Admin

Конструктивные особенности тележек пассажирских тепловозов

Конструкция тележек в значительной степени определяет передачу и реализацию силы тяги, плавность хода и взаимодействие экипажной части и пути, безопасность движения и динамические характеристики тепловоза.

Количество осей в тележке определяет мощность, массу и размеры тепловоза. Двухосные тележки предназначены для маневровых тепловозов малой мощности (до 1000 кВт), трёхосные являются основным типом тележек, применяемых для магистральных тепловозов. Важная задача развития транспорта — значительное повышение производительности локомотивов, требующее соответствующего увеличения их силы тяги. Уровень статических осевых нагрузок зависит от состояния и типа верхнего строения пути (за последние десятилетия осевые нагрузки повысились на 9,5 %). С 1986 г. начато освоение серийного производства шестиосных локомотивов с повышенными (до 245 кН) осевыми нагрузками. Большие перспективы открываются при использовании для тепловозов четырёхосных тележек, поскольку это позволит увеличить сцепную массу тележки примерно на 33 % при той же осевой нагрузке.

Связи тележек с кузовом предназначены для: передачи нагрузки от кузова на тележки (непосредственно на боковины рам тележек, через центральный шкворень и боковые опоры, через подвески люлечного типа и др.); передачи горизонтальных сил между кузовом и тележками; обеспечения упругих характеристик поперечного соединения кузова и тележек, демпфирующего и восстанавливающего моментов при повороте тележек относительно кузова. Характеристики связи кузова с тележками определяют важнейшие и ещё недостаточно изученные динамические процессы экипажа: устойчивость возмущённого движения в прямых участках пути; воздействие на путь в кривых; склонность к развитию автоколебаний.

Система рессорного подвешивания определяет степень виброзащищенности экипажа от воздействий неровностей пути (табл. 6.1). Применяются сбалансированное (Б) или индивидуальное (И) подвешивание; одно- или двухступенчатое; пружинное или пневматическое, а также подвешивание на резиновых рессорах или комбинированное. Эффективность виброзащиты зависит от гибкости рессорного подвешивания, характера и степени демпфирования. Демпфирующие свойства характеризуются конструкцией демпферов: фрикционные, гидравлические, пневматические и др.

Буксовый узел является связывающим звеном между необрессоренной колёсной парой и обрессоренной рамой тележки с различными упругофрикционными хактеристиками. Во всех тепловозных буксах устанавливают роликовые подшипники. Наиболее существенное влияние на конструкцию тележки и её эксплуатационные показатели оказывают продольная и поперечная связи буксы с рамой. В настоящее время применяют бесчелюстные буксы поводковой конструкции, позволяющие обеспечить высокую эксплуатационную надёжность и необходимые характеристики жёсткости связи буксы с рамой в продольном и поперечном направлениях по сравнению с челюстными буксами.


Тяговые электродвигатели соединяются с тележкой опорно-осевым подвешиванием (ООП), т.е. ТЭД опирается непосредственно на ось колёсной пары. По сравнению с другими способами получается наименьшее межцентровое расстояние, т.е. расстояние между осями якоря и колёсной пары. С увеличением скоростей движения и жёсткости пути повысился уровень высокочастотных виброускорений магнитных систем ТЭД. В связи с этим проведён большой объём работ по повышению надёжности элементов опорно-осевого тягового привода, созданию опорно-центрового (ОЦП) и опорно-рамного (ОРП) подвешивания ТЭД.

Способ передачи силы тяги от колёсных пар к автосцепке определяет коэффициент n использования сцепной массы тепловоза, от которого зависит сила тяги по сцеплению. Под действием силы тяги происходит перераспределение нагрузок от сцепной массы и наиболее разгруженные оси определяют склонность тепловоза к боксованию. У грузовых тепловозов коэффициент n ~ 0,7—0,92 в зависимости от способа передачи силы тяги и конструкции рессорного подвешивания. Для повышения коэффициента n применяют низкоопущенный шкворень, специальные догружатели (при двухступенчатом рессорном подвешивании), наклонные тяги и др.

Тележки тепловозов можно разделить на группы по конструктивным признакам, которые определяют динамические, тяговые и другие качества экипажной части тепловоза (см. табл. 6.1).

Тележка первой группы — трёхосная, челюстная со сбалансированным рессорным подвешиванием, опорно-осевым тяговым приводом. Такую тележку применяют для грузовых ТЭ10 и 2ТЭ10Л; пассажирских ТЭП10, ТЭП10Л; маневровых ТЭМ2 и других тепловозов. На рис. 6.1 показана тележка тепловоза 2ТЭ10Л. Она состоит из основных узлов: рамы 1, опорно-возвращающих устройств 11, шкворневого узла 9, рессоры 3, трех ТЭД 10, буксовых узлов 5, тормозных цилиндров 6, тормозной рычажной передачи 7. Челюстная сварнолитая рама 1 состоит из боковин коробчатого сечения, концевых балок, междурамных креплений и шкворневой балки. Рама является>сложной пространственной конструкцией. Из-за высокой концентрации напряжений технологии изготовления её считают одним из наиболее нагруженных узлов экипажной части.

Нагрузка от кузова с оборудованием передаётся непосредственно на рамы через опорно-возвращающие устройства 11, расположенные на боковинах рам тележек в продольно-вертикальной плоскости рессорного подвешивания, что снижает изгибающие моменты. Опоры, находящиеся на расстоянии 1365 мм от центра поворота тележки, создают восстанавливающий момент Мв благодаря перекатыванию роликов по наклонным плитам и демпфирующему моменту Мд за счёт трения скольжения промежуточной шаровой опоры.

Горизонтальные силы (от тележек к кузову) передаются через шкворневой узел 9, являющийся центром поворота тележки. В конструкции отсутствует виброизоляция колебаний относа кузова относительно тележек в горизонтальной плоскости.

Рессорное подвешивание сбалансировано с одной точкой подвешивания на каждой стороне тележки. Точка подвешивания создаётся двумя восьмилистовыми рессорами 3, шестью комплектами пружин 4 и балансирами 2.


Колёсно-моторный блок (КМБ) состоит из ТЭД10, колёсной пары 14, тягового редуктора 72, моторно-осевых подшипников 13. Применено опорно-осевое подвешивание: одним концом ТЭД через моторно-осевые подшипники 13 опирается на ось колёсной пары 14, другим через упругую траверсу подвешен к раме 7 тележки. Таким образом, половина массы двигателя является необрессоренной. Крутящий момент от ТЭД передаётся через односторонний прямозубый тяговый редуктор 72, состоящий из шестерни, закреплённой на валу якоря ТЭД 10, и зубчатого колеса, посаженного с натягом на ось колёсной пары 14. Тяговый редуктор 72 защищён кожухом, который прикреплён к остову ТЭД 10.

По обеим сторонам тележки расположены два тормозных цилиндра 6 рычажной передачи 7 тормоза. Колодки трёх колёс одной стороны приводятся от одного тормозного цилиндра диаметром 254 мм. В разных модификациях тепловозов осуществляется одно- или двустороннее торможение.

В рассматриваемой конструкции применено встречное расположение ТЭД: для крайних осей тележек носиками к шкворню, для средних — к среднему сечению тепловоза. При такой компоновке уменьшаются длина базы и момент инерции тележки, но в то же время снижается коэффициент использования сцепной массы и ухудшаются тяговые качества тепловоза.

Результаты эксплуатации и испытаний показывают, что конструкция тележки первой группы магистральных тепловозов мощностью 1470 кВт (2000 л.с.) и маневровых тепловозов ТЭМ2 по такому показателю эксплуатационной надёжности, как число неплановых ремонтов, приходящихся на 1 млн км пробега, является одной из лучших. При создании тепловозов большей мощности с повышенными осевыми нагрузками и увеличенными в 1,5—2 раза межремонтными пробегами потребовалось совершенствование конструкции экипажа.

Тележка второй группы — унифицированная бесчелюстная тележка. Она применена у магистральных грузовых тепловозов ТЭ10М, 2ТЭ116,2ТЭ10В, 2М62, маневровых ТЭМЗ и экспортных грузо-пассажирских ТЭ109 (модификаций 130, 131, 132, 142), ТЭ114, М62 с конструкционной скоростью 100—140 км/ч (рис. 6.2).


Для удовлетворения требований тепловозов всех модификаций в конструкции унифицированной бесчелюстной тележки предусмотрены: возможность изменения передаточного числа тягового редуктора с 4,41 (75/17) до 3,04 (70/23) при одном и том же тяговом электродвигателе (ТЭД), т.е. обеспечивается постоянство межцентрового расстояния тягового редуктора; изменение ширины колеи с 1520 до 1435 мм с вписыванием в габарит 0-2Т ГОСТ 9238—83 сменой дисков колёсных центров или их смещением на колёсной паре; установка оборудования тормоза Матросова для грузовых тепловозов, а для экспортных тепловозов с конструкционной скоростью 120 км/ч и выше — со ступенчатым нажатием типа Кнорр и др. Тягово-прочностные качества тележки допускают наибольшую нагрузку от колёсной пары на рельсы 226 кН (23 тс).

Трёхосная тележка второй группы оборудована индивидуальным приводом каждой колёсной пары через односторонний и одноступенчатый тяговый редуктор от тягового электродвигателя постоянного тока ЭД-118 А с польстерным смазыванием или электродвигателя ЭД-118Б с циркуляционным принудительным смазыванием моторно-осевых подшипников. Установка ТЭД в тележке выполнена опорно-осевой с рядным их расположением для улучшения использования сцепной массы локомотива (на 10—12 %) за счет однозначного распределения нагрузок по осям от тяги при движении тепловоза.

Рама 1 тележки связана с колёсными парами через поводковые бесчелюстные буксы с жёсткими осевыми упорами качения одностороннего действия. Такая связь предназначена для передачи сил тяги, торможения и поперечных сил от колёсных пар на раму тележки упруго без трения скольжения и зазоров, а также для обеспечения симметричности и параллельности осей колёсных пар в раме тележки и относительных вертикальных её колебаний. Жёсткость поводков буксы в поперечном направлении равна 35-105 Н/м, в продольном — 240 • 105—280 • 105 Н/м. Кроме этого, для уменьшения воздействия тепловоза на путь увеличена поперечная подвижность средней колёсной пары установкой её в буксах со свободным осевым разбегом ±14 мм.

Рессорное подвешивание тележки индивидуальное с пружинными комплектами на каждый буксовый узел. Оно без учета поводков обеспечивает статический прогиб 126 мм и под статической нагрузкой зазор 40—50 мм между корпусом буксы и боковиной рамы тележки, необходимый для избежания ударов при колебаниях надрессорного строения, возникающих при движении тепловоза и зависящих от состояния пути. Каждый пружинный комплект установлен с прокладками, которые служат для регулирования распределения нагрузок по осям тепловоза.

Параллельно индивидуальному буксовому рессорному подвешиванию включены фрикционные гасители колебаний сухого трения, которые способны одновременно уменьшать все три вида колебаний: подпрыгивание, галопирование и поперечную качку. Демпфирование колебаний обеспечивается 5—6 % к подрессоренной массе регулированием изменения силы трения.

В конструкции тележки (для каждого колеса) применён пневматический колодочный тормоз с двусторонним нажатием гребневых тормозных колодок. Каждое колесо обслуживается одним тормозным цилиндром через рычажную передачу с общим передаточным числом 7,8; поперечные триангели рычажной передачи между тормозными колодками надёжно удерживают колодки от сползания с бандажей и допускают применение безгребневых секционных тормозных колодок (экспортные тепловозы типа ТЭ109). Установочный выход штока тормозного цилиндра 55 мм при зазоре 7 мм между колодкой и бандажом. Эксплуатационный размер выхода штока 55—120 мм. Для его регулировки на продольных тягах рычажной передачи установлены регуляторы выхода штока тормозного цилиндра типа «винт—гайка». Проводятся опытно-конструкторские работы для применения тормозных цилиндров «ТЦР-10» со встроенными регуляторами выхода штока, чтобы без ручных регулировок поддерживать постоянный зазор между бандажом и колодкой до предельного износа тормозных колодок.

Нагрузка от надтележечного строения тепловоза передаётся на четыре комбинированные роликовые опоры с резинометаллическими элементами, которые размещены на боковинах рам тележек. Каждая опора по отношению к центру поворота тележки установлена так, что роликовой частью обеспечивается поворот тележки и возвращающий момент, а поперечное перемещение кузова (относ) достигается поперечной свободно-упругой подвижностью шкворня и сдвигом каждого комплекта из семи резинометаллических элементов, установленных на верхней плите роликовой опоры. Как возвращающий момент, так и момент упругих сил опор гасят относительные колебания кузова и тележек в горизонтальной плоскости (без установки дополнительных демпферов) при движении тепловоза со скоростью до 120 км/ч. При таком опорно-возвращающем устройстве возможен устойчивый максимальный поворот тележки (с учётом относа) относительно кузова до 5°, а упругое опирание кузова создаёт дополнительный прогиб до 20 мм в рессорном подвешивании тепловоза.

Сила тяги от рамы тележки на кузов передаётся шкворневым узлом, допускающим поперечную свободно-упругую подвижность шкворня кузова ±40 мм. Шкворень является осью поворота тележки в горизонтальной плоскости. Вследствие минимального одинакового значения колёсной базы тележки (1850 х 2 мм) и рядного расположения ТЭД шкворневой узел размещён на продольной балке со смещением на 185 мм от оси средней колёсной пары.

Конструкция бесчелюстной тележки, тяговый привод, способ связи её с кузовом направлены на достижение наибольшего коэффициента сцепления, а также расчётного коэффициента использования сцепной массы (принятого равным 0,9).

Коэффициент запаса прочности корпусов букс и рамы тележки не менее 2. Надежность и долговечность тягового редуктора доведены до 1,2—1,8 млн км пробега заменой жёсткой зубчатой передачи с модулем 11 мм передачей с модулем 10 мм и упругим зубчатым колесом (УЗК). После замены жёстких опор кузова комбинированными с резинометаллическими элементами вертикальная и горизонтальная динамика ходовой части экипажа не ограничивает прохождение тепловозом прямых, крутых кривых участков пути и стрелочных переводов.

Обе тележки (передняя и задняя) тепловоза по своей конструкции одинаковы, за исключением установки на передней тележке рычажной передачи ручного тормоза, подножек для входа в тепловоз и привода скоростемера.

Тележка третьей группы — трёхосная, бесчелюстная, со сбалансированным рессорным подвешиванием, опорно-рамным тяговым приводом. Эта тележка применена для грузового тепловоза 2ТЭ121 мощностью 2 х 2940 кВт (2 х 4000 л.с.) с повышением осевых нагрузок до 245 кН. Отличительными особенностями тепловоза 2ТЭ121, оказавшими влияние на конструкцию экипажной части, являются опорно-рамный тяговый привод и увеличенный диаметр колёс (1250 мм) по сравнению с применяемым у всех магистральных и маневровых тепловозов (до 1050 мм). Это обусловило увеличение массы тележки почти на 40 % по сравнению с тележкой тепловоза 2ТЭ116.

Общий вид тележки тепловоза 2ТЭ121 показан на рис. 6.3. Способ опорно-возвращающего устройства 2 принят таким же, как у тепловоза 2ТЭ116 (резинометаллические опоры).

Рессорное подвешивание — сбалансированное, оно включает пружины 3 и листовые рессоры 7. Букса 4 поводковая, размеры подшипников больше, чем у тепловозов мощностью 2205 кВт (3000 л.с.): 180 х 320 мм. У опорно-рамного привода есть полый вал якоря, обрессоренный ТЭД 5 и редуктор 6.

Четвёртую группу представляет восьмиосный маневрово-вывозной тепловоз ТЭМ7, описание которого дано в главе 7.

Пятую группу представляет тележка грузового восьмиосного тепловоза ТЭ136 (рис. 6.4). По элементам экипажной части она унифицирована с тележкой тепловоза 2ТЭ121. Тележка состоит из двух двухосных тележек 7, сочленённых между собой низкорасположенной балкой-балансиром 6, в центре которой находится гнездо 7 шкворневого узла 5 кузова.

По концам балки-балансира 6 сделаны проушины, которыми через шаровые шарниры она соединена со шкворнями тележек. Балка-балансир 6 обеспечивает прохождение тепловозом кривых участков пути и, следовательно, выполняет то же назначение, что и промежуточная рама тепловоза ТЭМ7. Балка-балансир 6 передаёт силу тяги от тележек к кузову через шкворневые узлы 5.


Нагрузка от кузова воспринимается рамой тележек через пружины 3 второй ступени рессорного подвешивания и роликовые опорно-восстанавливающие устройства с наклонными плитами. На ролики через опорные плиты опирается корпус с гнездом под вторую пару роликов, которые расположены между опорными плитами с наклонными поверхностями. Оси пары роликов верхнего яруса перпендикулярны осям пары роликов нижнего яруса. Таким образом создаются восстанавливающие моменты и сила при повороте и поперечном смещении тележек.

Рессорное подвешивание двухступенчатое, причём на первую буксовую ступень 4, являющуюся виброзащитой экипажной части от воздействия неровностей пути, приходится меньшая часть общего прогиба (32 %).

Тележка шестой группы показана на рис. 6.5. Она предназначена для пассажирских тепловозов ТЭП70 и ТЭП75 мощностью соответственно 2940 и 4410 кВт (3000 и 4000 л.с.). В бесчелюстной тележке применено двухступенчатое рессорное подвешивание с пружинами, причём пружины 1 второй ступени одновременно создают упругую связь кузова с тележкой в горизонтальном направлении, вследствие чего получилась простая и компактная конструкция опорно-восстанавливающего устройства. Демпфирование горизонтальных поперечных перемещений тележек относительно кузова осуществляется гидравлическими гасителями колебаний 4, установленными в поперечном сечении тележек у шкворней. Гидрогасители 2 вертикальных колебаний также расположены во второй ступени параллельно пружинам 7. Для повышения коэффициента Г) использования сцепной массы сила тяги передаётся низко опущенным шкворнем 5.

Статический прогиб двухступенчатого рессорного подвешивания 180 мм. Упругую связь тележек и кузова с Lэкв = 650 мм. Угловой поворот тележек осуществляется благодаря поперечной деформации пружин второй ступени рессорного подвешивания. Возвращающий момент зависит от угла поворота тележки (рт и определяется по формуле М = 560 • 103 •фт , где фт — в радианах. Эта зависимость получена по результатам натурных стендовых испытаний тепловоза. Поперечный зазор был равен 40 мм на сторону. Вторая ступень рессорного подвешивания тепловоза ТЭП70 состоит из восьми пружин, размещённых в нише кузова и опирающихся непосредственно на боковины рам тележек. Верхняя опорная плоскость пружин находится в одной плоскости с центром тяжести кузова для обеспечения его поперечной устойчивости.

Для гашения колебаний галопирования тележек у крайних колёсных пар установлены четыре гидравлических гасителя. Коэффициент относительного гашения вертикальных колебаний подпрыгивания и галопирования кузова D = 0,36, колебаний подпрыгивания и галопирования тележек в среднем равен 0,28 при коэффициенте сопротивления каждого гасителя 700 Нс-см1.

Первая ступень рессорного подвешивания состоит из пружин, установленных на крыльях поводковых букс. Вертикальная жёсткость пары поводков одной буксы 176 Н/мм, поперечная горизонтальная 2,94 кН/мм, суммарная жёсткость поводков и пружин 4,32 кН/мм. Гашение вертикальных колебаний в первой ступени не предусмотрено.

При скоростях 140 км/ч рамные силы тепловоза ТЭП75 не превышали 30 кН. Рамные силы в кривых у тепловоза ТЭП75 ниже, чем у тепловоза ТЭП60, например: в кривой радиуса 350 м на 13 кН при максимальной скорости, соответствующей допускаемому уровню непогашенного ускорения. Рамные силы при движении на боковое направление стрелочного перевода марки Р50 1/11 у обоих тепловозов близки и составляют около 60 кН при скорости 40 км/ч. Уровень рамных сил в кривых, в том числе стрелочных, для локомотива с нагрузкой от колёсных пар на рельсы 225 кН можно считать вполне приемлемым. Для улучшения динамики унифицированной экипажной части тепловозов ТЭП75 и ТЭП70 поперечный зазор в шкворне тележек был увеличен до 60 мм на сторону. В тепловозе применена конструкция опорно-рамного тягового привода карданного типа с шарнирно-поводковыми муфтами на подшипниках качения.


Далее будут рассмотрены конструктивные решения основных узлов применительно к наиболее распространённой бесчелюстной тележке тепловоза 2ТЭ116 (вторая группа) и пассажирского тепловоза ТЭП70.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК