Нетяговый подвижной состав

 

4.4 Назначение конусности  по кругу катания колесной  пары.

 

Бандаж и обод безбандажного колеса имеют коническую форму поверхности катания и для предохранения их от схода снабжены гребнем с внутренней стороны рельса. При расположении гребней с внутренней стороны (фиг. 22) колесо, в момент возникновения по какой-либо причине схода с рельса, противодействует сходу благодаря составляющей силе давления на рельс, направленной вдоль оси колесной пары. Кроме того, удары гребня о рельсы совпадают с направлением насадки колес и бандажей и, следовательно, не могут способствовать ослаблению насадки колес и бандажей. Напротив, если гребни расположить с наружной стороны рельсов, то та же сила будет стремиться сдвинуть колеса с рельсов. 
Еще более существенное значение имеет расположение гребней с внутренней стороны рельсов при проходе закруглений пути, так как в этом случае повышение наружного рельса, необходимое для того, чтобы парализовать влияние центробежной силы, препятствует набеганию гребня на рельс.

 

Поверхности катания  бандажей придается коничность для  облегчения прохождения закруглений  пути и для достижения совпадания продольной оси подвижного состава с осью пути при движении на прямых участках пути. Профиль поверхности катания колес должен находиться в соответствии с профилем головки рельсов и с установкой их. 
Первоначально в железнодорожных колесах поверхности катания делались цилиндрическими и соответственно этому рельсы имели верхнюю грань головки горизонтальную и устанавливались вертикально. Но уже в 30-х годах прошлого столетия было признано необходимым обтачивать поверхность катания колес по конусу, чтобы облегчить проход по кривым и уменьшить сопротивление вагонов при движении. В связи с этим был изменен профиль головки рельсов и способ установки их. Головке рельса придана выпуклая форма, чтобы колесо катилось по середине головки, а не по краям; устанавливаются же рельсы с уклоном внутрь, равным коничности поверхности катания колеса, благодаря чему давление от колеса на подошву рельса передается по вертикальной оси рельса, проходящей через его центр тяжести. 
Движение колесной пары по рельсам на прямой части пути совершается правильно и без скольжения бандажей только в том случае, когда оба колеса стоят на рельсах кругами катания одинакового диаметра. При конической обточке поверхностей катания колес всякое отклонение геометрического центра оси колесной пары от. оси пути вызывает перемещение колес по кругам разного диаметра, вследствие чего одно колесо будет перегонять другое, и геометрический центр оси колесной пары будет описывать пологую кривую, причем ось колесной пары из перпендикулярного положения относительно оси пути переходит в наклонное. При дальнейшем перемещении произойдет обратное изменение диаметров кругов катания колес, и геометрический центр оси колесной пары начнет описывать пологую кривую в обратном направлении. В результате любая точка оси будет двигаться по волнообразной траектории (фиг. 23) до тех пор, пока не установится движение по кругам катания равного диаметра, при котором продольная ось вагона будет совпадать с осью пути. Чем меньше конусность поверхности катания, тем меньше извилистость траектории геометрического центра колесной пары. 
(Сказанное относится к новым колесам).  
При работе же колесных пар под вагонами бандажи их получают износ, так называемый прокат, величина которого больше у основания гребня, тогда как поверхность бандажа около наружного края обычно износа не имеет. Прокат бандажей по существующим правилам допускается 7—9 мм. Наличие проката у бандажей с цилиндрической обточкой поверхности катания дает ему такой профиль поверхности катания, при котором диаметр по среднему кругу катания будет меньше, чем диаметр у наружного края. У бандажей же с конической обточкой диаметр по кругу катания при прокате 7—9 мм будет приблизительно равным диаметру наружного края. 
По этой причине перемещение колесной пары по закруглениям с изношенными бандажами будет более затруднительным при цилиндрической обточке их, чем при конической. 
С целью устранить боковые качания вагонов во время движения их на некоторых наших дорогах в начале 900-х годов применялась цилиндрическая обточка бандажей под пассажирскими вагонами. Эти опыты, однако, не дали положительных результатов и были оставлены. Высказанные соображения устанавливают преимущества конического профиля поверхности катания колес, в силу которых такой профиль применяется в настоящее время на дорогах всех стран.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.5 Назначение и конструкция  подшипников качения на горячее  посадке.

Буксовые узлы обеспечивают передачу нагрузки от кузова вагона на шейки осей и ограничивают продольные и поперечные перемещения колесной пары относительно тележки. Вместе с колесными парами они являются наиболее ответственными элементами ходовых частей вагона.

Буксовый узел неподрессорен  и жестко воспринимает динамические нагрузки от рельсового пути, возникающие  при движении вагона. Кроме постоянно действующих нагрузок от массы брутто, буксовый узел испытывает значительные удары при прохождении колес по стыкам рельсов, от толчков во время торможения поезда или наезда колес на башмак при роспуске вагонов с горки, от действия центробежной силы при прохождении кривых участков пути и др.

Современная типовая  букса (рис. 6.1) с двумя цилиндрическими  роликовыми подшипниками для любого типа грузовою вагона может иметь  два вида торцевого крепления  внутренних колец от продольного  сдвига — торцевой корончатой гайкой или тарельчатой шайбой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Букса с торцевым креплением гайкой состоит из корпуса 1; переднего подшипника2; заднего подшипника 3; съемного лабиринта лабиринтного кольца 5; болтов 6; уплотнительного кольца 7; крепительной крышки шайбы 9, смотровой крышки 10; корончатой гайки 11; болта М12 12; стопорной планки 13.

Внутренняя полость  буксы заполнена консистентной  смазкой, обеспечивающей надежную работу подшипников в сложных условиях их нагружения.

Нормативный срок службы буксового узла — 15 лет.

Корпус буксы предназначен для размещения элементов буксового узла и смазки. Конструкция корпуса буксы определяется схемой опирания рамы тележки на буксовый узел и различается также конструктивным оформлением лабиринтной части.

Корпус буксы грузового вагона по бокам имеет приливы и пазы для соединения с боковой рамой тележки. Для равномерного распределения нагрузки между роликами вдоль образующей на потолке буксы сделаны ребра жесткости, а для опоры рамы тележки — ребра. Масса стальной буксы 45 кг.

Корпус букс из алюминиевого сплава АМг6 позволяет снизить массу необрессоренных элементов и улучшить взаимодействие вагонов с верхним строением пути. По своей конструкции имеет большое сходство с корпусом, изготовленным из стали, имеет массу 15,3 кг, что почти в 3 раза легче стального.

Крепительные крышки и корпуса букс из алюминиевого сплава соединяют стандартными болтами  и пружинными шайбами.

Лабиринтное кольцо и лабиринтная часть корпуса, образуя четырехкамерное бесконтактное уплотнение, препятствуют вытеканию смазки из буксы и попаданию в нее механических примесей. Кроме герметизации корпуса с внутренней стороны, кольцо фиксирует положения корпуса буксы на шейке оси и внутреннего кольца заднего роликового подшипника. Кольца изготавливают из стали Ст.5 и Ос. В.

Крепительная крышка герметизирует корпус буксы с наружной стороны и фиксирует наружные кольца подшипников в буксе. Крышку отливают из стали марок 20ФЛ, 20ГЛ либо из стали II группы, предназначенной для изготовления автосцепок. В зависимости от типа буксового узла крепительные крышки могут иметь четыре или восемь отверстий для их крепления к корпусу.

Смотровая крышка предназначена для осмотра переднего подшипника и состояния смазки, а также обточки колесной пары без демонтажа букс. Смотровую крышку присоединяют к крепительной при помощи четырех болтов M12. Крышку изготавливают штамповкой из стали 10 кп либо из алюминия АЛ9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Роликовый подшипник (рис. 6.2) состоит из наружного 1 и внутреннего 3 колец, между которыми находятся ролики 2 и удерживаются в сепараторе 4 на одинаковом расстоянии друг от друга. Внутри корпуса буксы обычно размещаются два подшипника качения. 

Подшипники для букс грузовых и пассажирских вагонов  железных дорог ОАО «РЖД» единые. Это роликовые цилиндрические подшипники — радиальные однорядные подшипники с короткими цилиндрическими роликами размером 130 х 250 х 80 мм.

Задний подшипник выполнен с однобортовым внутренним кольцом, а передний — с безбортовым  внутренним кольцом. Передний подшипник  имеет условное обозначение 232726 ГОСТ 18752, а задний — 
42726 ГОСТ 18752. По этим обозначениям можно судить о размерах подшипника и его конструктивных разновидностях.

Внутреннее кольцо подшипника устанавливается на шейку оси  с натягом, а наружное в корпус буксы — свободно. Вращение шейки  оси вместе с внутренним кольцом подшипника вызывает вращение роликов вокруг своих осей и перекатывание по дорожкам качения между наружным и внутренним кольцами. Свободное перемещение роликов обеспечивается наличием радиального и осевого зазоров.

Радиальный зазор измеряется в свободном от нагрузки подшипнике и представляет собой сумму зазоров между дорожками качения колеи и роликом. Осевой зазор измеряется между торцами роликов и бортами колец.

Цилиндрические подшипники, применяемые в вагонах, выполнены  разъемными; наружное кольцо, сепаратор, ролики образуют отдельный блок, который свободно снимается и надевается на внутреннее кольцо. Такая конструкция упрощает технологию монтажа и демонтажа буксового узла, поэтому она находит широкое применение в вагоностроении.

Ролики цилиндрического подшипника имеют форму цилиндра, образующая которого представляет прямую линию, параллельную оси вращения подшипника и перпендикулярную радиальной нагрузке. Поэтому радиальная нагрузка распределяется по длине и хорошо воспринимается цилиндрической поверхностью тел качения, а осевая — лишь торцами роликов.

Элементы торцевого крепления подшипников предназначены для закрепления внутренних колец подшипников в осевом направлении.

В буксах колесных пар  типа РУ1-950 и РУ1Ш-950 применяют корончатые гайки 1 и торцевые шайбы 7, стопорные планки 2 и болты 3 М12 для крепления планок (рис. 6.3, а). Изготавливают эти детали из стали Ст.5 либо 40Л1 методом точного литья.

 

 

 

 

 

 

 

 

Корончатые гайки 1 обычно изготавливают шестигранными с одиннадцатью пазами для постановки стопорной планки. Планку 2 укрепляют в пазу торца оси двумя болтами3 (рис. 6.3, а), скрепляемыми вязальной проволокой 4.

В буксах колесных пар  типа РУ1Ш-950 для торцевого крепления  подшипников применяются специальные  шайбы 7. Шайбы бывают двух разновидностей: с тремя 3(рис. 6.3, в) или четырьмя отверстиями для постановки болтов М20. Более современной является конструкция с четырьмя болтами. В обоих вариантах для стопорения болтов от самоотвинчивания используется объединенная стопорная отгибная шайба 6. Материалом для изготовления шайб является сталь Ст.З. Для крепления шайб на торцах шеек осей имеются отверстия с нарезкой, куда ввертывают крепежные болты. В центре шайбы предусмотрено отверстие большого диаметра для обеспечения установки центра станка при обточке поверхности катания колес, производимой без демонтажа буксовых узлов.

Гарантийный срок эксплуатации деталей букс первого типа — 3,5 года, для букс второго типа — 4 года со дня ввода буксы в эксплуатацию.

Как показал опыт, торцовое крепление гайкой более надежно, но дороже в изготовлении. Применение торцовой шайбы удешевляет конструкцию, однако такое крепление в эксплуатации себя не оправдало и поэтому в буксовых узлах серийного изготовления принято крепление торцовой гайкой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Конструкция и назначение  рессорного подвешивания.

Рессорное подвешивание вагонов связывает колесные пары с рамой тележки и кузовом и предназначено для уменьшения динамического воздействия пути на вагон и вагона на путь. 
Оно состоит из:

• упругих элементов,
• возвращающих устройств
• и гасителей колебаний.

Упругие элементы, являясь основной составной частью рессорного подвешивания, смягчают толчки и удары, действующие  на движущийся вагон со стороны рельсового пути. У неподвижного вагона упругие  элементы испытывают лишь воздействие статической нагрузки, прогибаясь на величину, называемую статическим прогибом. В качестве упругих элементов вагонов применяют витые стальные пружины, резиновые, пневматические, торсионные, тарельчатые, кольцевые и другие типы упругих элементов. В последнее время все большее распространение получают пневматические, резинометаллические, торсионные и другие типы рессор. 
Пневматические рессоры, являющиеся наиболее прогрессивными упругими элементами ходовых частей, применяют в тележках пассажирских вагонов скоростных поездов. Основным преимуществом их перед другими типами упругих элементов является способность поддержания положения кузова на определенном уровне относительно головок рельсов независимо от величины нагрузки, что обеспечивается автоматическим регулированием давления воздуха внутри рессоры. Кроме того, они обладают хорошими вибро- и шумогасящими свойствами, что обеспечивает комфорт пассажирам. Пневматические рессоры имеют также меньшую массу. Однако они сложнее по конструкции и обслуживанию в эксплуатации, так как требуют наличия источника питания рессор воздухом, системы трубопроводов и арматуры. Получили распространение пневматические рессоры баллонного (рис. 3.23, а), диафрагменного (б) и смешанного (в) типов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наиболее широко из них  применяются рессоры диафрагменного типа, так как они позволяют  получать регулируемые характеристики вертикальной и горизонтальной жесткостей. На пневморессору опирается надрессорная балка 1 (рис. 3.23, б), которая соединяется с диафрагменным баллоном 2, прикрепленным к корпусу 3. Внутри рессоры имеется резиновый ограничитель 4, предусмотренный на случай резкого падения давления в системе или большой просадки надрессорной балки под действием динамических нагрузок. 
Пневматические рессоры работают в системе пневматического подвешивания вагона. Схема такого подвешивания обычно состоит из пневматической рессоры 3 (рис. 3.24) с дополнительным резервуаром У, снабженным дросселем 2, регулятора положения кузова 4, трубопровода 5, главного резервуара 6 и компрессора 7. Работа такой системы заключается в следующем. Повышение нагрузки Р от кузова приведет к сжатию пневматической рессоры 3 и перемещению вниз золотника регулятора 4 так, что его отверстие б соединится с каналом а. В результате сжатый воздух из главного резервуара 6 поступит в пневматическую рессору 3 и приподнимет кузов на прежнюю высоту. Разгрузка кузова и уменьшение силы Р приведет к тому, что приподнимется вверх золотник и посредством его выточки в часть воздуха из пневматической рессоры удалится в атмосферу. В результате давление воздуха в пневматической рессоре уменьшится и кузов вагона опустится и займет прежнюю высоту, при которой все отверстия в золотнике будут перекрыты. Таким образом, подобная система пневматического подвешивания обеспечит автоматическое поддержание кузова на определенной высоте при изменении нагрузки, что необходимо для вагонов, имеющих повышенную гибкость рессорного подвешивания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Резиновые и резинометаллические  упругие элементы находят применение в тележках вагонов, так как они обладают хорошими амортизирующими свойствами, а также способностью гасить вибрационные и звуковые колебания. Однако недостаточно широкое их распространение объясняется свойствами резины, существенно влияющими на параметры подвешивания при различных климатических условиях и длительности эксплуатации. Резиновые элементы чаще всего используют в тележках отечественных вагонов в виде прокладок в буксовом подвешивании и скользунах для гашения высокочастотных колебаний и уменьшения шума, а также в шкворневых узлах тележек скоростных вагонов и вагонов электропоездов и дизель-поездов. 
Торсионные рессоры применяют в системе подвешивания вагонов. Такая рессора представляет собой прямой стальной стержень (торсион) 4 (рис. 3.25, а), один конец которого закреплен в кронштейне 5, а другой жестко связан с рычагом 1, который шарнирно соединяется с обрессоренной частью вагона (надрессорная балка, например). Второй опорой служит подшипник 2, установленный в кронштейне 3, причем в подшипнике может быть создано необходимое трение, способствующее затуханию колебаний вагона. Кронштейны 5 и 3 могут быть укреплены на раме тележки. Торсион 4, изготавливаемый из специальной хромоникельмолибденовой термически обработанной стали, по концам крепится жестко, например с помощью шлицевых соединений. 
Нагрузка Р на торсионную рессору вызывает поворачивание рычага 1, а следовательно, скручивание торсиона 4, вызывая упругие деформации кручения. Подобные торсионные устройства применяются в полувагонах отечественной постройки для облегчения поднимания крышек люков после разгрузки кузова: один конец торсиона прикреплен к крышке люка, а другой к рычагу, шарнирно связанному с хребтовой балкой рамы. Торсион при этом закручивается под действием силы тяжести высыпающегося груза, а после освобождения крышки от груза упруго деформированный торсион поднимет ее в горизонтальное положение. Торсионные рессоры получили распространение в некоторых тележках вагонов зарубежных стран.