Admin

Принципы работы основных узлов и агрегатов тепловоза

Окончание части 14. ТЯГОВЫЙ ПРИВОД КОЛЕСНЫХ ПАР ТЕПЛОВОЗА

ВС. РУДНЕВ, профессор МИИТа

Более совершенной конструкцией является односторонний привод колесных пар тепловоза. В этом случае вращающий момент от ступицы зубчатого колеса тя­гового редуктора передается на полый вал через упругую связь — шарнирно-по­водковую муфту (муфту «Альстом»), Подобная система привода колесных пар ло­комотива, которая получила название тяговый привод третьего класса, применена на магистральных тепловозах Коломенского завода серий ТЭП70, ТЭП70БС, ТЭП80, 2ТЭ70.
Шестерня тягового редуктора напрессована на вал якоря ТЭД. Венец ведомого упругого зубчатого колеса с помощью призонных болтов соединен с его ступицей.

Ступица упругого зубчатого колеса 9 (рис. 3) редуктора вращается на роликовых опорных подшипниках 8, размещенных на неподвижной опоре, которая, в свою очередь, жестко (шестью болтами) соединена с корпусом ТЭД.
Ступица колеса 9 имеет четыре прилива, выполненных в форме вилок 10, в ко­торых на металлических валиках 13 укреплены головки поводков (на рис. 3 повод­ки не показаны) с резинометаллическими шарнирами 12. Другая сторона (головка) поводка через резинометаллические шарниры и валики соединена с четырьмя фланцами13 полого вала 6. Необходимо отметить, что все эти поводки, валики и резинометаллические шарниры, собственно, и составляют конструкцию шарнир­но-поводковой муфты (муфты «Альстом»), обеспечивающую линейные и угловые перемещения полого вала относительно оси колесной пары за счет деформации резиновых элементов тяговых муфт.
Полый вал 6 (см. рис. 3), как и в приводе колесных пар тепловозов ТЭП60, ох­ватывает ось колесной пары с определенным зазором. Далее через полый вал 6 вращающий момент передается к другой тяговой (также шарнирно-поводковой) муфте, которая размещена с наружной стороны колесного центра колеса колесной пары, дальнего по отношению к тяговому редуктору. Эта тяговая муфта поводками соединяет полый вал с пальцами 3 и 1 б, запрессованными в колесном центре левого колеса. От этого колеса вращающий момент через ось колесной пары поступает к другому, ближнему к тяговому редуктору, колесу колесной пары.

Таким образом, в системе опорно-рамного подвешивания ТЭД тепловоза ТЭП70БС тяговые двигатели и тяговые редукторы являются подрессоренными уз­лами, так как крепятся на раме тележки через пружинные комплекты, а вращающий момент передается на ось колесной пары посредством тяговых муфт.
В целом, применение на тепловозах ТЭП70 и ТЭП70БС привода третьего класса с односторонним приводом, по сравнению с приводом тепловоза ТЭП60, позволи­ло снизить массу каждого колесно-моторного блока примерно на 500 кг (а тяговых осей шесть!), значительно уменьшить динамическое воздействие на рельсовую ко­лею при движении локомотивов и повысить эксплуатационную надежность работы колесно-моторных блоков. Накопленный опыт эксплуатации тепловозов ТЭП70У и ТЭП70БС с приводом третьего класса подтвердил высокую надежность шарнирно­поводковых муфт и тягового привода третьего класса в целом.



Актуальной проблемой отечественного тепловозостроения остается созда­ние надежной конструкции опорно-рамного подвешивания ТЭД для грузовых тепловозов.
Главная трудность использования на грузовых тепловозах опорно-рамного привода — применение тягового редуктора с большим передаточным числом и связанное с этим неизбежное увеличение межцентрового расстояния между ше­стерней и зубчатым колесом тягового редуктора (размер «А» на рис. 2). Как след­ствие, увеличиваются диаметр колесных пар, габариты и вес колесно-моторных блоков, а также повышается нагрузка от колесных пар тепловоза на рельсы.
Как отмечалось ранее, в процессе трогания с места и разгоне тяжеловесных ’составов грузовые тепловозы должны иметь возможность реализовать большие значения силы тяги (порядка 60 — 75 кН на ось). Выполнение данного условия возможно посредством применения на каждой секции тепловоза силовой уста­новки мощностью не менее 3000 кВт, а также тягового редуктора с повышенным (порядка 4,41) передаточным числом i. Напомним читателю, что на пассажирском тепловозе ТЭП60 применяют тяговый редуктор с i = 3,12 = 72/31. Это означает, что пассажирский тепловоз ТЭП60 с опорно-рамным приводом развивает силу тяги при трогании и разгоне в 1,9 раза меньше, чем секция грузового тепловоза 2ТЭ116, имеющая ту же мощность 2200 кВт, но оборудованная опорно-осевым приводом c i =4,41.
В 1977 г. на заводе «Лугансктепловоз» был построен первый опытный грузо­вой тепловоз 2ТЭ121 мощностью 2x2950 кВт с опорно-рамным приводом колес­ных пар. Нагрузка от колесных пар тепловоза 2ТЭ121 — 245 кН, диаметр колес был увеличен до 1250 мм, а передаточное число тягового редуктора уменьшено до 4,32 по сравнению с тепловозом 2ТЭ116. Всего до 1987 г. было построено 34 тепловоза этой серии, которые проходили опытную эксплуатацию на Северной дороге и были приписаны к локомотивному депо Печора.

На тепловозах 2ТЭ121 была применена достаточно сложная конструкция опорно-рамного подвешивания ТЭД, так называемого тягового привода второго класса с компенсирующими связями. При таком тяговом приводе вращающий мо­мент от якоря ТЭД передается не шестерне тягового редуктора, а через фланец, напрессованный на хвостовик якоря, и зубчатую муфту — торсионному валу, рас­положенному внутри полого вала якоря ТЭД. Затем от торсионного вала вращаю­щий момент передается через резинокордную муфту ведущей шестерне тягового редуктора, далее — венцу упругого зубчатого колеса, его ступице и, наконец, оси колесной пары тепловоза.
В процессе эксплуатации тепловозов 2ТЭ121 был выявлен ряд серьезных кон­струкционных недостатков, а также низкая надежность узлов тягового привода колесных пар, подшипников коленчатого вала дизеля, тормозной системы и ряда других узлов. Так, только за первые два года эксплуатации опытной партии тепло­возов 2ТЭ121 учеными МИИТа было зафиксировано 579 отказов резинокордной тяговой муфты привода колесных пар локомотива. В целом, количество неплано­вых ремонтов тепловозов 2ТЭ121 достигло величины 211,3 на 1 млн. км пробега, также был отмечен серьезный перерасход тепловозами этой серии дизельного топлива по сравнению с грузовыми тепловозами 2ТЭ116.
Повышенные нагрузки от колесных пар тепловоза 2ТЭ121 на рельсы также не­гативно отразились на техническом состоянии верхнего строения пути. По этим и ряду других причин тепловозы 2ТЭ121 не выдержали эксплуатационные испыта­ния, поэтому их производство и модернизация в 1987 г. были прекращены.
С 2004 г. на предприятии «Коломенский завод», входящем в состав объедине­ния «Трансмашхолдинг», начат серийный выпуск грузового двухсекционного те­пловоза нового поколения серии 2ТЭ70 мощностью 2x3000 кВт, предназначенно­го для вождения поездов со скоростями до 110 км/ч. Двенадцатиосный тепловоз 2ТЭ70 имеет диаметр колес 1250 мм и может реализовать значение силы тяги на расчетном (длительном) режиме работы 608 кН (2x304 кН), а при трогании с места — до 75 кН на каждой оси. Он имеет приемлемую нагрузку от колесной пары на рельсы, равную 2П = 230,5 кН. Локомотив оборудован односторонней системой тягового привода колесных пар, схожей с конструкцией опорно-рамного тягового привода третьего класса пассажирских тепловозов ТЭП70, ТЭП80 и ТЭП70БС.

Важную роль в конструкции индивидуального тягового привода, особенно при опорно-осевом подвешивании тяговых электродвигателей, играют моторно-осе­вые подшипники. Они могут быть двух типов — с к о л ь ж е н и я и к а ч е н и я .
Хорошо известны преимущества подшипников качения, особенно роликовых под­шипников по сравнению с подшипниками скольжения при их применении в различ­ных машинах, в том числе таких мощных, как локомотивы. Например, применение подшипников качения в буксах локомотивов и вагонов позволило примерно в 8 раз снизить затраты мощности дизеля тепловоза на преодоление сил сопротивления от трения в буксовых подшипниках при трогании с места и разгоне поезда по сравне­нию с вагонами, оборудованными буксами с подшипниками скольжения.

Тем не менее, на подавляющем большинстве серий отечественных локомотивов по-прежнему применяются моторно-осевые подшипники скольжения. Основные достоинства их заключаются в простоте конструкции, возможности замены вклады­шей без формирования колесной пары и сравнительно незначительной толщине, что имеет существенное значение при ограниченном расстоянии между центрами зубчатого колеса и шестерни тягового редуктора.
Применяемые в настоящее время на подавляющем большинстве серий оте­чественных тепловозов моторно-осевые подшипники скольжения имеют по два разъемных вкладыша, изготовленных из бронзы ОЦС 5-5-5 ГОСТ 613— 79. Верхний вкладыш 3 (рис. 4) вставляется в расточку остова 1 тягового электродвигателя, нижний 4 — в шапку 5, притягиваемую к корпусу подшипника болтами 15. Нижний вкладыш имеет прямоугольное окно 14 размером 180x60 мм для подвода смазки (осевого масла) к шейке оси 2. Положение обоих вкладышей фиксируется шпонкой 16. Вкладыши моторно-осевых подшипников одного тягового электродвигателя взаимозаменяемые.
Конструкции моторно-осевых подшипников (МОП) тепловозов различают по системам их смазки. Так, на тепловозах старой постройки ТЭЗ и 2ТЭ10Л, оборудо­ванных тяговыми электродвигателями ЭДТ-200Б и ЭД-107 соответственно, шейки смазывают с помощью набивки из шерстяной пряжи.

На грузовых тепловозах более поздних годов выпуска 2ТЭ10В, ЗТЭ10М, 2М62У, 2ТЭ116 и др., на которых установлены тяговые электродвигатели ЭД-118А, приме­нена более простая польстерная (фитильная) система смазки моторно-осевых под­шипников. Принцип работы этой системы основан на капиллярной подаче масла из ванны к подушке (польстеру), прижатой пружиной к смазываемой части оси колес­ной пары. Корпус польстерного устройства 7 установлен и закреплен болтами на дне масляной ванны шапки 5 моторно-осевого подшипника (см. рис. 4). В направ­ляющих плоскостях устройства 7 перемещается коробка 12, в которой закреплен пакет фитилей 13. Этот пакет состоит из трех войлочных пластин и двенадцати хлоп­чатобумажных фитилей, уложенных между ними. Пружина 9, закрепленная на поль- стерном устройстве, прижимает к шейке 2 оси колесной пары коробку с пластинами и фитилями усилием 40 — 60 Н.
Моторно-осевые подшипники смазывают осевой смазкой марок Л, 3 и С в за­висимости от времени года и места эксплуатации тепловоза. Уровень смазки в мас­ляной ванне контролируется по стержню 10 поплавка при открытии крышки 8 или щупом. Наименьший допустимый уровень смазки отмечен риской на щупе. Пробка 11, расположенная в самой низкой части корпуса, служит для слива масла и кон­
денсата.

К недостаткам фитильной подачи масла следует отнести замасливание (уплот­нение) трущихся частей польстерного устройства, а также неудобство контроля зазора «на масло» в подшипнике в эксплуатационных условиях, что отрицательно сказывается на надежности колесно-моторных блоков.
Как отмечалось ранее (см. «Локомотив» № 12,2016 г.), для повышения надеж­ности колесно-моторных блоков грузовых тепловозов 2ТЭ10У и 2ТЭ116У, начиная с 1986 г. стали устанавливать модифицированные тяговые электродвигатели посто­янного тока ЭД-118Б с принудительной циркуляционной смазкой моторно-осевых подшипников.
Дополнительно к польстерной (фитильной) системе смазки, как на двигателях ЭД-118А, в средней части оси колесной пары каждого колесно-моторного блока с двигателями ЭД-118Б установлен маслосборник вместимостью 35 л. На крышке мас­лосборника смонтирован реверсивный шестеренчатый масляный насос, имеющий механический привод от оси колесной пары посредством пары зубчатых колес (ре­дуктора).
Моторно-осевые подшипники двигателя ЭД-118Б состоят из двух вкладышей: нижнего и верхнего. В отличие от МОП двигателей ЭД-118А, нижний вкладыш ЭД-118Б совместно с корпусом МОП составляет единый осевой подшипник сколь­жения, который включает в себя две польстерные камеры (по одной для каждого МОП) и крепится к корпусу.

При движении тепловоза шестеренчатый масляный насос подает масло из маслосборника по каналам в польстерные камеры, откуда самотеком через окна во вкладышах масло проникает в зазор между осью колесной пары и вкладышами МОП. В результате создается так называемый масляный клин, обеспечивающий жидкостное трение тел. Отработанное масло по каналам сливается в маслосбор­ник. Таким образом, круг циркуляции смазки МОП представляет собой замкнутый контур, образованный каналами, соединяющими оба МОП с маслосборником, масляным насосом, маслосборником и польстерным устройством.


Так как производительность масляного насоса зависит, в первую очередь, от частоты вращения колесной пары (скорости движения), принудительная система смазки обеспечивает надежную работу МОП двигателей ЭД-118Б лишь при до­стижении скорости движения тепловоза примерно 25 км/ч. В период разгона и работе тепловоза при меньших скоростях подача смазки к вкладышам МОП осу­ществляется польстерной системой смазки, как на двигателях ЭД-118А.
Необходимо заметить, что вкладыши МОП двигателей ЭД-118Б выполнены би­металлическими с заливкой баббитом на бронзовой основе марки Б83 толщиной 2,5 мм. Такая конструкция вкладышей позволяет уменьшить вероятность задиров шеек осей колесных пар тепловоза, что наблюдалось при эксплуатации бронзо­вых вкладышей двигателей ЭД-118А. В целом интенсивность износа биметалли­ческих вкладышей с принудительной системой смазки уменьшилась примерно в два раза, чем при польстерной смазке МОП. Нужно отметить, что колесно-мотор­ные блоки с тяговыми электродвигателями ЭД-118А и ЭД-1185 взаимозаменяемы.
Моторно-осевые подшипники скольжения обладают рядом существенных недостатков. Материал вкладышей — бронза — достаточно дорогой, а на изго­товление вкладышей только одной секции магистрального тепловоза уходит при­мерно 720 кг бронзы. Подшипники скольжения требуют постоянного смазывания жидкой смазкой довольно высокого качества. В условиях эксплуатации КМБ под­вергаются повышенной вибрации, динамическим ударам и другим воздействиям, что приводит к утечке смазки МОП и загрязнению поверхностей рельсов. Также необходим постоянный контроль за уровнем и качеством смазки.
Первые попытки применения на опытных отечественных тепловозах серии 2ТЭ10Л конструкций тяговых приводов с цилиндрическими роликовыми мотор­но-осевыми подшипниками (МОП) оказались не совсем удачными. Эксплуатация этих тепловозов показала недостаточную надежность МОП из-за перекосов и за­щемления роликов, что поставило под угрозу безопасность движения поездов.

Дополнительно возникли серьезные затруднения при ремонте моторно-осевых подшипников, так как при смене роликов приходилось полностью разбирать колесную пару, а после ее формирования — проводить полное освидетельство­вание со всеми видами работ. В этой связи опытные колесно-моторные блоки с роликовыми моторно-осевыми подшипниками были изъяты из эксплуатации.

С 2006 г. на Брянском заводе начато серийное изготовление грузовых тепло­возов серии 2ТЭ25А «Витязь» с электрической передачей переменного тока, оборудованных опорно-осевой маятниковой системой подвешивания асинхронных тяговых электродвигателей и моторно-осевыми подшипниками качения.
На шейках оси между зубчатым колесом и колесным центром колесной пары тепловоза 2ТЭ25А, при ее формировании, напрессованы внутренние кольца двух роликовых моторно-осевых подшипников: со стороны зубчатого колеса разме­щается двухрядный роликовый конический подшипник фирмы «Тимкен» (США), а со стороны противоположного центра колесной пары — однорядный цилинд­рический подшипник с короткими роликами. Наружные кольца конических под­шипников закрепляют в специальном корпусе подшипников, который, в свою очередь, крепится болтами к корпусу асинхронного тягового электродвигателя.
Подобная конструкция МОП с коническими подшипниками качения так­же применена на опытном тепловозе 2ТЭ116У № 305 и пяти тепловозах серии ТЭМ18ДМ. Так, тепловоз ТЭМ18ДМ № 581 с МОП качения находится в эксплуата­ции уже более 4 лет без серьезных замечаний по надежности работы его КМБ.
Положительные результаты также показала опытная эксплуатация практически всех тепловозов, оборудованных моторно-осевыми подшипниками качения.

Расчетный ресурс работы роликовых моторно-осевых подшипников тепловозов составляет не менее 5 млн. км пробега.
В настоящее время на Брянском заводе начат выпуск опытной партии тепло­возов серии 2ТЭ25КМ с ТЭД ЭДУ133К, оборудованных колесно-моторными бло­ками с моторно-осевыми подшипниками качения, разработанными во ВНИКТИ (г. Коломна). Также на Брянском заводе планируется серийное производство пер­спективных маневровых тепловозов серии ТЭМ28 с аналогичными по конструк­ции КМБ.
При сборке в моторно-осевые подшипники качения закладывается пластин­чатая смазка Буксол. В процессе эксплуатации осуществляется пополнение смаз­ки через специальные пресс-масленки, что позволяет значительно уменьшить расход смазочных материалов по сравнению с МОП, оборудованных польстерной системой смазки. По оценке специалистов, применение МОП с подшипниками ка­чения может позволить снизить эксплуатационные расходы, затраты на техниче­ское обслуживание тепловозов в депо, увеличить ресурс работы осей колесных пар и колесно-моторных блоков в целом и снизить величину основного сопро­тивления движению тепловоза.

Тяговый редуктор тепловоза предназначен для преобразования вели­чины вращающего момента при его передаче от якоря ТЭД к оси колесной пары. Тяговые редукторы тепловоза работают исключительно в неблагоприят­ных условиях, особенно при опорно-осевом приводе колесных пар: большие статические и динамические нагрузки; перекосы зубчатых колес из-за износа якорных и моторно-осевых подшипников; вибрации; непосредственная бли­зость таких источников тепловой энергии, как ТЭД и тормозные колодки; воз­можность попадания в зацепление воды, снега и пыли (в том числе металличе­ских частиц); сложность визуального технического контроля даже на стоянках поезда и др.
Как отмечалось выше, на тепловозах применяют односторонний цилин­дрический тяговый редуктор, который состоит из ведущей шестерни (малого зубчатого колеса), упругого зубчатого колеса и кожуха. Последний крепится к остову ТЭД и защищает зубчатые колеса редуктора от атмосферных осадков, пыли и грязи, а также служит емкостью для смазки зубчатого зацепления.


Ш е с т е р н я тягового редуктора изготовлена из хромоникелевой стали 12Х2Н4А ГОСТ 4543— 71. Она напрессовывается на конический (конусность 1:10) хвостовик вала якоря ТЭД тепловым способом, с предварительным на­гревом до температуры 170 °C. Прочность посадки шестерни обеспечивается натягом 1,3 — 1,45 мм. Для предотвращения сползания шестерни с коническо­го хвостовика вала в процессе эксплуатации она дополнительно закреплена гайкой с моментом затяжки 500 Н-м и законтрена отгибочной шайбой.

З у б ч а т о е к о л е с о (рис. 5) состоит из ступицы 18, напрессованной на ось колесной пары с натягом 0,16 — 0,22 мм, зубчатого венца 4, который соединен со ступицей при помощи двух тарелок 17, упругих элементов 23 и 24. Упругая связь зубчатого венца 4 со ступицей, состоящая из шестнадцати упругих элементов, равномерно расположенных по окружности колеса, при работе редуктора позволяет венцу занимать такое положение, при котором обеспечивается оптимальное зацепление двух зубчатых колес, т.е. наиболее полное прилегание по длине зубьев шестерни и колеса. Такие зубчатые колеса называют упругими и самоустанавливающимися.
Зубчатый венец 4 изготавливают из стали 45ХН. Рабочая поверхность зу­бьев подвергается поверхностной закалке, чем обеспечиваются их заданная твердость (HRC 51,5) и износостойкость. Перед сборкой упругого зубчатого ко­леса зубчатый венец проверяется с помощью магнитной дефектоскопии.

В конструкции упругого зубчатого колеса (см. рис. 5) применяют упругие элементы двух типов: восемь элементов 24 малой жесткости (1250 — 1350 кН-м) и восемь элементов 23 с большей жесткостью (4500 — 5000 кН-м). В ре­зультате достигается заданная жесткость упругого колеса в целом. Упругие элементы обоих типов состоят из пальца, на наружную поверхность которого насажены резиновые амортизаторы, предварительно вставленные в металли­ческие втулки.
При передаче механической энергии через зубчатое колесо в виде враща­ющего момента сначала в работу вступают упругие элементы 24 малой жестко­сти, затем при увеличении нагрузки, например, при трогании тепловоза с места, венец поворачивается примерно на один градус и в работу вступают более жесткие упругие элементы 23. В целом применение в тяговых редукторах тепловозов упругих зубчатых колес позволяет примерно в два раза уменьшить дина­мические воздействия в зацеплениях зубчатых колес редукторов и на столько же повысить долговечность работы тяговых редукторов в эксплуатации.

При сборке упругого зубчатого колеса между венцом 4 и ступицей 18 устанав­ливают 90 роликов 8 размером 15x25 мм, предназначенных для разгрузки упругих элементов от радиальных сил и относительного перемещения венца и ступицы ко­
леса.
Упругая подвеска тягового электродвигателя. При индивидуальном опор­но-осевом тяговом приводе тяговый электродвигатель одним концом через два моторно-осевых подшипника опирается на ось колесной пары, а другим с помощью упругой подвески опирается на раму тележки тепловоза. На отечественных тепло­возах, в основном, применяют так называемое траверсное подвешивание ТЭД.
Конструкция траверсы выполнена таким образом, чтобы можно было в условиях ремонтных депо без особого труда опустить в канаву неисправный колесно-мотор­ный блок без выкатки тележки из-под тепловоза.
Траверса (рис. 6) состоит из двух мощных литых балок: верхней 2 и нижней 5, между которыми расположены четыре цилиндрические пружины 3. Пружины 3 с помощью стяжных болтов 4 предварительно затянуты усилием 40 — 50 кН. Через крайние пружины 3 и опоры кронштейна 1 тележки пропущены направляющие стержни, предупреждающие возможность выпадения самой траверсы при движе­нии тепловоза. Средние пружины траверсы зафиксированы специальными труб­чатыми выступами, приваренными к балкам 2 и 5. Направляющие стержни 9 внизу фиксируются при помощи планок 8, закрепленных болтами 6 с гайками 7.
Такая конструкция упругой подвески ТЭД на раме тележки позволяет смягчить динамические удары, передаваемые на раму тележки и кузов тепловоза при коле­баниях его колесно-моторных блоков.

ГРУППОВОЙ ТЯГОВЫЙ ПРИВОД

Как отмечалось ранее, групповой привод колесных пар применяется на всех отечественных тепловозах с гидродинамическими передачами. Вращающий мо­мент от выходного вала гидропередачи к колесным парам тепловоза при таком типе привода может быть передан либо с помощью спарникового механизма, ана­логичного паровозному, либо карданным приводом, состоящим из шарниров (кар­данов), карданных валов и осевых редукторов.
С п а р н и к о в ы й м е х а н и з м нашел применение в тяговом приводе всех ма­невровых и промышленных тепловозов, построенных на заводе «Муромтепловоз»: ТГМ1, ТГМ23, ТГМ23А, ТГМ23Б, ТГМ23В, ТГМ23Д. Привод колесных пар (рис. 7) состоит из отбойного вала б и системы спарников 7, связывающих его с движущимися осями. На каждую сторону тепловоза устанавливают по три сочлененных между собой спарника: переднего, заднего и сред­него. Соединение колесных пар с рычагами осуществляется с помощью шарнирных валиков (пальцев) и стальных втулок, которые запрессованы в головки дышел. На рис. 7 показана схема со спарниковым приводом ко­лесных пар тепловоза ТГМ23Д. Реверс-режимный редуктор 3 тепловоза ТГМ23Д размещен в отдельном корпусе и соединен с гидропередачей с помощью карданного вала.

Такой тип группового тягового привода отличается простотой устройства и обслуживания, высокой надежностью и низкой стоимостью изготовления. Однако необходимость соединения всех осей рычажной передачей не позволяет использовать такой тяговый привод на тележеч­ных локомотивах. К недостаткам этого типа привода также нужно отнести повышен­ное динамическое воздействие экипажа на путь, особенно при высоких скоростях движения, из-за неуравновешенности больших масс узлов рычажного механиз­ма. Тем не менее, применение такого типа привода на бестележечных тепловозах Муромского завода, имеющих максимальную скорость движения 30 км/ч на манев­ровом режиме и мощность около 300 кВт, экономически оправдано.
К а р д а н н ы й п р и в о д колесных пар применен в конструкциях двухосных те­пловозов ТГК и ТГК2М мощностью 170 кВт Калужского машиностроительного заво­да. Дизель 1 и гидропередача 3 (рис. 8) размещены на раме тепловоза. Коленчатый вал дизеля соединен с входным валом гидропередачи посредством эластичной муфты 2. От выходного (турбинного) вала гидропередачи вращающий момент рас­пределяется по колесным парам 6 тепловоза с помощью карданных валов 4 и осе­вых редукторов 5.


Карданный привод также широко применяется в конструкциях тепловозов тележечного типа с гидравлическими передачами, выпускаемых Людиновским (ТГ16М, ТГМбД, ТГМ4Б и др.) и Камбарским (ТГМ40 и ТУ7А) тепловозостроительными заводами. Вращающий момент от дизеля (рис. 9) передается к гидропередаче ГДП через эластичную муфту 1. От выходного турбинного вала гидропередачи враща­ющий момент распределяется на колесные пары двух тележек: сначала через раз­даточные карданные валы 5 к средним осевым редукторам 3 колесных пар, далее промежуточными карданными валами 4 —• к крайним осевым редукторам 2 и на привод колесных пар.

Необходимо отметить, что применение группового тягового привода по срав­нению с индивидуальным позволяет значительно (до 30 %) повысить величину ко­эффициента сцепления. Другими словами, экипаж с групповым приводом обладает меньшей склонностью к боксованию, т.е. более высокими тяговыми свойствами, что очень важно при выполнении маневровой и вывозной работы локомотивов, а так­же технологических и межцеховых перевозок.
Итак, мы рассмотрели основные вопросы, связанные со способами передачи вращающего момента от тягового электродвигателя или гидропередачи к колес­ным парам тепловоза. Следующие, не менее важные вопросы,— это о том, как пере­дать силу тяги от ведущих колесных пар к рамам тележек и главной раме тепло­воза, о силовом взаимодействии экипажа локомотива и пути, а также об условиях устойчивого и безопасного движения в рельсовой колее. Эти и другие вопросы будут рассмотрены в следующей статье.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

Admin

Часть 15. БУКСОВЫЕ УЗЛЫ ЛОКОМОТИВОВ

Буксами называются узлы ходовой части подвижного состава, обе­спечивающие механическую связь вращающихся колесных пар с ча­стями экипажа, совершающими поступательное движение (например, рама тележки, рама тепловоза). Технический термин «букса» в русском языке появился как производная от немецкого слова «Buchse». Дело в том, что техническая и учебная литература по паровозам и паровозной тяге впервые стала издаваться в Германии. Вполне естественно, что подготовка специалистов по паровозам в XIX веке во многих странах мира, в том числе и в России, проводилась с использованием этой ли­тературы. Лишь в конце XIX века в нашей стране стала регулярно изда­ваться отечественная техническая (в том числе журналы), нормативная (например, «Правила технической эксплуатации железных дорог») и учебная литература по паровозам, в основном, благодаря деятельно­сти таких известных русских ученых-паровозников, как профессоры Н.П. Петров (1836 — 1920), А.П. Бородин (1848 — 1898), Ю.В. Ломоносов (1876 — 1952).
Буксы передают на буксовые шейки осей колесных пар вертикаль­ные нагрузки от веса тепловоза, продольные тяговые и тормозные усилия, а также поперечные оси пути усилия, возникающие при про­хождении локомотивом кривых участков пути. Буксовые узлы вместе с колесными парами также воспринимают от рельсовой колеи и пере­дают другим узлам экипажной части динамические нагрузки при дви­жении тепловоза по неровностям железнодорожного пути.

На рис. 1 показаны направления действия усилий (сил) на колесную пару с буксами при прохождении тепловозом неровности пути, а имен­
но:
2П-ц — доля веса локомотива, приходящаяся на буксы одной оси, где 2П — нагрузка от колесной пары на рельсы, q — вес колесной пары; FK — тяговое усилие, передаваемое от буксы через раму тепловоза движущемуся составу; Вт — тормозные силы;

Мк — вращающий момент, передаваемый на ось колесной пары от тягового электродвигателя посредством тягового редуктора.
Одновременно буксы через упоры 3 воспринимают и передают на раму тележки силы Y поперечного направления действия (вдоль оси у), возникающие при движении экипажа в кривых участках пути и при ко­лебаниях в прямых участках пути.
Несмотря на сравнительно небольшие значения размеров неров­ности рельсового пути h и L (например, h = 1 мм, L = 1,5... 2 м), при ее прохождении колесная пара, а вместе с ней и другие неподрессорен- уые узлы экипажа, получают значительные ускорения, порядка (10... 15)д (см. рис. 1). На буксовый узел колесной пары также действует рам­ная сила, величина которой может достигать до 90 кН. Все это приводит к значительным динамическим усилиям, передаваемым не только на узлы экипажной части, но и на тяговые электродвигатели локомотива и другие узлы колесно-моторных блоков (КМБ).

Значительно большие динамические нагрузки на экипажную часть движущегося подвижного состава возникают при эксплуатации в зим­нее время при суровых морозах, когда балласт смерзается и резко воз­растает жесткость верхнего строения железнодорожного пути, особен­но при использовании железобетонных шпал.

Одно из основных назначений верхнего строения пути — гасить (рассеивать) энергию движущихся поездов посредством упругой де­формации элементов верхнего строения пути: балласта, шпал и рель­сов. Это явление в теории тяги поездов называют диссипацией (рассе­янием) энергии поезда в пути. Так, если для тепловозов масса одной колесной пары составляет примерно 1,5 т (вес — 15 кН), то при про­хождении колесной парой неровности пути с замерзшим балластом или стыка рельсов и полученном при этом ускорении 10д на неподрес- соренную часть экипажа локомотива будет действовать сила порядка 150 кН (15 т).
Однако следует отметить, что время прохождения колесной парой неровности пути или стыка рельсов (зазор между рельсами обычно со­ставляет 5 мм) и действия этих динамических сил очень малы. Тем не менее, для снижения воздействия на тепловоз этих значительных дина­мических усилий необходимо осуществить разделение масс колесных пар и экипажа и обеспечить их относительные перемещения с помо­щью упругих связей и амортизаторов по координатам х, у, z (см. рис. 1), что, собственно, и должны обеспечить буксовые узлы локомотива.
Буксовые узлы локомотивов работают в тяжелых условиях эксплу­атации: большие величины воспринимаемых усилий во время движе­ния (вертикальные возрастают в 1,3 — 1,7 раза по сравнению со стати­ческими; продольные тяговые и тормозные — 30... 40 кН; поперечные рамные — 80... 90 кН), значительные динамические нагрузки, широ­кий диапазон изменения температуры окружающего воздуха от -50 до +50°С. Качество конструкции буксового узла также оказывает не­посредственное влияние на энергетические показатели локомотивной тяги (расход топлива или электроэнергии), плавность хода и безопас­ность движения подвижного состава, ресурс работы и другие.
Основной частью букс локомотивов являются подшипники, в кото­рых вращается ось колесной пары. Рассмотрим особенности и основ­ные свойства конструкций буксовых узлов в той исторической после­довательности, как они применялись на локомотивах.

История развития конструкций букс автономных локомотивов.

Буксы с п о д ш и п н и к а м и с к о л ь ж е н и я стали применяться уже на первых локомотивах — паровозах. Напомним читателю, что первый в мире работоспособный паровоз — паровоз Стефенсона был построен в 1814 г., а в 1825 г. в Англии была открыта первая в мире магистральная железная дорога, на которой эксплуатировались паровозы, оборудо­ванные буксами с подшипниками скольжения.

Буксы первых локомотивов по форме внешне сильно походили на ящик. Поэтому название «букса» с английского языка «Ьох» и немецкого «Buchse» так дословно и переводит­ся на русский — ящик, коробка. Современные буксовые узлы локомотивов, при кажущей­ся простоте конструкции, мало напоминают ящик. Они являются ответственной частью эки­пажа подвижного состава, от которой зависит безопасность движения поездов, и состоят из следующих основных элементов: подшипни­ков, корпуса, упоров, уплотняющих деталей, упругой вертикальной связи и устройств про­дольного и поперечного соединений с рамой экипажа.
Вернемся к буксам с подшипниками сколь­жения, которые в нашей стране устанавливали вплоть до 1953 г. практически на всех сериях отечественных тепловозов (ТЭ1, ТЭ2 и др.), электровозов (ВЛ 19, ВЛ22 и др.) и почти на всех типах вагонов.
В зависимости от расположения буксовых шеек на оси колесной пары (внешнее или внутреннее) буксы с подшипниками скольжения изготавливали закрытого типа (рис. 2) для тележечных экипажей (те­пловозы и электровозы) и разъемными — при расположении колес­ных пар в жесткой раме локомотива (паровозы).
В корпусе 1 буксы (см. рис. 2), уплотненном манжетой 2, относитель­но оси 3 колесной пары установлен буксовый камень 5, посредством которого на шейке оси удерживается от поворота бронзовый вкладыш 4, залитый антифрикционным сплавом (баббит марки Б1б).
Для восприятия поперечных усилий и ограничения поперечного перемещения оси колесной пары в корпусе 1 буксы имеется стальной осевой упор 8, армированный бронзой и смазываемый жидкой смаз­кой совместно с торцом оси при помощи фитиля 9. В нижней части буксы размещены подбивочные валики 10, подающие жидкую смазку к шейке оси. Контроль технического состояния буксы и уровня смазки, а также пополнение смазки осуществлялись через торцевой проем кор­пуса 1 буксы, закрытый крышкой 7.
Вертикальная нагрузка от рамы тележки передается на корпус бук­сы посредством опор б надбуксовых балансиров, соединенных с упру­гими элементами и далее через буксовый камень 5 и вкладыш 4 — к шейке оси. Корпус буксы размещается в брусковой раме тележки бла­годаря буксовому вырезу, обеспечивающему поступательное перемещение рамы тележки относительно корпуса буксы.
Буксы с подшипниками скольжения имеют следующие принципиальные недостатки: по­вышенное сопротивление движению локомо­тива, низкая эксплуатационная надежность, большой расход дефицитных цветных ме­таллов, необходимость частого (практически ежедневного) контроля и обслуживания, зави­симость сопротивления движению от темпера­туры окружающего воздуха.
Принципиальные недостатки, присущие буксовым узлам с подшипниками скольжения, обусловили переход железных дорог к кон­струкциям букс подвижного состава с п о д ­ш и п н и к а м и к а ч е н и я (применены на всех сериях отечественных тепловозов — на­чиная с ТЭЗ, серийный выпуск которых был начат в 1953 г.), что явилось одним из важных аспектов прогресса на железнодорожном транспорте. Выпуск пассажирских вагонов с буксами с подшипниками скольжения в нашей стране был прекращен в 1960 г., а грузовых ва­гонов — в 1983 г. В настоящее время практиче­ски весь парк подвижного состава российских железных дорог оборудован буксами с под­шипниками качения. Однако в эксплуатации находится относительно небольшое количе­ство грузовых вагонов промышленного транс­порта, оборудованных буксами с подшипника­ми скольжения.


Подшипники качения практически во всем диапазоне скоростей движения и, особенно, при трогании с места имеют значительно мень­шее (в 5 — 8 раз) удельное сопротивление дви­жению по сравнению с подшипниками скольже­ния, что дает большой экономический эффект, связанный, в первую очередь, с уменьшением расхода энергоресурсов на тягу поездов.
Буксовые узлы, применяемые на локомо­тивах, различными способами соединяются с рамами тележек. Одной из первых и достаточ­но распространенных конструкций букс с под­шипниками качения является так называемая ч е л ю с тн а я б у кс а (тепловозыТЭЗ,2ТЭ10Л, ТЭП10, М62, ТЭМ2У, ТГМ23, ТГМ4, ТГМб и др.), размещаемая с неболь­шим зазором между двумя кронштейнами — челюстями 1 (рис. 3), при­варенными к боковине тележки 2. При движении колесной пары по неровностям пути и в процессе деформации упругих элементов рес­сорного подвешивания корпус буксы 3 вместе с осью 4 перемещается по оси z относительно челюстей тележки, при этом со стороны прило­жения силы тяги FK между корпусом буксы и кронштейном развивается сила трения FTp — yFK, (ц — коэффициент трения скольжения), препят­ствующая перемещению буксы. Трущиеся поверхности корпуса 3 бук­сы и челюстей 1 снабжаются специальными наличниками, сменяемыми в процессе ремонта локомотива. Конструкция корпуса буксы обеспе­чивает подачу смазки к наличникам, что способствует уменьшению сил трения и снижению износа деталей.

На рис. 4 показана конструкция челюстной буксы крайней колесной пары тележки тепловоза М62 с двумя роликовыми подшипниками ка­чения. Внутренний диаметр подшипников 160 мм (соответствует диа­метру шейки оси), наружный — 290 мм. Между кольцами роликовых подшипников установлены дистанционные кольца 5 и 6. Внутренние кольца роликовых подшипников насаживают на буксовую шейку оси колесной пары с натягом 0,35... 0,65 мм. Расчетная долговечность под­шипников — 3,5... 4 млн. км пробега. Подшипники 7 с цилиндриче­скими роликами обеспечивают необходимый поперечный разбег колесной пары. При этом поперечные усилия Y передаются на стальной корпус 8 буксы посредством осевого упора скольжения 12, имеющего упругое перемеще­ние, благодаря пружине, установленной между упором и корпусом буксы с предварительной затяжкой 16 кН. Осевой упор 12 имеет бронзо­вую или капроновую наделку, в которую опира­ется торец оси колесной пары при поперечных перемещениях.
Лабиринтное кольцо 3 горячим способом с натягом напрессовывают на предподступич- ную часть оси до упора в галтель. Нагрев коль­ца 3 производится в индустриальном масле; температура нагрева — 100... 120°C. Передняя крышка 10 и перегородка образуют ванну для жидкой смазки, которая подается к фитилю 9 осевого упора.
Свободный разбег крайних колесных пар тепловоза М62 составляет 0,58... 1,78 мм на сторону; в эксплуатации допускается суммар­ный зазор до 5 мм во избежание значительных перекосов оси в тележке тепловоза. Упругий разбег на сторону равен 11 мм (суммарный упругий разбег — 22 мм). Средняя ось имеет разбег на сторону 14... 15 мм (суммарный 28... 29 мм). Буксы средних колесных пар имеют не­подвижный упор.
Применение на крайних колесных парах букс с упругими осевыми упорами позволяет осуществить более равномерную передачу усилий от оси колесной пары к раме тележки и способствует плавному поворо­ту тележки при прохождении кривых участков пути, а также повышает плавность хода при высоких скоростях движения.

Роликовые подшипники челюстных букс смазываются жидкой или консистентной смазкой, осевой упор скольжения — жидкой смазкой с помощью фитиля 9. Существенным недостатком челюстного буксового узла является повышенный износ трущихся поверхностей, возникнове­ние ударных нагрузок, высокая трудоемкость технического обслужива­ния и ремонта, применение в одном узле двух видов смазки. Наличие зазоров между корпусами букс и челюстями приводит к произвольному перемещению колесных пар тележки в продольном и поперечном на­правлениях, что увеличивает виляние экипажа локомотива в рельсовой колее. Подобное явление увеличивает сопротивление от трения сколь­жения движению локомотивов и приводит к повышению расхода энер- _ горесурсов на тягу поездов.
На ряде серий зарубежных маневровых тепловозов (ЧМЭ2, ЧМЭЗ и др.) и пассажирских электровозов (ЧС1, ЧС2, ЧСб, ЧС8, ЧС200 и др.), поставлявшихся в советские времена из Чехословакии, применены бук­совые узлы с подшипниками качения, имеющие связь корпуса букс с рамой тележки посредством цилиндрических направляющих. Такой тип буксы локомотивов получил название б у к с о в ы й у зе л с ц и л и н ­д р и ч е с к и м и н а п р а в л я ю щ и м и .

Цилиндрические направляющие запрессовываются в раму тележки локомотива и соединяются с приливами буксы через резинометалличе­ские блоки.
Такая конструкция буксового узла позволила преодолеть некото­рые недостатки, присущие челюстным буксовым узлам локомотивов.
Прежде всего, оказалось возможным обеспечить скользящую посадку узлов трения скольжения буксы, т.е. свести зазор между корпусом бук- _ сы и частями рамы тележки к минимуму. В результате удалось повысить ' устойчивость движения тележек тепловоза из-за уменьшения эффекта виляния экипажа локомотива в рельсовой колее и улучшить динамику и плавность хода локомотива. Эта конструкция буксового узла достаточ- — но удобна при обслуживании и ремонте, имеет меньший вес по сравне­нию с челюстной буксой.
К недостаткам буксового узла с цилиндрическими направляющими следует отнести следующее: необходимость постоянного в эксплуата­ции добавления смазки в узел трения, большой расход дефицитных цветных металлов (бронзы), заметная неравномерность нагружения буксовых подшипников и другие.

Более совершенной конструкцией является б у к с о в ы й у з е л с ш а р н и р н о - п о в о д к о в ы м м е х а н и з м о м , который приме­нен практически на всех эксплуатируемых магистральных тепловозах (2ТЭ10У, ЗТЭ10М, 2ТЭ116У, 2М62У, ТЭПбО, ТЭП70, ТЭП70БС, 2ТЭ25КМ, _ 2ТЭ25АМ, 2ТЭ70 и др.). В таком типе буксового узла, который также на­зывают бесчелюстной буксой, значительно уменьшены потери энергии на трение скольжения и связанный с этим интенсивный износ деталей буксы и оси колесной пары.
Следует отметить, что впервые буксовые узлы с шарнирно-повод­ковым механизмом, с поводками, расположенными в разных уров­нях, применила на своих локомотивах известная французская фирма «Альстом» («Alstom»).
Устройство буксовых узлов с шарнирно-поводковыми механизмами отечественных тепловозов примерно одинаковое, различаются конфи­гурация корпусов букс, их крепление, типы подшипников качения, ко­личество поводков, некоторые размеры и ряд других.
Конструкцию бесчелюстной буксы рассмотрим на примере буксо­вого узла грузового тепловоза 2ТЭ116У (рис. 5). Корпус 9 бесчелюстной буксы выполнен в виде отливки из стали 25ЛII. Он двумя поводками 2, _ расположенными в разных уровнях (кососимметрично), соединен с ра­мой тележки тепловоза. Валики поводков закрепляют в трапециевид­ных пазах корпуса 9 буксы и рамы тележки.
В цилиндрическую расточку корпуса 9 буксы установлены по сколь- — зящей посадке до упора в заднюю крышку б два наружных кольца роликовых подшипников и между ними — дистанционное кольцо 10.

Для букс тепловозов используются роликовые подшипники серии 30-32532Л1М (160x290x80 мм). Внутренние кольца этих подшипников — горячей посадкой напрессовывают на буксовую шейку оси с натягом 0,035... 0,065 мм. Между кольцами роликовых подшипников установле­ны дистанционные кольца 10 и 11. Для предотвращения сползания вну­тренних колец подшипников с шейки оси служит стопорное кольцо 14.
Разность радиальных зазоров в подшипниках одного буксового узла допускается не более 0,03 мм. Этим обеспечиваются более равномерное распределение нагрузки от веса тепловоза по длине буксовой шейки оси _ колесной пары и повышение срока службы буксового узла в целом.
Корпус 9 буксы с обеих сторон закрыт крышками 6 и 17. Задняя крышка 6 вместе с кольцом 3 образуют лабиринтное уплотнение, кото­рое в эксплуатации заполнено смазкой. Лабиринтное кольцо 3 горячим — способом с натягом напрессовывают на предподступичную часть оси до упора в галтель. Нагрев кольца 3 производится в индустриальном масле, температура нагрева — 120... 150°C. Лабиринтное уплотнение препятствует попаданию внутрь корпуса буксы пыли и грязи.
В передней крышке 17 буксы смонтирован осевой упор. Основным элементом осевого упора является упорный шарикоподшипник 15 се­рии 8320 (100x170x55 мм), который через упор 19 пружиной 18 с усили­ем затяжки 2 кН прижимается к торцу оси колесной пары.
Одно кольцо шарикоподшипника 15 установлено на торцевой про­точке оси, а второе — на упоре 19 с натягом 0,003... 0,016 мм. Осевой упор удерживается в крышке 17 от выпадения при демонтаже стопор­ным кольцом 14. Между фланцами передней и задней крышек и корпу- __ сом буксы прокладываются уплотнения 7 и 22 в виде шелковых шнуров.
Таким образом, в поводковых буксах, в отличие от челюстных букс со скользящими осевыми упорами (см. рис. 4), применены упорные ша­рикоподшипники. Это позволило конструкторам исключить из буксово-— го узла детали, работающие в условиях трения скольжения, увеличить срок службы и уменьшить габаритные размеры буксы, а также вместо двух видов смазки применить консистентную смазку марки ЖРО ТУ 32ЦТ-520—83.

Конструкции буксовых узлов крайних и средней осей колесных пар трехосной тележки тепловоза имеют различия. Для крайних колесных пар на крышке буксы наносится маркировка «КР» высотой 10 мм. В вы­точку крышки буксы крайних колесных пар вмонтирован амортизатор 1 б, который состоит из двух металлических пластин толщиной 2 мм и ре­зинового элемента, привулканизированного между этими пластинами.
Для средних колесных пар, на крышке которых наносится марки- __ ровка «СР», резинометаллический амортизатор не применяется. Разбег крайних колесных пар тележки за счет сжатия резиновых элементов амортизаторов букс составляет 3... 4 мм. Свободный разбег оси сред­ней колесной пары значительно больше — 28 мм (по 14 мм на сторону), — что обусловлено отсутствием амортизаторов, толщина которых и со­ставляет эту величину.

Консистентная смазка ЖРО в количестве 2,5 кг на буксу закладыва­ется в роликовые подшипники, осевой упор передней крышки и лаби­ринтное уплотнение в задней крышке поводковой буксы. Дозаправка смазки ЖРО в буксовый узел тепловозов производится через отвер­стие с конической пробкой 23, расположенное в нижней части корпуса буксы.
Корпус 9 бесчелюстной буксы имеет приливы для установки пружин рессорного подвешивания в разных уровнях (см. рис. 5), что позволяет ему также выполнять роль балансира и способствует более равномер- __ ной передаче нагрузки на буксовые подшипники.
Двухповодковые бесчелюстные буксы также применены на пас-. сажирских тепловозах ТЭП70 и ТЭП70БС Коломенского завода. Корпус буксы 1 тепловоза ТЭП70БС имеет цилиндрическую форму с диаметром расточки под подшипники 29О+0'05 мм и отлит из стали марки 25Л с при­ливами для крепления двух поводков и буксового балансира (рис. 6).
Буксы крайних и средних колесных пар тележки тепловоза ТЭП70БС за­метно отличаются друг от друга комплектом подшипников, наружной крышкой 7 и некоторыми деталями. Эти различия в конструкции букс обусловлены тем, что у средних колесных пар каждой тележки тепло­воза ТЭП70БС, в отличие от крайних, предусмотрен поперечный разбег оси, равный ±14 мм.
В буксах крайних осей (см. рис. 6,а) установлены по два радиаль­ных подшипника 12 с короткими цилиндрическими роликами серии 3032532Л1М, которые предназначены для восприятия радиальных нагрузок от веса локомотива. Между кольцами роликовых подшипни­ков 12 находятся дистанционные кольца 4 и 5. Наружные кольца под­шипников 12 устанавливают в корпусе 1 буксы по скользящей посадке.
Для восприятия осевых усилий, возникающих в буксе при движении тележек в колее, предназначен однорядный шариковый подшипник 10 серии 80232Л1, который практически разгружен от радиальных сил.
Шариковый подшипник 10 ставят с осевым разбегом (люфтом) 0,5 — 1 мм, чтобы предотвратить осевое защемление подшипников крайней колесной пары. На крышках букс крайних осей размещены датчики скорости движения тепловоза.
В буксах средней оси каждой тележки (см. рис. 6,6) установлены по два радиальных подшипника с короткими цилиндрическими роликами серии 30.152.532Л1М, которые обеспечивают поперечные перемеще­ния оси относительно корпуса буксы (разбег оси). Разбег оси в буксе средней оси ограничивается величиной ±14 мм, для чего установлены плоские упорные кольца 16 и 19, которые также воспринимают осевые усилия, выполняя функции шарикового подшипника крайних осей.
Лабиринтные кольца 2 и 17 обеспечивают защиту внутренней поло­сти букс от попадания загрязнений, а также предотвращают вытекание консистентной смазки ЖРО из подшипниковых узлов буксы. С наружной стороны каждая букса закрыта крышкой 7, под которую установлены проставочные полукольца. С помощью изменения толщины проставоч­ных полуколец регулируется центральное положение буксы относи­тельно середины роликовых подшипников средней оси тележки.

Оригинальные конструкции одноповодковых буксовых узлов со сдвоенными (кассетными) коническими подшипниками примене­ны на современных тепловозах 2ТЭ25АМ Брянского завода. Корпус 1 одноповодковой буксы (рис. 7) отлит из стали марки 25Л с приливами ля размещения двух пружин буксовой ступени рессорного подвеши­вания тепловоза и крепления одного поводка. Конструкции корпусов букс крайних и средних колесных пар тележки тепловоза 2ТЭ25АМ не­сколько отличаются друг от друга. Эти различия обусловлены тем, что в корпусах букс крайних колесных пар каждой трехосной тележки тепло­воза предусмотрены крепления гидродемпферов, обеспечивающих гашение вертикальных и горизонтальных колебаний кузова тепловоза относительно рам тележек.
Корпуса 1 букс всех колесных пар тележки соединены горизонталь­ными буксовыми поводками длиной 700 мм: средней колесной пары — с кронштейнами рамы тележки; крайних — с поперечными балансира­ми. Так как тележки тепловоза 2ТЭ25АМ оборудованы специальным механизмом синхронизации положения колесных пар, осевые упоры в виде шарикоподшипников в буксах отсутствуют. Механизм синхрони­зации положения колесных пар каждой тележки обеспечивает согла­сованное расположение осей колесных пар при движении тепловоза на прямых и кривых участках пути за счет выравнивания скоростей от­носительного скольжения левого и правого колес крайних колесных пар тележки.
В буксах всех осей тележки (см. рис. 7) установлен сдвоенный (кассетный) конический подшипник типа SP класса G7"x14" фирмы «Тимкен» (США), который предназначен для восприятия радиальных нагрузок от веса локомотива и горизонтальных сил. Два внутренних кольца конического подшипника 7 горячей посадкой напрессовывают на буксовую шейку оси колесной пары. Между внутренними кольцами сдвоенного конического подшипника 7 устанавливают дистанционное кольцо б. Для предотвращения сползания внутренних колец кониче­ского подшипника с шейки оси служат стопорное кольцо 12, которое болтами 10 крепится к торцу оси, и упорное кольцо 3, которое, в свою очередь, упирается в галтель оси колесной пары.

Наружное кольцо конического подшипника 7 устанавливают в кор­пусе 1 буксы по скользящей посадке. Корпус 1 буксы с обеих сторон закрыт крышками 2 и 13, которые крепятся болтами к корпусу буксы и фиксируют положение наружного кольца конического подшипника 7.
Лабиринтные кольца 8 с манжетами 5 обеспечивают защиту внутрен­ней полости букс от попадания загрязнений, а также предотвращают вытекание пластинчатой смазки Буксол из подшипникового узла бук­сы. С наружной стороны каждая букса закрыта крышкой 11.
Поводки бесчелюстных букс. Поводок (рис. 8) состоит из сталь­ного литого корпуса с двумя головками, имеющими цилиндрические расточки. В головки поводка запрессовывают длинный и короткий амортизаторы с натягом 0,06... 0,16 мм. Длинный амортизатор также собирают прессовым способом. Он состоит из валика 5, двух металли­ческих 2 и резиновых 3 втулок, а также дистанционного полукольца 1.
Короткий амортизатор имеет одну резинометаллическую втулку, со­стоящую из металлической 13 и резиновой 12 втулок.

Перед запрессовкой резиновые и металлические втулки смазывают смесью, состоящей из 30 % касторового масла и 70 % этилового спирта.
Собранные амортизаторы выдерживают в течение 20 дней при темпе­ратуре 15... 30°C без доступа света. Такая технология сборки аморти­затора обеспечивает надежное сцепление его резиновых и металличе­ских втулок.
Степень радиального поджатия втулки (это отношение разности толщин втулки до и после запрессовки к толщине втулки в запрессо­ванном состоянии) составляет 0,45... 0,46.

Валики 5 и 8 имеют хвостовики, выполненные в трапециевидной форме. С помощью этих хвостовиков валики вставляют в соответству­ющие пазы на раме тележки и корпусе буксы и закрепляют болтами М20х80 с моментом затяжки не менее 150 Н-м.
На торцовых поверхностях поводка (с обеих сторон) установлены торцовые амортизаторы, каждый из которых состоит из двух шайб 9 и 11 и резинового кольца 10. Резиновое кольцо 10 амортизатора выпол­нено из резины марки 2959 или 120С толщиной 16 мм, оно вулканиза­цией соединено с нижней шайбой (кольцом) 11. Для предотвращения проворачивания торцового амортизатора при вертикальных коле­баниях экипажа в резинометаллической втулке установлены четыре штифта 4 (см. рис. 8).
Основное назначение торцовых амортизаторов поводков буксово­го узла — улучшение горизонтальной динамики тепловоза при пере­даче через поводки тяговых или тормозных усилий на раму тележек.
Поводки устанавливают в буксовые узлы тепловоза при опущенном на тележки кузове. Поэтому в статическом состоянии (при остановке тепловоза) торцовые амортизаторы поводков не нагружены.

Таким образом, применение поводков с резинометаллическими элементами и торцовыми амортизаторами, а также наличие упругих осевых упоров в буксовом узле обеспечивают упругую связь между ко­лесной парой и рамой тележки при действии динамических и статиче­ских сил в трех направлениях: продольном — тяговые FK и тормозные усилия Вт; поперечном — сила Y; вертикальном — сила веса 2П-ц, что значительно улучшает динамику тепловоза в эксплуатации В целом, применение на тепловозах поводковых букс, по сравнению с челюстными буксами, обеспечило: более высокую эксплуатационную надежность; увеличение срока службы; уменьшение основного сопро­тивления движению и, соответственно, снижение расхода топлива; со­кращение затрат на техническое обслуживание и ремонт экипажной части тепловозов и другие.
В конструкциях поводковых бесчелюстных букс значительно сниже­но трение в узле; при деформации буксовых пружин и резинометалли­ческих шарниров в поводках корпус буксы, неизбежных при движении локомотива по колее, имеется возможность упругого вертикального перемещения корпуса буксы на величину порядка ±20 мм и небольшо­го поперечного перемещения — около 1 — 2 мм.
Буксовый узел с поводками обычно также включает в себя фрик­ционный гаситель колебаний или гидравлический демпфер, который устанавливается между корпусом буксы и рамой тележки. Силы тре­ния гасителя или демпфера создают сопротивление движению соеди­няемых частей и способствуют рассеиванию энергии колебаний, что улучшает динамические качества экипажа по сравнению с экипажем, имеющим челюстные буксовые узлы. О работе гасителей колебаний и демпферов локомотивов мы поговорим в следующей статье.

Простота конструкции поводкового буксового узла, отсутствие тру­щихся деталей, удобство обслуживания и ремонта и более высокая на­дежность обусловили его широкое применение на локомотивах раз­личного рода службы.
К недостаткам поводкового буксового узла следует отнести нена­дежную работу резинометаллических элементов поводков в зимнее время, особенно при очень низких температурах окружающего воз­духа.
Итак, нами рассмотрены узлы, обеспечивающие связь колесной пары с рамой тележки. Ранее были изложены особенности конструк­ции колесных пар локомотивов и условия их работы. В следующей ста­тье будут рассмотрены конструкция и свойства рессорного подвеши­вания и устройства связи тележек с рамой кузова.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

Admin

Часть 16. ТЕЛЕЖКИ И РЕССОРНОЕ ПОДВЕШИВАНИЕ ТЕПЛОВОЗОВ

В конструкциях современных магистральных локомотивов стран мира наибольшее распространение получили тележеч­ные экипажи. На отечественных грузовых и пассажирских тепло­возах применяют самые разнообразные конструкции тележек, которые различаются: числом осей, типом букс, способом под­вешивания тяговых электродвигателей (ТЭД), типом рессорного подвешивания и рядом других конструктивных исполнений.

Тележка тепловоза объединяет в одно целое колесные пары, буксы, тяговые электродвигатели с системой подвешивания и тяговые редукторы. Эти, ранее рассмотренные узлы ходовой ча -, сти тепловоза, а также рессорное подвешивание, с которым еще предстоит нам познакомиться, связаны друг с другом через раму тележки. На раме тележки, которая является самым напряжен­ным элементом экипажной части, также размещаются устрой­ства связи тележки с кузовом (рамой) тепловоза. К числу этих устройств относят опорно-возвращающие устройства (опоры) и шкворневой узел.
На тепловозах, в основном, применяют двух- и трехосные тележки. Четырехосные тележки применены на магистральных тепловозах с повышенной (4400 — 6000 кВт) секционной мощ­ностью, например, на опытных пассажирских тепловозах ТЭП80, а также скоростных электровозах ЭП200 Коломенского завода и на маневрово-вывозных тепловозах ТЭМ7, ТЭМ14 Людиновского завода, предназначенных для выполнения тяжелой горочной ра­боты.

На отечественных грузовых теплово­зах третьего поколения (2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2ТЭ10У, 2М62У, 2ТЭ116, 2ТЭ116У, 2ТЭ116УД,
ТЭ109) применена унифицированная бес­челюстная трехосная тележка с индивиду­альным рессорным подвешиванием (рис. 1).
Индивидуальный привод каждой колесной пары такой тележки осуществляется от тя­гового электродвигателя постоянного тока через одноступенчатый цилиндрический тяговый редуктор.

Опорно-возвращающие устройства тепловоза предназначены: для передачи вертикальной нагрузки от веса кузова с обо­рудованием на тележки; удержания тележек во время движения тепловоза (например, при вилянии экипажа) в положении, при ко­тором ее продольная ось совпадает с осью тепловоза; для обеспечения ограниченного поворота тележек относительно оси кузо­ва при прохождении тепловозом кривых участков пути, а также для возвращения тележек в первоначальное положение при ее отклонении от оси тепловоза.


На отечественных тепловозах нашли практическое применение следующие типы опорно-возвращающих устройств: > роликовые опоры с постоянным воз­вращающим моментом и моментом трения применены на тепловозах ТЭЗ, ТЭ7,2ТЭ10Л, ТЭМ2 и др.; > резино-роликовые опоры — на те­пловозах 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2М62У, 2ТЭ116У, 2ТЭ116УД и др.;

> маятниковые опоры — на тепловозах ТЭПбО и ТЭП70 (№ 1 — 7);

> пружинные опоры — на современных тепловозах ТЭП70, ТЭП70БС, 2ТЭ25А, 2ТЭ25АМ, 2ТЭ25КМ.

Рассмотрим узлы связи кузова и рамы тележки на примере се­рийного грузового тепловоза 2ТЭ116У нового поколения, который поставлялся с 2007 г. на российские железные дороги Луганским заводом. Нагрузка от кузова с оборудованием передается на раму тележки посредством четырех резинометаллических опор 3, рас­положенных на боковинах 1 рамы (см. рис. 1). Каждая из четырех подвижных опор 3 опорно-возвращающего устройства состоит (рис. 2) из литого стального корпуса б, внутри которого находится подвижный механизм, состоящий из верхней опоры 1 и цилинд­рических роликов 9, удерживаемых на опоре обоймами. Нижняя опорная плита 8 подвижного механизма прикреплена болтами к корпусу б опоры, который, в свою очередь, размещен на боковине рамы 7 тележки. Поверхности качения опорных плит выполнены наклонными, угол их наклона составляет 2°.
При движении тепловоза по колее, особенно в кривых участ­ках пути, на поверхности роликов возникают большие контакт­ные напряжения. Для обеспечения эксплуатационной надежно­сти и заданного ресурса работы ролики подвижного механизма изготавливают из легированной стали 40Х и закаливают на глуби­ну до 3 мм до твердости по Роквеллу не ниже HRC 54 — 60.


На верхнюю опору 1 (см. рис. 2) устанавливается упругий комплект, который состоит из семи резинометаллических эле­ментов 2. Каждый такой элемент представляет собой резиновую шайбу толщиной 30 мм, привулканизированную к двум сталь­ным пластинам. Резиновую шайбу изготавливают из резины 7-ИРП-1347. Рабочее положение упругого элемента фиксирует­ся стаканом 3.
Каждый упругий элемент до установки на тепловоз проходит стендовые испытания, при которых определяется его высота под нагрузкой, равной 140 кН. На одну тележку тепловоза подбирают упругие элементы, у которых отклонение высоты под нагрузкой не превышает величину в 1 мм. Этот параметр также можно регу­лировать регулировочной пластиной 4 (см. рис. 2).
Передние (ближние к автосцепке) опоры 3 опорно-возвраща-1 ющего устройства (см. рис. 1) расположены по радиусу 1632 мм относительно центра шкворня 9, задние — по радиусу 1232 мм.

Такое расположение опор сделано для выравнивания нагрузок от колесных пар на рельсы.
Каждая опора выполняет функции опорно-возвращающего устройства и состоит из двух ступеней: нижняя жесткая сту­пень — роликовая опора качения, верхняя упругая — семь резинометаллических элементов. Роликовая опора качения обеспечивает поворот тележки относительно кузова (не более чем на 3 — 4°) и возврат ее в первоначальное положение по­средством наклонных поверхностей опор, по которым перека­тываются ролики.

Важное место в узлах связи тележек и кузова занимает шквор­невое устройство (шкворень). Шкворень предназначен для передачи горизонтальных (тяговых и тормозных) и поперечных усилий от рамы тележки к раме и кузову тепловоза. Он также яв­ляется центром поворота тележки относительно кузова.
Необходимо отметить, что на тепловозах старой постройки (ТЭЗ, М62, 2ТЭ10Л, ТЭМ2 и др.) тележки могли только поворачи­
ваться относительно жесткого шкворня. Шкворневое устройство тележки тепловозов более поздних выпусков (2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2ТЭ10У, 2ТЭ116У, 2ТЭ116УД, 2М62У и др.) уже может перемещать­ся в поперечном направлении на ±40 мм (рис. 3).


Это перемещение шкворня улучшает динамику экипажа при прохождении тепловозом кривых участков пути и позволяет обе­спечить более плавное вписывание его экипажа, создает устой­чивое положение тележек под тепловозом (уменьшается эффект виляния). При этом также уменьшается воздействие экипажа на путь и улучшаются динамико-прочностные показатели работы экипажной части тепловозов в целом.
Для уменьшения износа шкворневого узла, работающего в ус­ловиях трения скольжения, его поверхность смазывается осевым маслом с помощью специальной масленки.
Опорно-возвращающее устройство тепловозов
2ТЭ116У ра­ботает совместно со шкворнем следующим образом. При входе тепловоза в кривую его тележка поворачивается вокруг центра шкворня относительно продольной оси тепловоза. При повороте тележки ролики подвижного механизма каждой из четырех опор набегают на наклонные поверхности опорных плит.
Кузов тепловоза под действием центробежной силы Fy6 от кривой радиусом R (Fu6 = V2/R, где V — скорость движения) сме­щается в поперечном относительно оси пути направлении за счет сжатия упругих комплектов опор. При этом максимальное пере­мещение кузова ограничено жесткостью резины комплектов и составляет 20 мм. Затем вступает в работу пружина шкворневого устройства — за счет ее сжатия кузов может перемещаться в по­перечном направлении дополнительно еще на 40 мм.
При вступлении тепловоза на прямой участок пути происхо­дит возвращение тележек в первоначальное (до входа в кривую) положение при действии возвращающего момента от горизон­тальных сил, возникающих от наклонных поверхностей опор и действия пружины шкворневого устройства. Необходимо заме­тить, что кроме возвращающего момента при повороте тележек в опорах возникают силы трения, которые способствуют умень­шению эффекта виляния экипажа при движении тепловоза, в том числе и на прямых участках пути. После прохождения кривого участка пути ролики занимают среднее положение относительно наклонных поверхностей опорных плит.

На бесчелюстных унифицированных тележках отечественных пассажирских тепловозов ТЭП70 (начиная с восьмого номера) и ТЭП70БС (рис. 4) применено опорно-возвращающее устройство, которое состоит из восьми комплектов высоких пружин 1 типа «Флексикоил» второй ступени (по четыре с каждой стороны) и упругого шкворневого устройства с низким расположением шкворня 5.
Возвращающая сила в таком устройстве возникает вслед­ствие сопротивления пружин поперечному сдвигу. Пружины в этом случае выполняют двойную функцию: служат опорами и обеспечивают возврат тележек в первоначальное положе­ние после прохождения тепловозом кривых участков пути.
Перемещение шкворня в поперечном направлении ограниче­но величиной 60 мм. Из них 30 мм составляет свободный ход, оставшиеся 30 мм — за счет деформации пружин шкворневого устройства.
В связи с тем, что шкворневое устройство предназначено для передачи тяговых и тормозных усилий от рамы тележки к главной раме тепловоза, низко опущенный (до уровня осей колесных пар тележки) шкворень 5 смещен относительно средней оси тележки на 770 мм.
Рессорным (упругим) подвешиванием называется совокуп­ность упругих элементов, связанных с передачей вертикальных нагрузок в конструкции экипажной части тепловоза. При движе­нии тепловоза по рельсовой колее рессорное подвешивание вы­полняет следующие функции:

- передает силы тяжести (вес) кузова и оборудования тепло­воза на оси колесных пар;

- смягчает (снижает) динамическое воздействие сил, действу­ющих на локомотив со стороны пути, и гасит вертикальные коле­бания его экипажа;

- более равномерно распределяет вес оборудования локо­мотива между осями колесных пар тележки при сбалансирован­ном подвешивании.
Мы часто говорим, что применение упругих элементов в кон­струкции экипажа смягчает удары, т.е. уменьшает динамическое воздействие неровностей пути на конструкцию локомотива (и членов локомотивной бригады) и виляние колесных пар локо­мотива в колее. Читателю из школьного курса физики известно, что в соответствии с законом сохранения энергии механическая энергия (в том числе удара колес локомотива на стыках рельсов и неровностях пути) может лишь переходить из одного вида энер­гии в другой, но не может исчезнуть или погаснуть.
Почему же все-таки рессорное подвешивание смягчает уда­ры? Любое динамическое воздействие на материальное тело, т.е. сила удара по второму закону Ньютона равна произведению массы на ускорение. При постоянной массе соударяющихся тел (экипаж тепловоза и железнодорожный путь) величина силы бу­дет зависеть от ускорения, которое представляет собой скорость изменения скорости. Как уже отмечалось ранее (см. «Локомотив Na 3,2017 г.), при движении тепловоза для его неподрессоренных узлов величина ускорения может достигать величины 10д, а в зимний период, по оценке некоторых специалистов по динамике локомотивов, — 25д. Следовательно, с помощью каких-то техни­ческих устройств надо стремиться уменьшить ускорение.
Как известно, скорость — это путь, пройденный за единицу времени (V = S/t). Если нам удастся растянуть по времени дей­ствия ударной нагрузки, то уменьшатся скорость, ускорение и, соответственно, динамическое воздействие удара на узлы тепло­воза. Увеличить время динамического воздействия одной неровности пути на тепловоз, величина которого достигает нескольких сотен килоньютон (десятков тонн), можно за счет упругих коле­баний подрессоренного веса узлов тепловоза. В этом случае действие ударной нагрузки (энергии удара) распределяется по — времени.
Итак, подведем некоторые итоги. Энергия удара, получаемо­го тепловозом при прохождении стыка рельсов или неровности пути, преобразуется в энергию колебаний (вертикальных пере- — мещений) кузова и тележек посредством упругой деформации элементов рессорного подвешивания.

Эти колебания характеризуются такими параметрами, как амплитуда и частота. Колебания экипажной части тепловоза должны носить затухающий характер, т.е. амплитуда каждого последующего вертикального перемещения упругих элементов рессорного подвешивания (за счет их сжатия или растяжения) должна уменьшаться.
Можно себе представить, насколько утомительной для пасса­жиров была бы поездка в вагоне поезда или работа локомотивной бригады на локомотиве, кузова которых постоянно совершали _ бы незатухающие колебания, не говоря о реальной возможности возникновения резонансных явлений и разрушения конструк­ции узлов подвижного состава. Для предотвращения этих опас­ных явлений в систему рессорного подвешивания современных — локомотивов включают специальные устройства — гасители ко­лебаний.
В качестве устройств, обладающих упругими свойствами, в рессорном подвешивании тепловозов нашли применение: вин­товые пружины, листовые рессоры, резиновые элементы и пнев­матические устройства.
Рассмотрим эти упругие элементы рессорного подвешивания тепловозов.

Ц и л и н д р и ч е с к у ю в и н т о в у ю п р у ж и н у (рис. 5) рессорного подвешивания тепловозов изготавливают из одно­го прутка круглого сечения кремнистой стали марок 60С2А или 65С2ВЛ. Пружины подвергают термической обработке: закалка в масле при температуре 870 °C и отпуск при вторичном нагреве до 460 °C. В результате достигается твердость пружин по Роквеллу _ ненижеНВС42 — 48.

После термической обработки пружины рессорного подвеши­вания тепловозов подвергаются упрочнению наклепом дробью, что улучшает их механические характеристики (например, уста-— лостную прочность) и устраняются мелкие дефекты на их поверх­ности. Заготовки пружин кузовной (второй) ступени рессорного подвешивания тепловозов ТЭП70БС для повышения долговечно­сти перед навивкой дополнительно шлифуют.
Опорные поверхности пружин должны быть плоскими и рас­положены перпендикулярно оси пружины. Для решения этой задачи концы заготовок пружин оттягивают по длине в 3/4 витка.
Поэтому число рабочих витков меньше на 1,5 витка их общего числа. Шаг навивки витков делают таким, чтобы при движении тепловоза при максимальном значении нагрузки на пружину не происходило смыкания ее витков, а между ними оставался зазор _ порядка 3 мм.
К геометрическим параметрам пружины относятся (см. рис. 5,а): средний диаметр пружины D, высота пружины в свобод­ном состоянии h, число рабочих витков п, диаметр прутка d и др.
Пружина деформируется прямо пропорционально нагрузке Р (см. рис. 5,6) и имеет достаточно большой статический прогиб fc r Колебания экипажа в пружине гасятся очень медленно, что обусловлено отсутствием трения между витками. По этой причи­не в конструкциях рессорного подвешивания тепловозов одно­временно с пружинами применяют специальные фрикционные или гидравлические гасители колебаний, резинометаллические амортизаторы или другие типы демпферов (гасителей колеба­ний).

Л и с т о в ы е р е с с о р ы (рис. 6) тепловозов изготавливают из листов рессорной стали марки 60С2 с высоким содержанием _ кремния. Листы рессор подвергают термообработке: закалка в масле при температуре 880 °C и отпуск при вторичном нагреве до 500 °C. К сборке рессор допускаются листы с твердостью по Бринеллю НВ 363 — 432. Минимальная толщина листов рессор — после термообработки должна быть 15,5 мм.
Листовая рессора представляет собой комплект стальных листов, ступенчато уменьшающихся по длине. Верхние (самые длинные) 2 — 3 листа рессоры имеют одинаковую длину и их на- ~ зывают коренными. Комплект листов рессоры охвачен хомутом, который надевают на листы в нагретом состоянии. Для уменьше­ния износа листов рессор в работе и повышения чувствительно­сти к изменению нагрузки поверхности листов смазывают сме- ' сью графита (50 %), солидола (25 %) и машинного масла (25 %).
После изготовления или ремонта рессоры испытывают на изгиб под статической нагрузкой, соответствующей напряжению в ли- _ стах 1000 Н/мм2.

Достоинством листовых рессор является их способность гасить энергию колебаний экипажа за счет сил трения сколь­жения между листами рессор. Однако они, по сравнению с — пружинами, имеют достаточно большой вес и габариты, нечув­ствительны к небольшим по силе ударам и жестко передают их оборудованию тепловоза, имеют небольшой статический прогиб.
К основным характеристикам винтовых пружин и листовых рессор, как и рессорного подвешивания тепловоза в целом, от­носятся: статический прогиб f жесткость Ж и гибкость г.
Прогиб упругого элемента (см. рис. 5,6) под действием веса Р расположенных над ним узлов неподвижного тепловоза назы­вается статическим прогибом fc r Принято, что рессорное подве­шивание грузовых тепловозов должно иметь fCT = 120 — 130 мм, — пассажирских— 150— 180 мм.

Отношение вертикальной нагрузки Р к прогибу fCT называется жесткостью Ж, т.е. Ж = P/fcr По жесткости Ж обычно характеризуют суммарную упругость рессорного подвешивания тепловоза. Иными словами, жесткость представляет собой нагрузку, необходимую для прогиба упругих элементов на единицу высоты (обычно 1 мм).
Иногда для характеристики упругих элементов используется понятие гибкость г элемента, которая является величиной, обрат­ной жесткости, т.е. г = 1/Ж.
Р е з и н о в ы е э л е м е н т ы (виброизоляторы) получили самое широкое применение в экипажной части современных тепловозов. Они предназначены для защиты подрессоренных частей экипажа от высокочастотных вибраций (шумов), а также смягчения ударных нагрузок на экипаж тепловоза. В качестве упругого элемента используют морозоустойчивую и маслостой­кую резину марок 7-НО-68-1 и 7-В-14, которую изготавливают на основе синтетических каучуков. Температурный диапазон рабо­ты этих марок резины составляет от +100 до -55 °C.
Необходимо заметить, что резиновые элементы, изготовлен­ные на основе синтетических каучуков, являются практически несжимаемым материалом, т.е. объем резинового элемента при деформации практически не изменяется. Для того чтобы обеспе­чить заданную величину прогиба резинового амортизатора, ре­зина должна иметь возможность выпучиваться.
В рессорном подвешивании грузовых тепловозов 2ТЭ10У и 2ТЭ116У виброизоляторы установлены под пружинами 7 (см. рис. 1) и имеют вид кольцевых резиновых пластин высотой 20 мм. На пассажирских тепловозах ТЭП60 и ТЭП70 (№ 1 — 7) при­менены полые резиновые конусы, которые выполняют функции шкворневых устройств, точнее маятниковых опор кузова на те­лежки тепловоза.


В опытном порядке ряд секций тепловозов (ТЭ7-001, 2ТЭ10Л-635, ТГМЗБ-2000, ТУ7-0088, 2ТЭ116-184 и ТЭМ7) был обо­рудован п н е в м а т и ч е с к и м рессорным подвешиванием, в котором в качестве упругого элемента конструкторы приме­нили эластичную резинокордную оболочку (пневмоэлемент).
Применение в рессорном подвешивании пневмоэлементов (па­раллельно с цилиндрическими пружинами) позволило обходить­ся без демпферов, улучшить плавность хода тепловоза за счет регулируемого статического прогиба (65 — 180 мм) и уменьшить массу экипажной части тепловоза. В таком типе подвешивания также отсутствует механический контакт и, как следствие, износ подрессоренных и неподрессоренных узлов и деталей экипаж­ной части.
Основные недостатки пневмоэлементов — большие габарит­ные размеры и значительная потеря упругости подвешивания в случае потери давления воздуха в пневматической системе подвешивания. По этим и ряду другим причинам дальнейшее ис­пользование пневмоэлементов в конструкциях рессорного под­вешивания тепловозов было приостановлено.

(Окончание части 16 следует)

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

бабулер48

ЧАСТЬ 6. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЕЙ



Водной из предыдущих статей (см.«Локомотив» № 10, 2015 г.) были рассмотрены самые общие принципы работы наиболее распространенного в мире типа локомотива — тепловоза. При этом не затрагивались вопросы,связанные с особенностями конструкции и функционирования основных узлов и агрегатов этого типа локомотивов.


Переходим к устройству наиболее сложного по конструкции и пока самого эффективного с точки зрения процессов преобразования и передачи энергии типа автономного локомотива — тепловоза. При этом постараемся в простой и доступной форме объяснить устройство и работу основных узлов тепловоза, а также возможные пути повышения эффективности их работы на локомотивах.

При изучении тепловоз обычно представляют состоящим из четырех основных частей: дизеля, тяговой передачи, экипажа и вспомогательного оборудования.
Важнейшей частью (узлом) тепловоза является первичный «источник» механической энергии — двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — дизель. В паросиловой установке паровоза, являющейся фактически двигателем внешнего сгорания, процессы сгорания топлива и преобразования тепловой энергии в механическую работу происходят в разных узлах — котле и паровой машине соответственно. В двигателях внутреннего сгорания, в том числе дизелях транспортных средств, оба этих процесса происходят внутри каждого рабочего цилиндра, что способствует сокращению потерь тепловой энергии и повышению КПД машины.
Первые двигатели внутреннего сгорания. Первый в мире работоспособный образец четырехтактного бензинового ДВС с принудительным (от электрической искры) зажиганием рабочей смеси (бензина и воздуха) в 1876 г. построил и получил патент немецкий инженер Николаус Аугуст Отто (1832 — 1891 гг.). Бензиновый двигатель сразу же получил самое широкое распространение в Европе. В 1885 г. немецкий инженер — изобретатель первого автомобиля Карл Бенц — установил двигатель Отто на одном из своих легковых автомобилей, что добавило популярности этому типу ДВС. Только за первые 15 лет с момента изобретения было продано более 30000 двигателей Отто.
В 1897 г. соотечественник Н. Отто инженер Рудольф Дизель (1858 — 1913 гг.) построил и получил патент на ДВС с само-60СПЛ8М6Н6НИ6М ЖИДКОГО ТОПЛИВЗ (неф
ти) посредством высокой температуры воздуха в цилиндре. Еще ранее, в 1893 г., Р. Дизель, занимаясь усовершенствованием конструкций паровых машин, опубликовал работу «Теория и конструкция рационального теплового двигателя», в которой обосновал принцип работы ДВС с самовоспламенением топлива. Сразу же оговоримся, что именно такие двигатели, названные в честь изобретателя «дизели», получили преимущественное распространение на тепловозах и других мощных транспортных машинах.
Следует также отметить, что создание работоспособного двигателя внутреннего сгорания как, кстати, и другие гениальные изобретения человечества, совершившие революционный прорыв в технике, — это, как правило, результат творчества нескольких поколений ученых, инженеров и изобретателей. При этом каждое их поколение в своей деятельности, безусловно, опирается на открытия и изобретения предшественников.
Итак, какова же история возникновения первых ДВС? XIX век историками был назван «веком пара» благодаря широкому применению паровых машин в промышленности, распространению и стремительному росту протяженности железных дорог во многих странах мира, естественно, обслуживаемых исключительно паровозной (паровой) тягой. Тем не менее, в этом «веке пара» многие ученые, инженеры и изобретатели пытались создать более совершенный, чем паровая машина Джеймса Уатта, тепловой двигатель.
Для большинства специалистов по тепловым машинам того времени было ясно, что рабочим телом нового типа теплового двигателя не должен быть водяной пар. Но замена водяного пара продуктами сгорания какого-либо топлива оказалась довольно сложной задачей. Дело в том, что для равноценной замены продукты сгорания топлива должны были обладать основными свойствами сжатого пара: одинаковыми температурой и давлением по всему объему цилиндра тепловой машины.

Теоретической основой для создания нового типа теплового двигателя, который получил название двигатель внутреннего сгорания, мог служить идеальный цикл процесса преобразования тепловой энергии в механическую работу, предложенный французским инженером Николя Леонар Сади Карно в 1824 г. и названный в его честь «цикл Карно». С особенностями этого теоретического цикла мы познакомимся Нск_<Кк_/Л ЬКч_/ ппжс.
Первыми более или менее работоспособными ДВС считают двигатели, работавшие на светильном газе, которые в 1860 г. построил и запатентовал француз Жан Этьен Ленуар (1822 — 1900 гг.), родившийся в Бельгии. Необходимо отметить, что истории известен и ряд других (более ранних) попыток изобретателей построить работоспособные ДВС на газовом, жидком и других видах топлива, однако их работы в целом не привели к заметным положительным результатам. К числу таких изобретений можно отнести попытку англичанина Роберта Стрита (1794 г.) построить ДВС, в котором в качестве жидкого топлива предлагалось использовать спирт. Во Франции братья Ньепс в 1806 г. получили патент на двигатель с искусственным зажиганием и топливом, в котором предлагалось использовать измельченный каменный уголь. Были и другие неудачные попытки построить ДВС, в том числе и на газовом топливе.
Вернемся к двигателю Ленуара. Это был двухтактный ДВС (тактность двигателя — особый разговор) и по конструкции напоминал паровую машину двойного действия с золотниковым газораспределением. Светильный газ (топливо) и воздух подавались в цилиндр двигателя и там смешивались (наполнение занимало половину хода поршня), зажигание смеси обеспечивалось электрической искрой от постороннего источника.
Небольшие по мощности двигатели Ленуара (их мощность не превышала 1 кВт) сразу же завоевали определенную популярность среди мелких предпринимателей многих стран Европы, в первую очередь, во Франции и Германии, так как, в отличие от паросиловых установок, для работы двигателя Ленуара не требовалось строительство громоздкой котельной.
Такие двигатели особенно широко использовались в качестве приводов машин в ремесленных производствах. Накопленный опыт эксплуатации двигателей Ленуара выявил у них ряд серьезных недостатков: КПД ДВС не превышал 4 %, а их эксплуатация обходилась владельцам в три-четыре раза дороже использования паровой машины аналогичной мощности. Были у этих двигателей и другие менее существенные недостатки.
Как отмечалось ранее, решающий вклад в создание работоспособных ДВС (сегодня их называют карбюраторные) внес немецкий изобретатель — самоучка из Кёльна Николаус Отто. В 1866 г. ему удалось по-п\/|1ытъ свой первый патент на усовершенствованный газовый двигатель, который по экономичности значительно превосходил двигатели Ленуара и конструкции ДВС многих других изобретателей, о чем свидетельствует золотая медаль, полученная Н. Отто за свой мотор на Всемирной Парижской выставке. Так, двигатели Отто расходовали вдвое меньше газа, чем двигатели Ленуара. Н. Отто немедленно организовал вместе со своими компаньонами фирму и серийное производство своих двигателей. Успеху двигателестроительной фирмы Н. Отто способствовало приглашение двух талантливых немецких инженеров — это были Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах. Их имена известны и сегодня, в настоящее время в Германии успешно работают ими созданные фирмы и автомобилестроительные заводы.
Необходимо отметить, что еще ранее первых изобретений Н. Отто, в 1862 г. француз Альфонс Во де Роша получил патент, в котором изложил теорию рабочего процесса четырехтактного ДВС.
До объяснения сути патента Во де Роша рассмотрим некоторые понятия из термодинамики.
Рабочий цикл — это совокупность периодически повторяющихся процессов, происходящих в цилиндре двигателя в определенной последовательности при преобразовании теплоты в механическую работу. Периодичность рабочих циклов характеризуется числом ходов поршня (тактов) ДВС.
Часть цикла, протекающего при перемещении поршня из одного крайнего положения («мертвая точка») в другое или соответствующая изменению объема цилиндра между наибольшим и наименьшим значениями, называется тактом. Если в цилиндре двигателя перемещается один поршень, то такт происходит за один ход поршня.
Вернемся к изобретению Во де Роша. Вот как он сформулировал рабочий цикл, протекающий в цилиндре ДВС за 4 хода поршня, т.е. четырехтактный цикл.
Первый такт — такт впуска. Поршень опускается и втягивает в цилиндр смесь воздуха с топливом.
Второй такт — такт сжатия. В конце такта нагретая смесь поджигается искрой.
Третий такт — рабочий такт под действием образовавшихся газов.
Четвертый такт — такт выпуска. Поршень движется вверх и выталкивает газы через клапан.
Бо де Роша был теоретиком и в 1862 г. издал книгу «Новые исследования над практическими условиями для большего использования тепла и, вообще, движущей силы», в которой помимо четырехтактного цикла упомянул о теоретической возможности самовоспламенения топлива посредством сжатия. Необходимо сразу же оговориться, что он даже не пытался построить двигатель внутреннего сгорания.
Уже говорилось, что идеи Бо де Роша реализовал в металле немецкий инженер Николаус Отто, который в 1876 г. сконструировал первый действующий образец бензинового четырехтактного ДВС. Им же были созданы ДВС, работающие на нефти, керосине и других видах жидкого топлива. Все ДВС с искровым воспламенением ра
бочей смеси в последующем получили название — двигатели Отто (карбюраторные двигатели), а рабочий цикл этих ДВС — циклом Отто, хотя и следует признать некоторую историческую несправедливость по отношению к автору идеи четырехтактного цикла Бо де Роша.
Первые дизели. Как уже отмечалось выше, в конце 1897 г. немецкий инженер Рудольф Дизель создал двигатель внутреннего сгорания, в котором тяжелое жидкое топливо самовоспламенялось в цилиндре от высокой температуры сжатого в нем воздуха. Основой двигателя Р. Дизеля стал трехметровый железный цилиндр (рис. 1), мощность ДВС составила 20 л.с., КПД — 30 %. В настоящее время этот двигатель Р. Дизеля можно увидеть в Машиностроительном музее города Аугсбург (Германия).

Р. Дизель создал так называемый компрессорный тип двигателя с самовоспламенением топлива (компрессорный дизель), в котором подача топлива в цилиндр через форсунку осуществлялась при помощи сжатого воздуха, давление которого должно быть значительно больше давления в цилиндре в конце сжатия. Следовательно, для работы такого двигателя в составе энергетической установки требовался отдельный агрегат — компрессор, который должен был обеспечивать сжатие воздуха для этих целей. Принцип подачи топлива, собственно, и был главным элементом в изобретении Дизеля.
Строго говоря, Р. Дизель не изобрел нового двигателя, поэтому впоследствии его патент неоднократно оспаривался. Тем не менее, новый тип двигателя внутреннего сгорания стали называть именем его реального создателя — дизель.
До появления работоспособных ДВС Отто и Дизеля несколькими поколениями ученых были исследованы идеальные ци-КЛЫ б ТёПЛОВЫХ ДВИГЗТ6ЛЯХ.
Идеальные циклы тепловых двигателей. В XVII веке возникла новая физическая наука термодинамика — наука об основных способах преобразования внутренней энергии тел для совершения механической работы.
Работа тепловых машин (двигателей) основана на переносе теплоты с использованием газов или паров. Это вещество в термодинамике называют рабочим телом. В отличие от практически несжимаемых жидких и твердых тел газы и пары допускают значительные изменения своего удельного объема V, например, под воздействием давления Р или температуры Т. Таким образом, физическое состояние рабочего тела в тепловом процессе определяется, в основном, тремя этими параметрами: V, Р, Т.


Во второй половине XVII века англичанин Роберт Бойль (1661 г.) и независимо от него француз Эдм Мариотт (1676 г.) открыли один из важнейших «газовых» законов, получивший впоследствии название «закон Бойля — Мариотта». Коротко его можно сформулировать так: при неизменной температуре Т произведение удельного объема газа V на его давление Р есть величина постоянная, т.е. PV = const при Т = const.
Более чем через 100 лет французский физик Жак Шарль (1787 г.) и его соотечественник Жозеф Луи Гей-Люссак (1802 г.) сделали ряд научных открытий, впоследствии названных вторым «газовым» законом (законом Гей-Люссака). Этот закон гласит, что при постоянном давлении Р объем газа V линейно зависит от его температуры Т, т.е. V/T = const.
На основании законов Бойля — Мариотта и Гей-Люссака несколько позже было получено уравнение состояния идеальных газов (объединенный «газовый» закон), которое связало все три термодинамических параметра PV = RT, где R — удельная газовая постоянная для 1 кг газа. Все эти газовые законы подробно изложены в школьном курсе физики.
Было также установлено, что при изменении объема AV = V, — V2 теплота газа может совершать механическую работу Ам, например, поступательное движение поршня, величина которой равна Ам = P-AV.
Почти 200 лет после постройки первых паровых машин Д. Уатта (1769 г.) изобретатели многих стран пытались существенно повысить их КПД, но заметных результатов не получили: максимальное значение КПД паровых машин паровозов не превышало 15 — 20%.
Первым в мире человеком, который ответил на вопрос, какую максимальную работу (эффективность) можно получить от тепловой машины, был французский военный инженер Сади Карно. В 1824 г. он опубликовал книгу «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу», в которой впервые ввел в теорию понятие циклического процесса в тепловых машинах и исследовал идеальный цикл с подводом теплоты при постоянной температуре (Т = const). Рабочим телом в цикле предлагалось использовать газ (не пар!), а эффективность идеального цикла должна быть наиболее возможной.

Перед объяснением цикла Карно полезно дать некоторые пояснения. Под идеальным циклом понимают цикл, основанный на следующих серьезных допущениях:
□ рабочее тело — идеальный газ с постоянной теплоемкостью и химическим составом;
количество, состав и свойства идеального газа во время цикла не меняются, т.е. не принимаются во внимание неизбежные потери, возникающие при наполнении и очистке цилиндра;
□ теплота к газу подводится от внешнего источника;
□ теплота отводится от идеального газа к внешнему теплоприемнику без теплообмена между газом и стенками цилиндра.
Сади Карно построил замкнутый контур теплового процесса идеального цикла в координатах P-V (рис. 2), который представляет собой совокупность четырех последовательных процессов. Идеальный цикл Карно показывает, что полезную работу в тепловой машине можно получить лишь при условии перехода теплоты от нагретого тела к более холодному. При этом С. Карно сформулировал теорему, что величина полезной работы в идеальном цикле зависит только от разности температур источника теплоты и теплоприемника и не зависит от вида рабочего тела, работающего в машине. Результаты научной работы С. Карно привели изобретателей к мысли о том, что процесс горения можно осуществить не в топке парового котла, как для паровых машин, а, например, внутри рабочего цилиндра — т.е. к идее создания две.
Вернемся к циклу Карно. Вначале выделим некоторые особенности поведения газа: при нагревании температура газа повышается, при сжатии газ нагревается (примером может служить нагревание ручного насоса при накачивании велосипедной шины); при расширении газ охлаждается: Например, расширяясь, влажный атмосферный воздух поднимается на большую высоту и в результате его охлаждения выпадает дождь или снег.

Цикл Карно нагляднее рассмотреть с помощью P-V-диаграммы, которая позволяет оценить полезную работу, совершаемую в цилиндре машины (Ам = P AV). Предположим, что идеальный газ (в нем отсутствуют силы взаимодействия между молекулами, т.е. нет внутреннего трения) находится внутри цилиндра тепловой машины и отделен от внешней среды поршнем. Дно и стенки цилиндра, поршень должны быть абсолютно нетеплопроводными. Необходимо отметить, что в изотермических процессах (при Т = const) дно цилиндра должно попеременно сообщаться с источником теплоты Q1 или с теплоприем-ником (холодильником) 02.
Цикл Карно состоит из четырех последовательных процессов и начинается в точке а (см. рис. 2). От внешнего источника к днищу цилиндра подводится теплота Q., в результате на участке а — b цикла происходит изотермическое* (при Т = const) расширение газа. Идеальный газ, расширяясь, перемещает поршень, который в свою очередь совершает механическую работу Ам.
В точке b начинается следующий процесс — адиабатное** (без теплообмена с внешней средой) расширение газа за счет его внутренней энергии. Поршень также совершает механическую работу. Температура и давление газа снижаются. В точке с газ через днище цилиндра вступает в контакт с теплоприемником, на участке с — d происходит изотермическое сжатие, и теплота газа полностью отводится в те-плоприемник. Соответственно, в цилиндре происходят уменьшение объема и повышение давления газа.
Адиабатное сжатие d — а завершает цикл. В результате температура и давление идеального газа повышаются до первоначального состояния (точка а на рис. 2). Цикл завершен. Каков же результат данного цикла? На этапах расширения (кривые а — b, b — с) газ производил работу, на этапах сжатия (с — d, d — а) затрачивалась энергия на работу с газом. Таким образом, заштрихованная площадь диаграммы abed есть не что иное, как полезная работа цикла Карно Ам. Отношение полезной работы Аи к количеству теплоты, поглощенной в процессе изотермического расширения (Q2 — Q,), называется коэффициентом полезного действия цикла, т.е.

Л ~ ^м/^2 Ql)’
Какие же выводы можно сделать из рассмотренного цикла Карно?
Любая тепловая машина не может иметь значение КПД выше КПД теоретического цикла Карно.
Тепловая машина не может производить работу без отдачи тепла низкотемпературному теплоприемнику.
Величина полезной работы, выполненной за цикл, зависит от разности температур между нагревателем и теплоприемником (холодильником), т.е. О2 — Qr
Перейдем к рассмотрению идеального цикла Отто и проследим за его ходом по P-V-диаграмме (рис. 3,а). Поршень находится в точке а. Цилиндр заполнен смесью воздуха и бензина. В результате движения поршня вверх от V1 до V2 в цилиндре происходит адиабатическое сжатие рабочей смеси — линия а — б на P-V-диаграмме. Объем смеси уменьшается, ее давление возрастает. Так как поршень от положения V, до V2 движется достаточно быстро, можно считать, что во время этого такта теплообмена между рабочим телом и стенками цилиндра не происходит. В точке b искра воспламеняет смесь, которая горит так быстро, что движением поршня можно пренебречь. Следовательно, происходит изохорический (при постоянном объеме) подвод тепла Q, — участок b — с, рост давления и температуры до точки с. Таким образом, идеальный цикл Отто является циклом быстрого (мгновенного) сгорания рабочей смеси и соответствует идеальному циклу с подводом тепла по изохоре*** (V = const).
Далее в цилиндре происходит адиабатическое расширение газа, образовавшегося в результате горения смеси, поршень совершает механическую работу — участок с — d диаграммы Р-V. Необходимо подчеркнуть, что в реальном двигателе Отто в точке d открывается выпускной клапан и поршень выталкивает газы, а затем объем цилиндра вновь заполняется рабочей смесью. Однако сложный процесс выпуска-впуска в идеальном двигателе можно заменить отводом тепла О2 в теплоприемник — участок d — а.
(Окончание части 6 следует)

В.С. РУДНЕВ, профессор МИИТа

* изотерма — происходит от слов изо и греческого therme — тепло; изотермический процесс — процесс, происходящий при постоянной температуре;
** адиабата — от греч. слова Adiabatos — не-
переходимый; адиабатный процесс — процесс, при котором система не получает теплоты извне и не отдает ее, т.е. протекающий при постоянной теплоемкости;
***изохора — происходит от слов изо и греч. chora — занимаемое место, пространство; изохорический процесс — процесс, протекающий в цилиндре (системе) при постоянном объеме;

Admin

ЧАСТЬ 13. ЭКИПАЖНАЯ ЧАСТЬ ТЕПЛОВОЗА

К экипажной части тепловоза относятся узлы, предназначенные для создания во взаимодействии с рельсами силы тяги, передачи вертикальных нагрузок на рельсы, тяговых и тормозных усилий, а также для восприятия направляющих усилий при движении как на прямых, так и в кривых участках рельсовой колеи.
Экипажная часть современного тепловоза состоит из кузова, кабин машиниста, главной рамы с автосцепками и тележек. Ряд промышленных тепловозов мощностью до 300 кВт (ТГК2М, ТГК, ТГМ1, ТГМ23Д и др.), имеющих две или три оси и, следовательно, сравнительно небольшую длину главной рамы, строят без тележек, а колесные пары размещают непосредственно в главной раме локомотива.

Кузов с кабинами машиниста служит для внешнего ограждения и защиты от атмосферных воздействий основных узлов и агрегатов тепловоза, а также создания комфортных условий для работы локомотивной бригады. Кузова локомотивов выполняют вагонного (закрытого) или капотного типов.
Кузов вагонного (полностью закрытого) типа применяют на всех современных отечественных магистральных тепловозах и электровозах. Характерной особенностью этого типа кузова является то, что локомотивная бригада имеет возможность контролировать работу узлов и агрегатов и переходить из секции в секцию (на двух- и многосекционных локомотивах) без выхода наружу. Соответственно, между стенкой кузова и силовым оборудованием (например, тепловозным дизелем) предусмотрены проходы, по которым можно пройти из одной кабины машиниста в другую. Кроме того, тепловозы с кузовами вагонного типа имеют меньшее аэродинамическое сопротивление движению.
Кабины машиниста современных магистральных тепловозов выполнены с учетом требований безопасной и комфортной работы обслуживающего персонала. Они оборудуются системой поддержания микроклимата, имеют лобовое стекло с электрообогревом и системой очистки стекол (щетки с приводом). В кабинах машиниста также предусмотрены механические солнцезащитные шторы, легко регулируемые по высоте.

Кузова капотного типа в нашей стране нашли применение, в основном, на маневровых и промышленных тепловозах. У этих односекционных локомотивов одна кабина машиниста, поэтому капотный тип кузова обеспечивает лучший обзор станционных и промышленных путей из кабины машиниста. Для осмотра и обслуживания оборудования тепловоза, находящегося под съемным капотом, нужно выйти из кабины машиниста на боковые площадки, огражденные поручнями. Кузова капотного типа также легче и дешевле вагонного типа. В них проще вести монтаж и демонтаж оборудования при ремонтах локомотивов, однако суровый климат в большинстве районов нашей страны делает проблематичным их использование на магистральных локомотивах. В ряде стран мира
с более теплым климатом (например, в США, некоторых странах Европы) строятся магистральные локомотивы именно с кузовами капотного типа, что позволяет уменьшить себестоимость изготовления локомотивов.
Главная рама является фундаментом для силовой установки и вспомогательного оборудования тепловоза. Она служит также для передачи тяговых, тормозных усилий и вертикальных нагрузок от веса оборудования на тележки тепловоза. На современных магистральных тепловозах (серий 2ТЭ116У, 2ТЭ116УД, ТЭП70БС, 2ТЭ25КМ, 2ТЭ25А, 2ТЭ25АМ и др.) применяют так называемые цельнонесущие кузова. При этом рама и каркас кузова объединены в единую сварную несущую конструкцию, что позволяет существенно снизить массу экипажной части. Снижению массы локомотивов также способствует использование в качестве материала цельнонесущего кузова легированных сталей или алюминиевых сплавов. В таблице приведены основные технические характеристики главных рам и кузовов современных магистральных тепловозов
Тележки — это наиболее сложные и ответственные части экипажа, непосредственно взаимодействующие с рельсовой колеей. Их часто называют ходовой частью тепловоза. К основным узлам тележки относят: колесные пары, тяговый привод колесных пар, буксы, рессорное подвешивание, раму тележки, устройства связи главной рамы тепловоза с рамами тележек, обеспечивающие возможность поворота тележек относительно оси тепловоза при движении в кривых, а также системы поосно-го регулирования силы тяги. Перечисленные узлы тележек работают в тяжелейших условиях эксплуатации, особенно в зимнее время. От прочности и надежности узлов тележек, качества их обслуживания и ремонта напрямую зависит безопасность движения поездов.

КОЛЕСНЫЕ ПАРЫ
Колесная пара является не только важнейшим узлом экипажной части тепловоза, но и характерным признаком (визитной карточкой) подвижного состава железных дорог, отличая его от других видов наземного колесного транспорта.
Название --колесная пара» означает, что два колеса напрессованы на одну ось на строго определенном расстоянии и вращаются вместе с ней с одинаковой частотой. Такая конструкция колесных пар локомотивов, вагонов и другого вида подвижного состава обеспечивает заданное направление и устойчивое их движение по рельсовой колее. Колесные пары воспринимают удары от неровностей пути, передают вес тепловоза на рельсы и участвуют в реализации силы тяги и тормозных сил в зонах контакта колес с рельсами, а также направляют движение локомотива как на прямых, так и в кривых участках рельсовой колеи.


Такие специфические условия эксплуатации требуют, чтобы колесные пары имели возможно меньший вес при высокой прочности конструкции, что может быть достигнуто посредством рационального использования марок высококачественных сталей с различными свойствами. В этой связи колесные пары локомотивов — составные, те. их составляют (формируют) из нескольких деталей. Для каждой детали колесной пары, в зависимости от условий работы и напряженности, используют специальные марки высококачественных сталей.

Конструкция колесных пар тепловозов определяется типами тяговых передач (см. «Локомотив» № 6, 2016 г.) и тяговыми приводами колесных пар, особенности устройства которых будут рассмотрены в одной из последующих статей.
Колесные пары грузовых тепловозов (2ТЭ10У, 2ТЭ10В, ЗТЭ10М, 2М62У, 2ТЭ116У, 2ТЭ116УД, 2ТЭ25КМ и др.) с электрической передачей и опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей в основном унифицированы и различаются некоторыми размерами. Унифицированная колесная пара серийных грузовых тепловозов состоит из следующих деталей (рис. 1): оси 1 и двух колесных центров 2 с надетыми на них в горячем состоянии бандажами 3. Бандажи 3 удерживаются на внешних поверхностях центров 2 за счет сил сжатия (натяга) в местах посадки. Для дополнительного крепления с центром 2 в пазы бандажей 3 заведены бандажные кольца 4, изготовленные из специального стального проката. На оси 1 между колесами закреплено ведомое зубчатое колесо 5, которое является элементом тягового привода колесной пары.
Следует особо подчеркнуть, что унифицированные колесные пары всех серий отечественных тепловозов имеют односторонний тяговый привод — это когда на оси напрессовано одно зубчатое колесо тягового редуктора. Унифицированные колесные пары серийных грузовых электровозов (ВЛ10У, ВЛ11М, 2ЭС5К, 2ЭС6К и др.) имеют двухсторонний тяговый привод, т.е. привод оси от тягового электродвигателя осуществляется с помощью двух цилиндрических тяговых редукторов, что и является принципиальным их отличием от колесных пар грузовых тепловозов.
На рис. 1 также приведены основные фиксированные размеры унифицированной колесной пары грузового тепловоза. Так, максимальное расстояние между внутренними гранями бандажей колес одной колесной пары составляет 1440 мм, диаметр Дк ее колес по кругу катания (измеряется на расстоянии 70 мм от внутренней грани поверхности бандажей со стороны гребня) — не более 1050 мм. Разница между величинами Дк колес одной колесной пары должна быть не более 0,5 мм.
Оси колесных пар тепловозов изготавливают из заготовок углеродистой мартеновской стали Ос.Л. Ось имеет различный диаметр по длине в зависимости от величины действующих усилий и назначения отдельных ее участков. Во избежание концентрации напряжений все переходы с одного диаметра оси на другой сопрягают плавными кривыми (галтелями) радиусом 20 — 60 мм. Буксовые шейки «а» оси (см. рис. 1) служат для монтажа подшипников и для унифицированной колесной пары тепловоза имеют диаметр 160 мм.

Далее следуют предподступичные части «б» оси диаметром 200 мм, на которые надевают лабиринтные уплотнения букс. Наибольший диаметр (235 мм) имеют подступичные части «в», на которые напрессовывают колесные центры 2, и «г», где находится зубчатое колесо 5. Наибольший диаметр подступичных частей обусловлен тем, что именно на этих частях сосредоточены самые большие напряжения по длине оси. На шейки «д» оси диаметром 215 мм через моторно-осевые подшипники опирается тяговый электродвигатель тепловоза. Между шейками «д» расположена средняя часть «е» оси диаметром 205 мм.
Цилиндрические поверхности оси (кроме средней части «е») упрочняют накаткой стальными закаленными роликами при нажатии на ролик 30 — 40 кН. Поверхности шеек оси после накатки шлифуют под посадку подшипников, что позволяет повысить износостойкость оси почти в два раза. В торцах осей с обеих сторон расточены отверстия диаметром 80 мм, в одно из которых запрессовывают втулку привода скоростемера.
На современных грузовыхтепловозах серий 2ТЭ116У, 2ТЭ116УД и 2ТЭ10У устанавливают модифицированные тяговые электродвигатели постоянного тока ЭД118Б, которые, в отличие от двигателей ЭД 118А, имеют систему принудительной смазки моторноосевых подшипников (МОП). Шейки «д» (см. рис. 1) осей колесных Пар ЭТИХ СерИИ ТЕПЛОВОЗОВ ИМЕЮТ МЕНЬШИМ ДИЗМЕТр — 210 ММ.

В средней части «е» оси колесных пар тепловозов 2ТЭ10У, 2ТЭ116У и 2ТЭ116УД сделано утолщение для крепления венца зубчатого колеса привода насоса циркуляционной смазки МОП. Таким образом, принудительная смазка МОП каждой колесной пары осуществляется индивидуальным масляным насосом, имеющим механический привод от оси.
Для предотвращения утечек смазки МОП и ее попадания на бандажи и рельсы на краях шеек «д» оси колесных пар тепловозов 2ТЭ10У, 2ТЭ116У и 2ТЭ116УД напрессованы лабиринтные кольца уплотнения.
У осей колесных пар пассажирских тепловозов с опорно-рамным подвешиванием тяговых электродвигателей шейки «г» и «д» не предусмотрены в связи с тем, что моторно-осевые подшипники и зубчатое колесо размещены на так называемом полом валу.
Колесные центры унифицированных колесных пар тепловозов изготавливают дисковыми (сплошными) или спицевыми. Их делают из мартеновской стали повышенного качества марки 20Л-1П или 25Л-Ш. Колесные центры могут быть литыми или катаными. Катаные центры унифицированной колесной пары легче литых на 42 кг. Колесный центр 2 унифицированной колесной пары тепловозов состоит из ступицы, напрессованной на подступичную шейку «в» (см. рис.1) оси 1, обода, на котором крепится бандаж 3, и промежуточной части, выполненной в виде диска (дисковые центры) или спиц (спицевые центры). Спицевые центры легче дисковых, но стоимость их изготовления значительно выше. Спицевые колеса применены лишь на локомотивах старой постройки: тепловозах 2ТЭ121 и электровозах серий ВЛ19, ВЛ22М, ЧС2 и ЧС4.
Посадочные места ступицы и обода центра подвергают механической обработке, после чего колесные центры балансируют. Для уменьшения веса дисковых центров в их промежуточной части делают отверстия «ж» (см. рис. 1).
Особенностью конструкции колесных центров серийных грузовых электровозов являются удлиненные ступицы, на каждую из которых напрессовывают зубчатые колеса тяговых приводов.
Бандажи колесных пар тепловозов непосредственно взаимодействуют с рельсами в зоне так называемой контактной площадки и работают в довольно сложных условиях. Под воздействием огромных усилий от веса оборудования тепловоза (величина вертикальных сил достигает 150 кН или 15 тс) происходит упругая деформация (смятие) поверхности бандажа и рельса, в результате чего появляется контактная площадка в форме эллипса площадью 300 — 400 мм2. Отметим, что если бы контактировали абсолютно жесткие цилиндрические тела, то контакт колеса и рельса был бы точечным.
При движении тепловоза в режиме тяги на поверхность рабочей площадки бандажей, помимо вертикальных сил, действуют продольные (относительно оси пути) силы сцепления и поперечные силы, вызывающие скольжение поверхности бандажей по рельсам. Вследствие действия этих и других сил при движении тепловоза материал бандажей подвергается смятию (искажению геометрической формы), растяжению, сжатию, термическому воздействию, особенно при торможении, а также повышенному износу (прокату). При прохождении колесной парой стыков рельсов и неровностей пути бандажи колссных пар и многие у'злы и детали экипажной части тепловозов также воспринимают значительные динамические ударные нагрузки, действуют и другие силы.
Для того чтобы обеспечить безопасность движения поездов и минимизировать износ (прокат) бандажей колесных пар, к материалу бандажей предъявляются довольно противоречивые требования. С одной стороны, материал бандажей должен быть достаточно вязким, чтобы не разрушаться при ударах, с другой — обладать высокой твердостью (по Бринеллю НВ 269), чтобы сопротивляться смятию, и износостойкостью.

Бандажи колесных пар тепловозов изготавливают (прокатывают) из раскисленной мартеновской стали 60 марки 2, так называемой бандажной стали, с содержанием углерода не выше 0,65 %. В состав бандажной стали также входят следующие легирующие добавки, собственно, обеспечивающие выполнение вышеперечисленных требований к материалу бандажей: марганец 0,6 — 0,9 %; медь не более 0,3 %; кремний 0,2 — 0,42 %; никель 0,25 %; хром не более 0,2 %; ванадий не более 0,1 %. После изготовления бандажи подвергают термической закалке с последующим отпуском. Материал и технические данные бандажей колесных пар тепловозов определяет ГОСТ 398—81.
Профиль бандажа колесных пар (рис. 2) имеет специальную конфигурацию и состоит из гребня «а» (реборды), двух конических поверхностей — основной с конусностью 1:10 (уклон 1:20) и боковой конусностью 1:3,5 (уклон 1:7), а также торцовой фаски под углом 45°.
На рис. 2 показаны основные размеры профиля бандажа тепловозов. Так, толщина нового бандажа составляет 75 мм, без учета размеров гребня. Гребень бандажа «а» фактически задает направление движения локомотива и предохраняет колесную пару от схо
да с рельсов.
При движении колесной пары в рельсовой колее между гребнями колес и внутренними гранями головок рельсов обязательно должны быть зазоры, чтобы предупредить возможное заклинивание колесной пары в колее и уменьшить силы трения. Величина минимального суммарного зазора 8 при движении по прямому горизонтальному пути составляет (см. рис. 1 и 2) 8 = (1520 - 4) -1440 - 2x33 = 10 мм. Здесь: (1520 - 4) — наименьшая ширина рельсовой колеи (см. рис. 1); 1440 — наибольшее расстояние между внутренними гранями бандажей; 33 — толщина гребня нового бандажа. Несложно подсчитать и максимальную величину 8, которая при новых бандажах составит 8 = 23 мм.
Главное назначение конической формы поверхности бандажа — обеспечивать синусоидальную траекторию перемещения колесной пары (в плане) в пределах путевых зазоров без длительного прижатия гребней колесных пар к одному из рельсов. Такую же извилистую траекторию движения по прямому пути, похожую на синусоиду, имеет двухосная тележка (рис. 3,а).
Длина волны виляния L двухосной тележки тепловоза зависит, в основном, от конусности основной поверхности бандажа ее колесных пар. Например, для новых колесных пар с бандажами конусностью 1:10 (уклон 1:20) и диаметром 1050 мм длина волны виляния составит 18,1 м. Необходимо также учитывать и то обстоятельство, что из-за смятия материала колес в зоне контактных площадок движение тепловоза сопровождается проскальзыванием колес относительно рельсов и появлением сил трения скольжения.
Несколько иная картина наблюдается при движении двухосной тележки по кривой радиусом R (рис. 3,6). В этом случае на тележку дополнительно действуют центробежные силы, которые не только прижимают гребни колес к внутренней части наружного рельса, но и создают некоторый поперечный перекос экипажа. Во избежание заклинивания гребней бандажей внутри рельсовой колеи при перекосе экипажа, кривые участки пути делают с уширением на величину Д. При радиусе кривой от 349 до 300 м А = 10 мм, при R = 300 м д=15 мм


Из рис. 3,6 следует, что путь, проходимый одним колесом колесной пары по внешнему рельсу кривой, больше, чем другим колесом по внутреннему рельсу. Следовательно, при цилиндрической форме бандажа при движении в кривой неизбежно проскальзывание колеса, движущегося по внешнему рельсу, что привело бы к значительной потере мощности тепловоза на преодоление сил трения скольжения колес по рельсам и их повышенному износу. Итак, второе назначение конусности 1:10 рабочей поверхности бандажа (см. рис. 2) — облегчение прохождения тепловозом кривых участков пути.
Конусность боковой части бандажа (уклон 1:7) и торцовая фаска 45° служат для безударного прохождения стрелочных переводов. Как уже отмечалось выше, в процессе эксплуатации происходят не только износ (прокат) поверхности катания и подрез гребня, но и смятие металла на поверхности бандажа, который постепенно заполняет торцовую фаску.
Опыт эксплуатации грузовых тепловозов на железных дорогах нашей страны показал, что среднесетевая интенсивность проката бандажей их колесных пар составляет 0,38 мм на 104 км пробега. Интенсивность износа гребней бандажей может быть еще выше и составлять 0,8 мм на 104 км пробега, что вызывает необходимость преждевременной обточки бандажей колесных пар для восстановления первоначального профиля. При увеличении протяженности кривых участков пути и с уменьшением радиусов кривых интенсивность проката бандажей и износа гребней возрастают и могут достигать величины 1 мм на 104 км пробега тепловозов и выше.
По мере износа и достижения предельных значений проката и толщины гребня колесные пары поступают в основное локомотивное депо на техническое обслуживание ТО-4, на котором производится обточка колесных пар без выкатки из-под локомотива. Основная цель ТО-4 — восстановление первоначального профиля бандажей или их замена на новые. Во втором случае отбракованная колесная пара выкатывается из-подлокомотива, разбирается, ремонтируется, формируется и проходит полное освидетельствование в основном локомотивном депо.



Колесные пары пассажирских тепловозов (ТЭП60, ТЭП70, ТЭП70БС, ТЭП80 и др.) с электрической передачей и опорнорамным подвешиванием тяговых электродвигателей заметно отличаются от колесных пар грузовых тепловозов промежуточным устройством, позволяющим целиком закрепить на раме тележки тяговый электродвигатель и тем самым значительно уменьшить необрессоренную массу колесно-моторного блока тепловоза и динамическое воздействие от колесных пар на рельсы.
В качестве примера рассмотрим конструкцию колесной пары те-пловозаТЭП70БС с опорно-рамным подвешиванием ТЭД (рис. 4). На ось 1 колесной пары напрессованы колесные центры 2 разной конструкции, из которых один (левый) имеет выгнутый наружу диск для размещения эластичной муфты привода, а второй (правый) — прямой с четырьмя пальцами 12, запрессованными в приливы центра.
Принципиальным отличием колесной пары тепловоза ТЭП70БС с опорно-рамным подвешиванием является то, что зубчатое колесо 7 тягового редуктора напрессовано не на оси, как при опорно-осевом приводе, а вращается в подшипниках на неподвижной опоре 6 полого вала 5. Ступица зубчатого колеса 7 тягового редуктора соединена с помощью резинометаллических шарниров 9 и поводков с приводным фланцем 10 полого вала 5. В свою очередь, полый вал 5 охватывает ось 1 колесной пары с зазором и через поводки и пальцы 12 передает вращающий момент на правый колесный центр 2. Профиль и крепление бандажей 8 на колесные центры 2 остались без изменений по сравнению с унифицированной колесной парой.
Так как средняя часть оси стала менее нагруженной, чем при опорно-осевом приводе, она имеет меньший диаметр (210 мм). Дополнительно в оси делаются сквозные отверстия диаметром 70 мм, что в итоге позволяет заметно уменьшить массу оси без снижения ее надежности. На рис. 4 также приведены основные фиксированные размеры колесной пары пассажирского тепловоза ТЭП70БС.

Колесные пары промышленных тепловозов (ТГМ4Б, ТГМ6Д, ТГМ40 и др.) с гидравлической передачей (рис. 5.) состоят из двух одинаковых цельнокатаных (безбандажных) колес 9, напрессованных на ось 1 колесной пары. На средней части оси 1 расположены ведомая шестерня 6 осевого редуктора, шестерня 5 привода масляного насоса осевого редуктора и два подшипниковых узла с подшипниками 7, 14 и 15, на которые опирается корпус осевого редуктора привода колесной пары. В сверлении оси 1 запрессована втулка 16 привода скоростемера тепловоза.
Формирование унифицированных колесных пар тепловозов с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей. Формированием называют процесс сборки колесных пар из новых элементов при их изготовлении. Сборку унифицированных колесных пар тепловозов производят как с использованием гидравлического пресса (холодный способ), так и тепловым способом с предварительным нагревом детали. Прочность посадки обеспечивается натягом, т.е. превышением диаметра места посадки (например, оси колесной пары) над диаметром отверстия напрессовываемой детали (например, центра). Формирование унифицированных колесных пар тепловым способом имеет заметные преимущества перед холодным способом, так как снижается трудоемкость формирования и повышается прочность посадки при уменьшенных величинах натягов.
Формирование колесной пары тепловоза начинается с посадки на ось зубчатого колеса (или его ступицы). Натяг между сопрягаемыми поверхностями должен быть в пределах 0,16 — 0,22 мм, задиры и забоины на них не допускаются. Зубчатое колесо 5 нагревают до температуры 160 — 200 °C. Подступичную часть «г» (см. рис. 1) оси покрывают тонким слоем эластомера ГЭН-150 или лаком марки ВДУ-3 для защиты сопрягаемых поверхностей от коррозии. После посадки и остывания зубчатого колеса прочность соединения проверяется на прессе. При воздействии силы 700 кН зубчатое колесо должно оставаться неподвижным. Процесс напрессовки зубчатого колеса фиксируется в виде диаграммы на специальных бланках.

Ось с зубчатым колесом запрессовывают в колесные центры в холодном состоянии. Перед установкой на гидравлический пресс посадочные поверхности оси и центров протирают насухо, а затем смазывают растительным маслом (натуральной олифой), чтобы не допустить задиров при сборке и предохранить сопрягаемые поверхности от коррозии. Натяг должен быть 0,18 — 0,30 мм, усилие в конце запрессовки — 950 — 1400 кН при ненасаженных бандажах.
Процесс запрессовки оси в колесные центры записывается в виде диаграммы (графической зависимости усилия пресса от перемещения колесного центра по посадочной поверхности). Запись характера протекания запрессовки дает возможность судить, насколько хорошо были подготовлены посадочные поверхности. При удовлетворительной запрессовке ее диаграмма имеет вид плавно нарастающей кривой, слегка выпуклой по всей длине запрессовки.

При формировании колесных пар пассажирских тепловозов применяют исключительно тепловой способ. Ступицу центра в этом случае нагревают в электрогорне до температуры 250 — 320 °C током промышленной частоты.
Для надежной посадки бандажа на колесный центр создают натяг 1,1 — 1,45 мм. Перед посадкой проверяют целостность бандажей (дефектоскопируют) и определяют их твердость. Бандажи одной колесной пары должны иметь примерно одинаковую твердость НВ 269. Разность твердости по Бринеллю двух бандажей одной колесной пары не должна превышать величины НВ 20.



Бандаж нагревают в индукционном горне до температуры 250 — 320 °C, после чего обод центра «б» заводят в нагретый бандаж до упора в бурт «г» (см. рис. 2). При медленном остывании бандаж плотно сжимает центр. Когда температура бандажа снижается, но имеет температуру не ниже 200 °C, в его паз заводят бандажное кольцо «в» (см. рис. 2), изготовленное из фасонной стали. Затем обкатывают прижимной бурт бандажа для плотного охвата кольца. Таким образом, упорный бурт «г» препятствует смещению бандажа в случаях сильного нагрева, например, при интенсивном торможении в одну сторону, а кольцо «в» — в другую.
После полного остывания бандажа плотность прессовой посадки проверяют по звуку от ударов молотком по кругу катания. Затем наружную поверхность бандажей обтачивают, придавая стандартный профиль (см. рис. 2). После обточки бандажей производится инструментальная проверка на соответствие всех размеров сформированной колесной пары требованиям ГОСТ. Для одной колесной пары разность диаметров колес по кругу катания (см. рис. 1 и 4) не должна превышать величину 0,5 мм. Допустимая овальность кругов катания и эксцентриситет относительно подступичной части шейки оси — не более 0,5 мм.

Чтобы контролировать неподвижное положение бандажа в процессе эксплуатации тепловоза относительно центра, на боковой поверхности бандажа выбивают (на длине 25 мм) четыре-пять кернов глубиной 1 — 1,5 мм, а на ободе колесного центра делают риску глубиной 1 мм против средней лунки. На вновь сформированных колесных парах центры окрашивают эмалью черного цвета, а наружные грани бандажей — эмалью белого цвета. После окраски колесной пары по кернам и риске наносят полосу шириной 25 мм: на бандажах красной краской, а на ободах центров — белой.
Полное освидетельствование колесных пар производится при средних и капитальных ремонтах тепловозов, а также в случаях смены хотя бы одного элемента колесной пары (бандажа, левого или правого центра, зубчатого колеса и др.). Причинами смены элементов колесной пары являются следующие: их износ или повреждения, особенно полученные после столкновения локомотива, схода с рельсов, а также неясности клейм и знаков, нанесенных на детали колесной пары.

Основными неисправностями колесных пар эксплуатируемых тепловозов являются: износ (прокат) бандажей по кругу катания и гребня; ослабление посадки бандажа на колесном центре; ослабление бандажного кольца; раковины и выщерблины на основной поверхности бандажа; трещины в бандаже; износ оси в области шеек моторно-осевых подшипников; трещины в оси; повреждения зубчатого колеса тягового редуктора.
При полном освидетельствовании колесных пар тепловозов выполняют следующие виды работ:

• промывка колесной пары в моечной машине и ее очистка от краски;
• проверка клейм и знаков на элементах колесной пары;
• проведение дефектоскопии всех элементов колесной пары с помощью дефектоскопов магнитопорошкового (МД12-ПС),
• ультразвукового (УД2-102) и вихретокового (ВД20НФ) контроля;
• замена бракованных деталей на новые и обточка последних;
• проверка соответствия размеров деталей колесной пары установленным нормам допусков и износов;
• нанесение-клейм-и-знаков;—
• окраска и консервация колесной пары.

Клеймение колесных пар. При формировании, ремонте и освидетельствовании колесных пар тепловозов применяют различные клейма и знаки, наносимые на осях, бандажах, зубчатых колесах и колесных центрах.
В качестве примера на рис. 6 приведено клеймение торцовых поверхностей оси унифицированной колесной пары тепловоза. Торец оси, на котором наносят постоянные знаки, относящиеся к ее изготовлению, считается правой стороной оси и колесной пары. На торце оси наносят только вромонные знаки клейма), которые после каждого освидетельствования колесной пары тепловоза заменяют новыми.
Необходимо отметить, что при формировании и полном освидетельствовании все элементы каждой колесной пары проходят многоступенчатый контроль. Этим занимаются независимые от данного предприятия специалисты — приемщики ОАО «РЖД», имеющие персональные клейма и знаки.
Такая многоступенчатость и тщательность контроля технического состояния и фиксированных размеров колесной пары обусловлены важностью той роли, которую колесные пары играют в обеспечении безопасности движения поездов и надежной работы железнодорожного транспорта в целом.
Особенности конструкции и формирования колесных пар вагонов. На современных грузовых и пассажирских вагонах нашей страны применяются безбандажные унифицированные колесные пары типа РУ1 Ш-950 (Р — роликовая; У — унифицированная; Ш — торцовое крепление подшипников на оси приставной шайбой; 950 — диаметр колес колесной пары, мм) с роликовыми буксами.

Безбандажные унифицированные колесные пары вагонов состоят из оси и двух одинаковых стальных цельнокатаных колес, т.е. фактически из двух разных элементов. Применение на вагонах бандажных колесных пар (как на магистральных локомотивах) специалистами признано нецелесообразным по причинам недостаточной прочности и надежности, трудности обеспечения постоянного контроля за техническим состоянием, значительной трудоемкости формирования и повышенной массы бандажных колес.

Стальное цельнокатаное колесо (рис. 7) состоит из обода 1, диска 2 и ступицы 3. Ступица 3 служит для прессового соединения с подступичной частью оси колесной пары. Профиль поверхности обода цельнокатаного колеса вагонов — точно такой же, как и профиль бандажа колесных пар тепловозов (см. рис. 2). Различия заключаются в ширине колес (у вагонов она меньше на 10 мм) и в диаметрах колес (измеряемого по кругу катания на расстоянии 70 мм); у вагонов эта величина — 950 мм.

Типы, основные размеры и технические условия на изготовление колесных пар вагонов определяются стандартами, а их содержание и ремонт — Правилами технической эксплуатации железных дорог (ПТЭ) и специальной Инструкцией по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию колесных пар вагонов.
Кроме унифицированных колесных пар типа РУ1 Ш-950, в эксплуатации находится сравнительно небольшое количество колесных пар типа Ш-950 с буксовыми подшипниками скольжения, которые применяются на 4-осных грузовых полувагонах промышленного транспорта старой постройки (до 1982 г.)

Цельнокатаные колеса вагонов изготавливают из мартеновской стали двух марок: марки 1 для колесных пар пассажирских вагонов с содержанием углерода 0,44 — 0,52 % и марганца 0,8 — 1,2 %, а также марки 2 для колесных пар грузовых вагонов с содержанием углерода 0,55 — 0,65 % и марганца 0,5 — 0,9 %. Повышенное содержание углерода в стали марки 2 улучшает износостойкость колес грузовых вагонов в эксплуатации, работающих при более высоких нагрузках.



Рабочие поверхности цельнокатаных колес, контактирующих с рельсами, подвергаются упрочняющей термической обработке, благодаря которой достигается их твердость по Бринеллю на глубине 30 мм: для стали марки 1 — НВ 248; для стали марки 2 — НВ 255.
Оси колесных пар грузовых и пассажирских вагонов изготавливают из специальных кованных заготовок углеродистой стали марки Ос.В. Заготовки имеют круглое поперечное сечение с различными диаметрами по длине. На торце буксовой шейки и средней части вагонной оси наносят соответствующие знаки и клейма. Срок службы осей колесных пар вагонов — 15 лет.
Формирование вагонных колесных пар производится с помощью холодной запрессовки в колесных цехах вагоностроительных и вагоноремонтных заводов, а также в вагонных колесных мастерских, оборудованных гидравлическими прессами и необходимой аппаратурой. Качество и процесс запрессовки оси колесной пары в ступицы стальных цельнокатаных колес фиксируются на индикаторных диаграммах формирования колесной пары отдельно для левого и правого колес. Эти диаграммы приобщаются к паспорту вагонной колесной пары. После формирования производится инструментальная проверка на соответствие всех размеров колесной пары стандартам ГОСТ 4835—80.
В следующей статье мы познакомимся с особенностями устройства тяговых приводов колесных пар тепловозов.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК