Колесные пары

В настоящее время на тележку КВЗ-ЦНИИ тип 1 устанавливаются колесные пары типа РУ-950. Элементами колесной пары являются ось и колеса. Статическая нагрузка от колесной пары на рельс в пятне контакта составляет 18 т.

Колесные пары являются важнейшими частями ваго­на. Они несут на себе массу всего вагона, направляют его движение по рельсовому пути, воспринимают жестко все удары от неровностей пути и в свою очередь жестко воз­действуют на путь.

Рисунок 7. Колесная пара:

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

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

Колесная пара (Рисунок 7) 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.

Ось

Ось колесной пары наиболее ответственная деталь ходовых частей вагона. Конструкция оси, ее материал и технология производства строго регламентированы. Оси изготовляют коваными, штампованными и прокатными. После ковки, штамповки или прокатки оси подвергают накатке роликами по всей длине, в том числе и по галтелям. Вагонная ось представляет собой брус круглого, переменного по длине поперечного сечения в зависимости от назначения отдельных частей и усилий, возникающих в них. В окончательно обработанных вагонных осях различают следующие части: шейки с резьбовой частью, предподступичные и подступичные части, галтели (переходные поверхности) и среднюю часть.

Шейки имеют цилиндрическую форму и служат для размещения на них подшипников. Поверхность шеек обтачивают, шлифуют и накатывают роликами. На концах оси имеется резьба для навинчивания гайки, а на торцах шейки – пазы и два отверстия для размещения и крепления болтами стопорной планки. В направлении к средней части оси от шейки расположены предподступичные части, являющиеся переходными от шейки к подступичной части. На предподступичной части размещаются задние уплотняющие детали букс. На подступичные части оси запрессовывают колеса. Эти части имеют наибольший диаметр (194 мм). Для избежания концентраций напряжений все переходные поверхности оси выполнены в виде поверхностей, образующие которых являются кривыми определенного радиуса (20 мм). Эти переходные поверхности называются галтелями. Средняя часть оси, имеющая конический переход к подступичным частям, обрабатывается на токарном станке. Обточка средней части оси устраняет концентраторы напряжений, оставшиеся после ковки оси в виде неровностей, плен закатов и других пороков, в результате чего повышается долговечность оси. Упрочнение осей накатыванием существенно повышает предел выносливости оси. На осях не должно быть расслоений, следов усадочных раковин, трещин, песочин и волосовин. Диаметр в средней части оси 165 мм. Масса оси РУ1 450 кг.

Колеса

Колеса колесной пары обеспечивают непосредственный контакт экипажа с рельсами и передают на них вертикальные и боковые нагрузки. Взаимодействие колеса и рельса имеет сложный характер и сопровождается качением, поперечным и продольным проскальзыванием с различными скоростями, упругим объемным деформированием материала колеса в зоне контакта с рельсом. Сложность условий нагружения колеса требует от него высокой надежности, а от его материала – большой прочности, износостойкости, ударной вязкости и упругости.

Масса одного колеса 402 кг. К качеству колес в процессе их изготовления предъявляют очень жесткие требования. В колесах не должно быть остатков усадочной раковины и неровностей, расслоений, неметаллических включений и тому подобных дефектов.

Колесо состоит из трех частей: обод, диск и ступица. Колесо непосредственно сопрягается с осью колесной пары ступицей, которая запрессовывается на подступичную часть оси. Ступица шириной 190 мм. Диск располагается под некоторым углом к плоскости круга катания, что придает колесу упругость и способствует снижению уровня динамических сил во время движения вагона. В диске колеса устраиваются специальные технологические отверстия для контроля толщины диска. После изготовления колеса эти отверстия рассверливаются до диаметра 55 мм. Обод – самая тяжелая часть колеса, ширина обода 130 мм. На расстоянии 70 мм от внутренней грани обода, являющейся базовой, расположен воображаемый круг катания. С внутренней стороны колеса располагается гребень, на расстоянии 18 мм от верхней точки гребня ширина его составляет 33 мм. Профиль поверхности катания колеса имеет сложную коническую форму. Такая форма поверхности катания обуславливается для создания облегченных условий прохода кривых участков пути, для центрирования колесной пары в рельсовой колее, для образования равномерного проката, для облегчения прохода крестовин стрелочных переводов. Однако коническая форма поверхности катания способствует вилянию колесной пары.

Это неблагоприятный фактор, который в значительной степени влияет на безопасность движения при скоростях движения более 160 км/ч.

Наиболее часто встречающиеся неисправности колесной пары – чрезмерный прокат и ползун.

Прокат – это естественный износ поверхности катания колеса в результате взаимодействия его с рельсом. При чрезмерном прокате гребень может повреждать или срезать болты рельсовых креплений. Поэтому колесные пары с предельным прокатом следует своевременно выкатывать из-под вагонов для восстановления профиля катания колеса обточкой на станке.

При заклинивании колесных пар вследствие неисправности автоматических тормозов колеса, зажатые тормозными колодками, не вращаются при движении поезда, скользит по рельсам, что приводит к истиранию металла на поверхности катания колеса. Образующуюся при этом потертость называют ползуном. Ползун – крайне опасный дефект, вызывающий сильные удары колес о рельсы при движении вагонов. О появлении ползуна можно судить по характерному ритмичному стуку колес о рельсы.

После появления таких дефектов колеса либо прокатываются на станке, удаляя верхний слой металла с поверхности, либо списываются.

6. Буксовый узел

Буксовый узел предназначен для закрепления колесной пары в конструкции тележки; передачи нагрузки от кузова вагона через подшипник на шейку оси колесной пары; превращения при помощи подшипников вращательного движения колеса в поступательное движение вагона; ограничения поперечного и продольного перемещений колесных пар относительно тележки при движении вагона; размещения подшипника, смазки и смазочных приспособлений и защиты их от загрязнения и обводнения.

Букс – в переводе с немецкого стальная коробка. Букса должна обладать достаточной прочностью для передачи нагрузки; обеспечивать непрерывную подачу необходимого количества смазки к трущимся элементам буксы; быть достаточно герметичной, чтобы не было утечки смазки и загрязнения внутренней полости песком, пылью, водой и другими посторонними элементами; обеспечивать удобство и легкость монтажа и демонтажа подшипников, а также осмотр деталей буксового узла.

В настоящее время пассажирские тележки КВЗ-ЦНИИ тип 1 оборудуются типовым буксовым узлом с установкой двух цилиндрических роликовых подшипников с габаритными размерами 130´250´80 мм (130 – диаметр шейки оси, 250 – наружный диаметр подшипника, 80 – ширина подшипника).

 

 

Рисунок 8. Букса пассажирского вагона с роликовыми подшипниками:

1— корпус буксы; 2 —лабиринтное кольцо; 3— задний подшипник; 4 —передний подшипник; 5—крепительная крыша; 6 — смотровая крышка; 7—торцовая гайка; 8—стопорная планка; 9 —болт М12 стопорной планки; 10—проволока; 11 —болт М12 смотровой крышки; 12—пружинная шайба; 13— резиновая прокладка; 14 —резиновое кольцо.

 

 

В комплект буксы с роликовыми подшипниками входят корпус буксы с лабиринтной частью, передний и задний подшипники качения, торцовая гайка со стопорной планкой, крепительная и смотровая крышки, а также крепящие их болты.

 

 

 

Рисунок 9. Корпус буксы цельнометаллических пассажирских вагонов

Подшипники качения обладают большими преимуществами по сравнению с подшипниками скольжения. Использование их в буксах пассажирских вагонов позволило не только резко сократить расход цветных металлов, идущих на изготовление подшипников скольжения, но и значительно повысить эффективность работы подвижного состава. Вагоны, оборудованные подшипниками качения, легче передвигаются вследствие уменьшения силы трения при вращении оси.

Рисунок 10. Ролик цилиндрического подшипника качения

Ролики подшипника качения имеют форму цилиндра. Образующая поверхности качения роликов является прямой параллельной оси вращения подшипника.

Роликовые подшипники размещаются внутри корпуса буксы на шейке вагонной оси таким образом, что внутреннее кольцо подшипника крепится неподвижно на шейке и вращается вместе с ней, а наружное сопрягается с внутренними стенками неподвижного корпуса буксы. Поворачиваясь вместе с осью, внутреннее кольцо увлекает за собой ролики, каждый из которых вращается вокруг своей оси, и перекатывается по дорожкам качения между наружным и внутренним кольцами.

.

Рисунок 11. Подшипник качения

1- наружное кольцо; 2- ролик; 3- внутреннее кольцо; 4- сепаратор

Корпус букс для подшипников качения отливают из мартеновской стали (или электростали) марок 15Л, 20Л, 25Л. При отливке корпусов из стали марки 25Л1 содержание углерода в ней не должно превышать 0,27%. Все отливки термически обрабатывают для получения мелкозернистой структуры металла и устранения внутренних напряжений.