Архитектоника грузовых вагонов: Колесные пары.

Колесной парой называется сборочная единица ходовых частей (тележки), состоящая из оси с напрессованными колесами на ее подступичные части (рис. 2.3).
Обратите внимание на общий вид колесной пары (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Колесная пара с роликовыми буксовыми узлами

Видно, что на цилиндрический стержень (ось) неподвижно установлены (напрессованы) на определенном расстоянии два колеса, а на концевых частях оси (шейках) смонтированы буксовые узлы.
Масса колесной пары составляет » 1250 кг.
Колесная пара является наиболее ответственной частью вагона, так как передает все нагрузки от кузова на железнодорожный путь и обеспечивает безопасное движение по нему с заданной скоростью. Конструктивно элементы колесной пары выполняются следующим образом (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Схема колесной пары:

1 — расстояние между внутренними гранями колес; 2 — диаметр колеса по кругу катания; 3 — диаметр шейки оси; 4— диаметр предподступичной части оси; 5 — диаметр средней части оси; 6 — размеры элементов

Ось колесной пары представляет собой цилиндрический стержень, имеющий разные диаметры частей по длине в зависимости от их назначения и воспринимаемых нагрузок (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Элементы колесной пары

На оси выделяются следующие части: шейки, пред-подступичные части, подступичные части и средняя часть оси.
Шейки служат для размещения и закрепления на них буксовых узлов. Для этого на торцах шеек предусматривается резьба или отверстия для болтов.
На подступичные части оси под большим давлением напрессовываются колеса. Эти части являются наиболее утолщенными по всей оси.
Для смягчения перехода от подступичных частей к шейкам служат предподступичные части. Кроме того, на предподступичной части размещается задний затвор буксы. Переходы от одной части оси к другой выполняются в виде галтелей (плавных переходов) соответствующего радиуса, за исключением перехода к средней части оси. Галтели резко снижают концентрацию напряжений при переходе от одного диаметра оси к другому и тем самым повышают надежность работы оси.
Колесо (рис. 2.5) имеет обод, диск и ступицу. Ширина обода — 130 мм. Переход от ступицы к ободу выполнен в форме диска, расположенного под некоторым углом к этим частям, что придает колесу упругость и снижает воздействия динамических сил. Диск слегка конусный: у ступицы его толщина больше, чем у обода. Такая форма распределения металла наиболее рациональна, так как обеспечивает равнопрочность колеса относительно поперечных толчков.
У одного края обода колеса, обращенного внутрь колесной пары, имеется гребень, предохраняющий колесную пару от схода с рельсов. Гребень у вагонных колес имеет высоту 28 мм, толщина же его, измеренная на расстоянии 18 мм от вершины равна 33 мм.
Поверхности катания колеса придается коничность для выравнивания неравномерного проката по ширине поверхности катания, а также для облегчения прохождения кривых участков пути (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Профиль поверхности катания колеса

Профиль поверхности катания колес выбирается в соответствии с профилем головок рельсов и с учетом подуклонки рельсов, которая обеспечивается конусными подкладками под основание рельсов (рис. 2.7, 2.8).
У современных конструкций пути головке рельсов придается выпуклая форма, чтобы колесо катилось по ее середине. Рельсы устанавливаются с уклоном внутрь колеи, равным коничности поверхности катания колеса 1/20, благодаря чему давление от колеса на подошву рельса передается по вертикальной оси рельса, проходящей через его центр тяжести.

Рис. 2.7. Схема взаимодействия колеса и рельса

Начиная от гребня (рис. 2.6) после небольшой площадки, поверхность катания обода колеса имеет уклон 1/20, а затем 1/7, который оканчивается фаской 6x6 мм. Двойная коничность делается потому, что в обычных условиях колесо работает на коничности 1/20, а при проходе кривых участков включается конусность 1/7 и обеспечивается движение колесной пары с меньшим проскальзыванием колес. Кроме того, наличие конусности 1/7 и фаски 6x6 мм поднимает наружную грань колеса над головкой рельса, что обеспечивает беспрепятственный проход стрелочных переводов, даже при наличии нормированного проката поверхности катания колес.

Рис. 2.8. Схема укрепления рельса на шпале

Так как при конической форме поверхности катания колесо в разных местах имеет различные диаметры, то под диаметром колеса принято понимать диаметр круга, расположенного от внутренней (гребневой) грани колеса на расстоянии 70 мм. Этот круг называют кругом катания колеса. В его плоскости измеряется толщина обода колеса.
Для обеспечения безопасного движения колесной пары в рельсовой колее строго регламентируется расстояние между внутренними гранями колес. Для современных колес это расстояние установлено равным 1440 мм с допуском ± 3,0 мм, причем оба колеса должны находиться на одинаковом расстоянии от середины оси.
При изготовлении всех элементов колесных пар предусмотрено их клеймение, указывающее место и время изготовления, номера элементов, плавки и т. д. [2, 3, 7].
В вагонах устанавливаются только такие колесные пары, которые удовлетворяют требованиям специальной инструкции по освидетельствованию, формированию и ремонту вагонных колесных пар [12, 13].

Обратите внимание!
Колесо при качении по рельсу взаимодействует с ним на достаточно небольшой площадке (пятне), где реализуются чрезвычайно большие давления и напряжения. Это приводит к износам и даже отколам поверхности катания колес и рельсов.
Износы (прокат) и другие неисправности колесных пар вызывают увеличенные динамические силы, воздействующие как на вагон, так и на железнодорожный путь, угрожая безопасности движения поездов.
Основные возможные неисправности колесных пар приведены на рис. 2.9—2.12.

Рекомендуется подробно проанализировать и запомнить эти неисправности колесных пар, так как наличие таких неисправностей угрожает безопасности движения поездов.

Рис. 2.9. Основные неисправности колесных пар