Конструктивные элементы и параметры экипажа

 

Экипажная часть локомотива (экипаж локомотива) — часть конструкции тяговой железнодорожной единицы (локомотива), обеспечивающая её движение в рельсовой колее, представляет собой повозку с колёсными парами, в которой располагается необходимое энергетическое и вспомогательное оборудование. Экипажная часть является основой локомотива, непосредственно обеспечивающей движение. К экипажной части тепловоза относятся кузов, главная рама, автосцепное устройство, тележки, рессорное подвешивание и др.

Кузов. Всё силовое и вспомогательное оборудование тепловоза скомпоновано в лёгком и прочном кузове, в котором распологается также кабина управления, и проход в торцевую часть во вторую секцию. Съёмные секции крыши расположены в них фильтрами воздуха позволяют свободно производить выемку из кузова основного силового оборудования.

Просторная светлая кабина, высокая и эффективная термоизоляция и её наличие разделительных тамбуров создают благоприятное условие для работы локомотивной бригады. Переднее окно кабины с широкими, безосколочными стёклами, обеспечивают хорошую видимость пути. [2]

Рис. 4. Кузов тепловоза: 1 — кабина машиниста; 2 — проставка, 3, 8, 9, 10 — крышки люков; 4 — дверь; 5 — кузов над дизель-генератором; 6 — холодильная камера; 7 — тамбур переходной; 11 — угольник; 12, 15 — облицовочные листы; 13 — обносной швеллер рамы; 14 — болт; 16 — прокладка; 17 — лента; 18—лист внутренней обшивы; 19— шуруп самонарезаюший; 20, 24 — болтовые соединения; 21 — зиг продольный; 22—шайба регулировочная; 23—прокладка парусиновая; 25 — лист наружной обшивы; 26 — планка; 27—планка облицовочная; 28 — угольник; 29 —облицовка

 

 

Кузов представляет собой каркас, сваренный из стальных гнутых и катаных профилей (уголков, швеллеров и др.), обшитый снаружи приварными стальными листами 25 толщиной 1,5—2,5 мм, а внутри съемными стальными листами 18 толщиной 1 мм, которые прикреплены к каркасу кузова самонарезающими шурупами 19. Для наиболее удобного демонтажа и монтажа дизель-генератора при установленном кузове верхняя часть его, включая крышу и часть боковых стенок, выполнена съёмной. Горизонтальный разъём боковых стенок расположен на высоте 1010 мм от рамы тепловоза. Съёмная часть кузова прикреплена болтовыми соединениями 20. В крыше кузова предусмотрены люки, закрытые снаружи крышками люков 8, 10 и др. Между крышками люков 8, 10 балочки съёмные, поэтому общий проем в крыше обеспечивает демонтаж и монтаж дизель-генератора через крышу. В крышках 8 а 10 имеются четыре люка с крышками 9, открывающимися из дизельного помещения, для демонтажа аккумуляторных батарей. Люки снизу оборудованы съёмными решётками, не допускающими выход обслуживающего персонала на крышу. Решётки снимаются при ремонтах для монтажных и демонтажных работ. На крыше проставки имеется люк для выемки компрессора и других агрегатов, на крышке 3 которого подвешен резервуар противопожарной установки и установлен вентилятор для кузова. На крыше перед холодильной камерой имеется люк для выемки теплообменника и другого оборудования, расположенного в этом районе кузова. Крышки люков оборудованы резиновыми уплотнениями, которые после затяжки болтов обеспечивают плотность. Герметичность крыши и плотность по люкам проверяются дождеванием (поливом воды), протекание воды не допускается.

Для естественного освещения оборудования внутри тепловоза в стенках кузова и в дверях предусмотрены окна, застеклённые плоским закалённым стеклом толщиной 5 мм, уплотненным по контуру резиновой окантовкой. По два окна на правой и левой стенках кузова выполнены откидными на шарнирах.

  Главная рама. На современных отечественных магистральных тепловозах применяют два основных типа конструкций кузовов: с несущей рамой и цельнонесущие. На тепловозе ТЭЮМ предусмотрена рама (рис. 5) несущей конструкции. Для крайней и средней секций тепловоза рамы аналогичны по конструкции и отличаются только: формой (ДЛЯ 3ТЭ10м) передней части (для крайней секции она выполнена по наружному очертанию кабины, т. е. овальной формы, а для средней — по наружному очертанию тамбура, т. е. прямоугольной формы, как показано на рисунке, узел), установкой дополнительного балласта на средней секции, а также некоторыми вырезами в раме, связанными с изменением трубопроводов в тамбуре. Рама служит для установки дизель-генератора, вспомогательного оборудования, кузова и топливного бака, а также для передачи на автосцепку от шкворней рамы тягового усилия, развиваемого тяговыми электродвигателями, восприятия ударных нагрузок при толчках и сжимающих усилий при торможении. Рама тепловоза сварной конструкции. Её каркас состоит из двух хребтовых балок 15, выполненных из двутавра 45Б2 ТУ14.2.24-72, усиленных полосами 14 толщиной 18 мм, приваренными к нижней и верхней полкам двутавра, обносного швеллера 16 (№ 16П ГОСТ 8240—72) и ряда поперечных креплений. По торцам хребтовые балки связаны стяжными ящиками 8. Задний и передний стяжные ящики одинаковы по конструкции и представляют собой фасонные отливки, приспособленные не только для связи хребтовых балок, но и для размещения в их внутренних полостях ударно-тяговых приборов 1. В отличие от заднего стяжного ящика на переднем снизу приварены два кронштейна 20 для крепления путеочистителя.

Рис. 5 Рама тепловоза: 1 — ударно-тяговые приборы, 2, 3—балласты, 4—кронштейн для подъема на домкратах, 5—кронштейн для крепления топливного бака^ 6— ящик для аккумуляторов, 7 — желоб, 8 — стяжной ящик, 9 — кондуиты, 10— каналы нагнетательные, 11 — заглушка, 12—кольцо шкворня, 13 — шкворень, 14 — полоса усиливающая, 15 — хребтовая балка, 16 — швеллер обносной, 17 — обечайка, 18 — стакан, 19 — кольцо опорное, 20 — кронштейн для крепления путеочистителя, 21 — балласт дополнительный, I—передняя часть рамы средней секции тепловоза

 

 

Для опорных поверхностей поддизельной рамы дизель-генератора на верхних поясах хребтовых балок приварены платики, обрабатываемые в одной плоскости, а снизу установлены ребра жёсткости, соединяющие верхнюю и нижнюю полки двутавра. В промежутках между балками вварены вертикальные поперечные листы-перегородки, которые имеют вырезы для прохода кондуитов 9 и нагнетательных каналов 10 охлаждения тяговых электродвигателей. Обносной швеллер соединен с хребтовыми балками приварными поперечными кронштейнами. К. наружным вертикальным поверхностям хребтовых балок в средней части рамы с правой и левой стороны приварены по два кронштейна 5, к которым подвешен топливный бак. В районах расположения крайних (передних и задних) опор снизу приварены четыре кронштейна 4 для подъёма на домкратах надтележечной части секции тепловоза. Под каждый кронштейн установлен наклонный лист толщиной 10 мм, соединяющий обносной швеллер с нижним поясом хребтовой балки, усиленный сверху двумя ребрами, образующими усиление коробчатого типа. Внутри рамы между хребтовыми балками вварены кондуиты, представляющие собой стальные трубы, внутри которых прокладывают силовые кабели и провода цепей управления тепловозом для предохранения их от механических повреждений и попадания на них масла. Между хребтовыми балками также установлены нагнетательные каналы отдельно для передней и задней тележек. Каналы выполнены прямоугольного сечения из стального листа толщиной 2 мм, они предназначены для подачи охлаждающего воздуха от вентилятора по разветвлениям к каждому тяговому электродвигателю. Сверху и снизу к раме приварены стальные настильные листы. Верхний настил установлен по всей поверхности рамы, кроме средней части между хребтовыми балками, где выполнен поддон для установки дизель-генератор а. Толщина настильных листов 4 мм, за исключением мест установки редукторов и теплообменника, где установлены более толстые листы. Снизу рама закрыта настильными листами только между хребтовыми балками. Толщина листов 8 мм, а в местах приварки шкворней 13 — 18 мм. Для стока воды и масла, попавших на настил рамы из систем дизеля, в поддоне дизеля предусмотрено два желоба 7 с патрубками для подсоединения сливных труб. В местах установки редукторов и компрессора настильные листы снизу усилены приваренными швеллерами и угольниками. В верхней части рамы приварены ящики 6 для установки аккумуляторов. Для предотвращения попадания различных загрязнений и снега под кабину машиниста и в кузов через отверстия в настиле рамы для прохода трубопроводов и кондуитов эти отверстия закрывают заделками, герметизируют. Конструкция рамы и качество ее изготовления исключают попадание в тяговые двигатели топлива и масла, просочившихся из систем дизеля.

Рама тележки. Рама тележки предназначена для размещения колесно-моторных блоков (КМБ) с рессорным подвешиванием, тормозного исполнительного оборудования, опорных устройств надтележечного строения и механизма передачи силы тяги на кузов тепловоза. При эксплуатации рама тележки, кроме статических нагрузок от массы кузова с оборудованием, силы тяги (торможения) и реакций от ТЭД, подвергается большим динамическим вертикальным и горизонтальным нагрузкам. Поэтому конструкция рамы тележки по основным элементам должна иметь на основании эксплуатации тележечных локомотивов и принятой ВНИИЖТ методике расчёта коэффициент запаса прочности не менее двух и 1,2 по пределу текучести материала при проверке ее на возможное соударение с продольным ускорением до 3g.

Рама тележки (рис. 6) сварной конструкции. Основу рамы образуют две боковины 12 и 15, жёстко связанные поперечными балками 7,8 и 10, переднее концевое крепление 14 и шкворневая балка 9. Боковина представляет собой замкнутый профиль коробчатого сечения, сварена из стальных листов толщиной: боковых 10 мм, верхнего 14 мм, нижнего 22 мм. Сверху на боковины установлены пластинки 13 опор, снизу приварены подкладки 16 под пружины, литые кронштейны 3 и 1 с трапециевидными пазами для крепления буксовых поводков и установки опор пружин. Для повышения усталостной прочности (снижения коэффициентов концентрации) к нижнему несущему листу боковины кронштейны приварены внахлестку фланцами, имеющими минимальную толщину и параболическую форму поперечных граней. Кроме того, после приварки кронштейнов зоны основания сварных швов подвергаются механическому упрочнению с помощью наклёпа. Внутри боковин установлены диафрагмы, приваренные к боковым листам для увеличения жёсткости сечения в местах примыкания поперечных балок междурамного крепления. Снаружи на вертикальные листы боковин через подкладки приварены корпуса 2 фрикционных гасителей колебаний, кронштейны 4 тормозных цилиндров. В боковинах по нейтральной оси имеются сквозные овальные отверстия, усиленные полыми вставками 6 для прохода горизонтальных рычагов рычажной передачи тормоза.

 

 Рис. 6. Рама тележки: 1, 3.4, 5 — кронштейны, 2 — корпус гасителя, 6 — полые вставки боковин; 7, 8, 10 — поперечные балки; 9 — шкворневая балка; 11 — проставочные листы, 12, 15—боковины, 13— платики опор; 14 — концевое крепление; 16 — подкладки под пружины

Колёсная пара. Колёсные пары тепловоза воспринимают и передают на рельсы массу кузова и тележек со всем оборудованием, а также собственную массу с деталями, смонтированными непосредственно на колёсных парах (неподрессоренную). При движении тепловоза каждая колёсная пара, взаимодействуя с рельсовой колеёй, воспринимает удары от неровностей пути и направляющие силы и в свою очередь сама жёстко воздействует на путь. Кроме того, колёсной парой передаётся вращающий момент тягового электродвигателя, а в месте контакта колёс с рельсами реализуется сила тяги и торможения. Значение и характер воздействия статических и динамических сил зависят от условий движения и состояния рельсового пути, конструкции и параметров ходовой экипажной части тепловоза.

От состояния колесной пары зависит безопасность движения поездов, поэтому к выбору материала, изготовлению отдельных элементов и формированию колёсной пары предъявляются особые требования. В условиях эксплуатации за состоянием колёсных пар необходим тщательный уход, своевременные осмотры и ремонт.

 

Рис 7 Колесные пары для тяговых электродвигателей а — ЭД-118А; б — ЭД-118Б,ЭД-125Б. 1 — ось, 2 — колесный центр, 3 — зубчатое колесо, 4 — бандажное кольцо, 5 — бандаж, 6 — втулка, 7 — разъемный венец колеса привода насоса, 8 — лабиринтное кольцо

 

 

 

Унифицированная колёсная пара тепловозов (ТЭ10М, 2ТЭ116, 2ТЭ10В, 2М62 с бесчелюстными тележками) представлена на рис. 7, а. Ось 1 колесной пары изготовлена из осевой стали. Механические свойства её после термообработки должны соответствовать ГОСТ 3281—81. На поверхности оси различают: буксовые шейки А для установки подшипников букс; предподступичные части Б, служащие для установки лабиринтных колец уплотнения букс подступичные части В, на которые напрессовывают колёсные центры 2 и зубчатое колесо 3; шейки Г моторно-осевых подшипников и среднюю часть Д. Все переходы с одного диаметра оси на другой выполнены плавными переходными галтелями радиусом 20—60 мм с шероховатостью <0,63 во избежание концентрации напряжений. Все наружные поверхности оси упрочняют накаткой стальными роликами, создавая в поверхностном слое высокие остаточные напряжения сжатия, которые в 1,5—2 раза повышают предел выносливости оси в зонах неподвижных посадок и делают ось менее чувствительной к концентрации напряжений. Глубина упрочненного слоя после накатки достигает 6—7 мм, поверхностная твердость металла повышается на 25—30 %. Шейки осей накатывают сферическими роликами, затем шлифуют или подвергают обработке цилиндрическим роликом для сглаживания поверхности. На концах оси выполнены: кольцевая канавка Е для установки стопорного кольца, предохраняющего внутреннее кольцо роликового буксового подшипника от сползания с шейки; проточка Ж, на которую напрессовывают кольцо подшипника типа 8320 осевого упора буксы. В торцах оси выполнены центровые отверстия, позволяющие в процессе эксплуатации производить обточку колёс для восстановления профиля бандажей колёсных пар и устанавливать вкладыш и втулки привода скоростемера (сечение С — С). На пояске торца оси между проточкой Ж и фаской центрового отверстия наносят знаки маркировки и клейма приемки колёсных пар согласно ГОСТ 11018—76.

Буксы. Буксы передают вертикальные и горизонтальные (силы тяги и торможения, поперечные от набегания на рельс) силы между рамой тележки и колёсными парами. Кроме того, буксы ограничивают продольные и поперечные перемещения колёсной пары относительно рамы тележки. Вертикальные статические нагрузки на буксы достигают 94—100 кН, а при движении тепловоза они возрастают в 1,3—1,5 раза. Одновременно на буксовые узлы действуют продольные тяговые и тормозные усилия 20—25 кН, удары колёс на стыках, вызывающие ускорения букс (7—25g), и рамные усилия до 50— 75 кН. Совокупностью этих действующих сил определяется конструкция буксового узла, которая должна обеспечить прежде всего безопасность движения, эксплуатационную долговечность подшипников не менее 2,5 млн. км пробега.

 

  Рис. 8. Буксовый узел: а — крайней колесной пары; б — осевой упор средней колесной пары; 1 — лабиринтное кольцо; 2 — стопорный болт; 3 — шайба; 4 — задняя крышка; 5, 20 — шелковые шнуры; 6 — роликоподшипник; 7— корпус буксы; 8, 9 — дистанционные кольца; 10, 12—стопорные кольца; 11 — кронштейн; 13 — упорный подшипник; 14 — амортизатор; 15 — передняя крышка; 16 — пружина; 17 — упор; 18 — контровочная проволока; 19, 22— болты; 21 — коническая пробка; 23 — поводок

 

Корпус буксы 7 (рис.8) двумя поводками 23 соединен с рамой тележки. Соединение валиков поводков с корпусом буксы и рамой тележки производится посредством клиновых соединений. Литой корпус буксы имеет также и два боковых опорных кронштейна (крыла) для установки пружин рессорного подвешивания тележки и восприятия вертикальной нагрузки.

В корпусе буксы 7 в пространстве между задней крышкой 4 и передней 15 размещен блок из двух роликовых подшипников 30-32532 Л1М (160Х290Х Х80 мм) с дистанционными кольцами 8 и 9 между ними. Для повышения срока службы подшипники устанавливают в одном буксовом узле с разностью радиальных зазоров не более 0,03 мм. Кроме того, потолок корпуса буксы выполнен в виде свода переменного сечения увеличенной толщины в верхней части, что даёт не только более равномерное распределение нагрузки между роликами, но и увеличение числа роликов, находящихся в рабочей зоне.

На предподступичную часть оси до упора в галтель надевают с натягом лабиринтное кольцо 1. Температура нагрева кольца 120—150 °С. Лабиринтное кольцо образует с задней крышкой 4 четырёхкамерное лабиринтное уплотнение буксы. Внутренние кольца подшипников имеют натяг 0,035— 0,065 мм и насаживаются на шейку оси вместе с дистанционным кольцом 9, нагретым в масле индустриальном до температуры 100—120 °С. Для предотвращения сползания с шейки оси внутренних колец роликоподшипников в случае ослабления их посадки на оси установлено стопорное кольцо 10.

Опоры и возвращающие устройства. Опорно-возвращающее устройство тепловоза воспринимает массу всего надтележечного строения, обеспечивает устойчивое положение тележки под тепловозом при его движении, а также плавное вписывание в кривые и создание необходимых усилий, возвращающих кузов тепловоза в первоначальное положение при перемещении его относительно тележек при движении в кривых.

Взаимное расположение опор главной рамы и опор тележки показано на рис. 9. Для равенства нагрузок от колёсных пар тележек на рельсы передние опоры расположены вокруг шкворня на радиусе 1632 мм, задние — на радиусе 1232 мм. Надтележечное строение тепловоза опирается на раму тележки через четыре комбинированные опоры (рис. 9), состоящие каждая из двух ступеней: нижняя жесткая ступень — роликовая опора качения, верхняя упругая — блок, содержащий семь резинометаллических элементов (РМЭ).

Литой корпус роликовой опоры установлен на боковине рамы тележки по касательной к радиусу ее поворота, обеспечивая поворот тележки на опорах качения нижней опорной плиты 2. Ролики 3 связаны между собой обоймами и вращаются в неметаллических втулках 4, которые являются подшипниками для роликов. Вся подвижная система опоры: ролики с обоймами, верхняя опорная плита 6 при перемещениях направляются приваренными к боковым стенкам корпуса износостойкими накладками 5, изготовленными из стали 65Г. На поверхности качения роликов и опорных плит возникают высокие контактные напряжения, поэтому ролики изготовлены из стали 40Х и закалены на глубину 1,5—3 мм до твердости HRC 54—60.

Рис. 9 Расположение опор на раме тележки 1 — комбинированная опора, 2 — шкворневой узел, А — положение средней колесной пары относительно шкворня

 

Поверхности качения опорных плит выполнены наклонными: угол наклона составляет 2 °. На прямом участке пути ролики занимают среднее положение между наклонными плоскостями. При повороте тележки относительно кузова ролики накатываются на наклонные поверхности опор. При этом возникают горизонтальные силы, создающие на радиусе опор возвращающий момент. Кроме возвращающих сил, при повороте тележек в опоре возникают силы трения и момент сил трения, который способствует уменьшению колебаний виляния тележек.

Рессорное подвешивание. Рессорное подвешивание тепловоза предназначено для уменьшения динамического воздействия колёс на рельсы при движении по неровностям пути и обеспечения плавности хода тепловоза, передачи массы кузова и тележек на колёсные пары. Рессорное подвешивание позволяет правильно распределить нагрузки от массы тепловоза между колесными парами, а также обеспечивает частичную передачу горизонтальных сил со стороны колёс на раму тележки.

Подвешивание (рис. 10) тепловоза выполнено одноступенчатым, одинарным (только пружины) и индивидуальным для каждого буксового узла колёсной пары. Оно состоит из 12 одинаковых групп пружин (по шесть групп пружин для каждой тележки). Каждая группа имеет два одинарных пружинных комплекта 4, установленных между опорными кронштейнами корпуса буксы 1 и кронштейнами 2 рамы тележки. Параллельно каждой группе рессорного подвешивания устанавливается фрикционный гаситель колебаний 3.

 

Рис 10 Рессорное подвешивание: 1 — корпус буксы 2 — кронштейн рамы тележки, 3 — фрикционный гаситель колебаний, 4 — пружинный комплект В Г—вертикальный зазор между рамой тележки и неподрессореииыми частями экипажа

 

 

Пружинный комплект составляют три пружины: наружная 2, средняя 4, внутренняя 3; две опорные плиты 1 и 5 и регулировочные прокладки 6. Чтобы исключить касание и заскакивание витков одной пружины между витками другой при их концентрическом расположении, внутреннюю пружину размещают в наружной с зазором не менее 5 мм на сторону, причем пружины должны быть навиты в разные стороны. Пружины изготавливают из круглого калиброванного проката горячекатаной пружинной стали 60С2А диаметром: для наружных пружин —36 мм, для средних —23 мм, для внутренних —16 мм. Твердость пружин в термообработанном состоянии HRC 40— 47. После термообработки пружины упрочняют наклёпом дробью.

Статическая нагрузка на пружинный комплект воспринимается пружинами: наружной 63 %, средней 25 %, внутренней 12 %. Предельная нагрузка с учётом 7 % перегруза и динамического прогиба составляет для наружной пружины 40 кН, средней 15 кН, внутренней 8 кН. При действии этих нагрузок в витках при их полном смыкании напряжения не превышают предела текучести материала пружин при кручении, равного 750 МПа.

Для обеспечения постоянной высоты пружинного комплекта под статической нагрузкой пружины по высоте в свободном состоянии разграничивают на группы и формируют комплект из пружин и регулировочных прокладок 6.

Пружинные комплекты собирают и стягивают специальными технологическими болтами 9, которые после окончательной сборки тележки снимают. На одной тележке устанавливают пружинные комплекты только одной из групп. Секция тепловоза может иметь тележки с пружинными комплектами рессорного подвешивания только одной группы или только I и II или II и III. Номер группы жёсткости пружинных комплектов указан в паспорте тепловоза для каждой секции. Колебания надрессорного строения, возникающие при движении тепловоза, гасятся с помощью фрикционных гасителей, включенных параллельно пружинным комплектам.

Подвеска тяговых электродвигателей. Колесно-моторный блок (КМБ) осуществляет кинематическую и силовую связь между тяговым электродвигателем и колёсной парой тепловоза. Блок тепловоза выполнен с опорно-осевой подвеской тягового электродвигателя и односторонней зубчатой передачей. Тяговый электродвигатель одной стороной жёстко опирается на ось колёсной пары через моторно-осевые подшипники, а другой стороной — опорным приливом упруго через пружинную подвеску на раму тележки. При такой подвеске практически половина массы ТЭД жёстко связана с необрессоренными массами колёсной пары и составляет на одном КМБ около 4250 кг. Вращающий момент ТЭД передаётся на колёсную пару через одноступенчатую зубчатую передачу: шестерню, напрессованную на вал якоря и находящуюся в постоянном зацеплении с упругим зубчатым колёсом колесной пары. Шестерня и зубчатое колесо закрыты кожухом, который крепится болтами М42 в трёх точках к корпусу ТЭД. От попадания пыли и влаги торец моторно-осевого подшипника со стороны коллектора ТЭД закрыт хомутом, который выполнен в виде двух полуколец, армированных войлоком. Торец моторно-осевого подшипника со стороны зубчатой передачи находится в контакте со ступицей зубчатого колеса. Для улучшения смазывания поверхностей на торцах передних половин вкладышей имеются по две прорези, в которые при сборке устанавливают войлочные полосы 6X10X160 мм (ГОСТ 288—72). Общее перемещение тягового электродвигателя относительно оси не более 1,2 мм при новом изготовлении.

Рис 11. Подвешивание ТЭД 1 — направляющий стержень, 2,7 — накладки, 3, 6 — нижняя и верхняя балочки, 4 — пружина, 5 — стяжной болт, 8 — тяговый электродвигатель, 9 — кронштейн рамы тележки, 10 — трубчатый выступ, 11—валик, В — рабочая поверхность накладки

 

Рис12 Колесно моторный блок

1 — тяговый электродвигатель, 2 — кожух тягового редуктора, 3 — шестерня, 4 — колесная пара 5 — упругое зубчатое колесо, 6 — хомут уплотнения, 7 — пружинная подвеска, 8 — моторно осевой подшипник, 9 — опорный прилив