствие движения штока 1 давление в полости рабочего цилиндра 3 повышается и часть жидкости с большим гидравлическим сопротивлением перетекает через дроссельные отверстия нижнего клапана 8 в резервуар 5.

При движении поршня 6 вверх (ход растяжения) верхний клапан 7 закрывается, давление жидкости в надпоршневой зоне полости цилиндра 3 повышается, и жидкость с большим гидравлическим сопротивлением перетекает через дроссельные каналы верхнего клапана 7 в надпоршневую полость. Одновременно в этой полости наступает разряжение, так как объём перетекающей в неё из надпоршневой полости жидкости меньше объёма надпоршневой полости. Вследствие этого нижний клапан 8 поднимается и часть жидкости засасывается в подпоршневую зону из резервуара 5, заполняя освобождённое штоком 1

пространство. Резервуар 5 гасителя колебаний служит не только ёмкостью для жидкости, вытесняемой штоком 1 из цилиндра 3, но и сборником жидкости, просачивающейся через кольцевой зазор между направляющей втулкой 2 и

штоком 1.

Рабочей жидкостью для гидравлических гасителей колебаний вагонных тележек служат веретённое, приборное и трансформаторное масла, а также другие специальные жидкости. На отечественных дорогах гидравлические гасители заливают приборным маслом (ГОСТ 1805–76).

Силовая характеристика гидравлического гасителя представлена на

рисунке 23. Площадь фигуры, представленной на этом рисунке, является работой гасителя за один цикл нагружения. По оси ординат откладывают силу нагружения гасителя, по оси абсцисс - ход, то есть удлинение или укорачивание.

Рисунок 23. Силовая характеристика гидравлического

гасителя колебаний

 

Опыт эксплуатации показал, что тележки КВЗ-ЦНИИ благодаря конструктивным улучшениям (опиранию кузова на скользуны и увеличенному статическому прогибу) обеспечивают необходимую плавность хода вагона при скорости движения 44— 50 м/сек (160—180 км/ч).

Колёсные пары

Колесные пары являются важнейшими частями ваго­на. Они предназначены для направления движения вагона по рельсовому пути и восприятия всех нагрузок, передающихся от вагона на рельсы при их вращении. Работая в сложных условиях, колесные пары должны обеспечивать высокую надежность, так как от них во многом зависит безопасность движения поездов. Поэтому к колесным парам предъявляются особые, повышенные требования Госстандартами,

Правилами технической эксплуатации железных дорог, Инструкцией по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию вагонных колесных пар, а также другими нормативными документами при проектировании, изготовлении и содержании в эксплуатации. Конструкция и техническое состояние колесных пар оказывают влияние на плавность хода, величину сил, возникающих при взаимодействии вагона и пути, и сопротивление движению.

Работая в современных режимах эксплуатации железных дорог и экстремальных условиях окружающей среды, колесная пара вагона должна удовлетворять следующим основным требованиям: обладать достаточной прочностью, имея при этом минимальную необрессоренную массу (с целью снижения тары подвижного состава и уменьшения непосредственного воздействия на рельсовый путь и элементы вагона при прохождении неровностей рельсовой колеи); обладать некоторой упругостью, обеспечивающей снижение уровня шума и смягчение толчков, возникающих при движении вагона по рельсовому пути; совместно с буксовыми узлами обеспечивать возможно меньшее сопротивление при движении вагона и возможно большее сопротивление износу элементов, подвергающихся изнашиванию в эксплуатации.

Колесная пара (рисунок 24) состоит из оси 6 и двух напрес­сованных на ее подступичные части 5 цельнокатаных ко­лес, состоящих из ступицы 9, обода 10 и диска 11. Процесс сборки колесной пары из оси и колес называется формированием: с помощью прессовой посадки колесо в холод­ном состоянии под большим давлением насаживают сту­пицей на подступичную часть вагонной оси. Для получе­ния прочного соединения диаметр подступичной части оси должен быть несколько больше диаметра отверстия в ступице. Разность этих диаметров, за счет которой со­здается после сборки неподвижное соединение, назы­вается натягом. Поверхность 8 колеса, соприкасающаяся с рельсом, называется поверхностью катания. Профиль поверхности катания соответствует профилю головки рельса. Его форма и размеры обеспечивают наиболее ра­циональное взаимодействие колеса с рельсом. У внут­реннего края обода колеса имеется гребень 7, предохра­няющий колесную пару от схода с рельсов. Ось с каждой стороны имеет шейку 3 на которой размещены ролико­вые подшипники. Резьба 1 на концах оси служит для на­винчивания корончатой гайки, а пазы 2 и два отверстия на торцах—для размещения и крепления болтами сто­порной планки. Предподступичная часть 4 оси является переходной от шейки к подступичной части.

 

Рисунок 24. Колесная пара:

1-резьба;2-паз;3-шейка;4-предподступичная часть оси;5-подступичная часть;

6-ось;7-гребень;8-поверхность колеса;9-ступица;10-обод;11-диск

 

Тип колесной пары определяется типом оси и диаметром колес, а также конструкцией подшипника и способом крепления его на оси (таблица 2). Типы вагонных осей различают по размерам и форме шейки — для роликовых подшипников качения и подшипников скольжения. Размеры оси устанавливают в зависимости от величины расчетной нагрузки, воспринимаемой ею при эксплуатации.

Таблица 2. Типы колёсных пар вагонов

Расстояние между внутренними гранями колес у не­нагруженной колесной пары должно быть 1440 мм. У ва­гонов, обращающихся в поездах со скоростью 121—140 км/ч, допускаются отклонения в сторону увеличения не более 3 мм и в сторону уменьшения — не более 1 мм, при скоростях до 120 км/ч — в сторону увеличения и умень­шения не более 3 мм.

По конструкции вагонные колеса можно разделить на: безбандажные (цельные); бандажные (составные, состоящие из колесного центра, бандажа и предохранительного кольца); упругие, имеющие между бандажом и колесным центром упругий элемент; раздвижные на оси, вращающиеся на оси колеса. По способу изготовления колеса делятся на катаные и литые. В зависимости от размеров диаметра, измеренного в плоскости круга катания, — 950 и 1050 мм.

В эксплуатации колеса, перекатываясь по рельсовому пути и передавая ему значительные статические и динамические нагрузки через небольшую площадку, работают в сложных условиях окружающей среды. Одновременно с этим в процессе торможения между колесами и колодками, а также в контакте с рельсами возникают силы трения, вызывающие нагрев и износ обода, что способствует образованию в нем ряда дефектов. Удары на стыках могут вызывать появление трещин и отколов в ободе колес. В этой связи от их исправного состояния во многом зависит безопасность движения поездов.

Учитывая сложные условия работы и повышение надежности в эксплуатации, поверхность катания колеса должна обладать высокой прочностью, ударной вязкостью и износостойкостью, а металл диска и ступицы, удерживающихся на оси силами упругости, необходимой вязкостью. Этим требованиям удовлетворяют составные колеса, в которых бандаж можно изготовлять из стали повышенной прочности и твердости, а колесный центр — из более вязкой и дешевой стали. Кроме того, при достижении предельного износа или появлении другого повреждения в эксплуатации бандаж можно заменить без смены колесного центра.

Однако в современных условиях эксплуатации железных дорог из-за существенных недостатков по прочности и надежности, значительной трудоемкости формирования колесной пары и повышенной массы бандажные колеса в нашей стране были заменены безбандажными. Причем наиболее совершенными и надежными в эксплуатации признаны стальные цельнокатаные. Конструкция, размеры и технология изготовления колес определяются Гос. стандартами.

Стальное цельнокатаное колесо (рисунок 25) состоит из обода 7, диска 2 и ступицы 3. Рабочая часть колеса представляет собой поверхность катания 4. Номинальный размер ширины обода составляет 130 мм. На расстоянии 70 мм от внутренней грани а обода, являющейся базовой, расположен воображаемый круг катания, используемый для измерения специальными инструментами диаметра колеса, толщины обода и проката. Противоположная грань б называется наружной. Ступица 3 с ободом 1 объединены диском 2, расположенным под некоторым углом к плоскости круга катания, что придает колесу упругость и способствует снижению уровня динамических сил во время движения вагона. Ступица служит для посадки колеса на подступичной части оси. Поверхность катания 4 обрабатывается по стандартному профилю.

Рисунок 25. Стальное цельнокатаное колесо

Стандартный профиль поверхности катания (рисунок 26) имеет конусность рабочей части 1:10, которая обеспечивает центрирование колесной пары при ее движении на прямом участке пути и предотвращает образование неравномерного износа по ширине обода колеса, а также улучшает прохождение кривых участков пути. Вместе с тем, конусность 1:10 создает условия для появления извилистого движения, что неблагоприятно влияет на плавность хода вагона.

Рисунок 26. Профиль поверхности катания колёс для

пассажирских и грузовых вагонов

 

В процессе изготовления колес на наружной грани обода в горячем состоянии наносят знаки и клейма (рисунок 27).

Рисунок 27. Знаки и клейма на наружной грани обода колеса

Буксовый узел

Буксы являются важнейшими элементами ходовых частей вагона, от надежности которых во многом зависит безопасность движения поездов. Буксы располагаются на шейках оси и преобразуют вращательное движение колесных пар, обеспечивая продвижение вагона с необходимыми скоростями. Буксы воспринимают и передают колесным парам силы тяжести груженого кузова, а также динамические нагрузки, возникающие при движении вагона. Буксы предохраняют шейки оси от загрязнения и повреждения, являясь резервуаром для смазки и местом размещения подшипников, они ограничивают продольные и поперечные перемещения колесных пар относительно рамы тележки.

Работая в таких сложных условиях нагружения и изменяющихся

температурных и погодных условий окружающей среды, буксы должны обеспечивать минимальное сопротивление вращению колесных пар, высокую надежность и безопасность движения вагона. Поэтому к их конструкции, техническому обслуживанию и ремонту предъявляют высокие требования, в особенности при повышении скорости движения поездов и росте нагрузок от колесных пар вагонов.

В практике вагоностроения получило распространение большое количество типов и конструкций букс, которые можно объединить в отдельные группы. В зависимости от типа вагона их подразделяют на буксы грузовых и пассажирских вагонов, предназначенных для обычных, скоростных и высокоскоростных поездов. По типу подшипников их подразделяют на буксы с подшипниками качения и с подшипниками скольжения. По способу посадки внутреннего кольца роликового подшипника на шейку оси применяют буксы на горячей и на втулочной посадке. По типу торцевого крепления внутреннего кольца подшипника на шейке оси — с креплением гайкой или шайбой, а некоторые из них оснащаются упругими элементами. По количеству роликовых подшипников на шейке применяют буксы с одним или двумя роликовыми, а для скоростных и высокоскоростных вагонов с дополнительным упорным шариковым подшипниками. Существуют буксы с корпусом и бескорпусные, кассетного типа с коническими подшипниками, а также буксы с упругими элементами, смягчающими удары и поглощающими шумовые колебания.

С 1960 г. все пассажирские, а с 1983 г. все грузовые вагоны выпускают только на роликовых подшипниках.

Основными требованиями, предъявляемыми к буксам, являются: обеспечение надежности, безотказности и долговечности работы в экстремальных условиях эксплуатации в течение установленного срока службы; простота выполнения операций по монтажу и демонтажу буксовых узлов при ремонте; надежная герметизация буксового узла от попадания пыли и влаги; обеспечение взаимозаменяемости и унификации деталей и