понедельник, 24 декабря 2007 г.

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

Рис. 2.10. Основные неисправности колесных пар

Рис. 2.11. Основные неисправности колесных пар

Рис. 2.12. Основные неисправности колесных пар

Ходовые части.

Ходовыми частями (тележками) называются устройства, которые обеспечивают безопасное движение вагона по рельсовому пути, с минимальным сопротивлением и необходимой плавностью хода.
Ходовые части грузовых вагонов конструктивно выполняются в виде тележек, которые устойчиво стоят на рельсовом пути, могут свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости относительно рамы, что очень важно при движении вагона по кривым малого радиуса и стрелочным переводам.
Тележки так соединяются с рамой вагона (через систему пятник-подпятник), что их можно быстро выкатить из-под кузова, осмотреть и отремонтировать.
Структуру ходовых частей рассмотрим на примере анализа конструкции наиболее распространенной тележки 18-100 (ЦНИИ-Х3), применяемой на грузовых вагонах Российской Федерации, стран СНГ и Балтии (рис. 2.1).Обратите внимание на общий вид тележки 18-100 (ЦНИИ-Х3) (рис. 2.1 а).
Видно, что тележка состоит из двух колесных пар с буксовыми узлами, на которые свободно устанавливаются литые боковые рамы с рессорными комплектами и литой надрессорной балкой.
Рис. 2.1. Тележка модели 18-100:
1 — колесная пара; 2 — боковая рама; 3 — фрикционный клин (гаситель колебаний); 4 — надрессорная балка; 5 — буксовый узел; 6 — тормозная передача; 7 — подпятник; 8 — скользун

Видно, что тележка состоит из двух колесных пар с буксовыми узлами, на которые свободно устанавливаются литые боковые рамы с рессорными комплектами и литой надрессорной балкой.
Кузов вагона опирается на тележку через надрессорную балку, снабженную подпятником со шкворнем, а скользуны обеспечивают боковую устойчивость соединения. Кроме того, на боковых рамах тележки устанавливаются элементы тормозной передачи, обеспечивающей регулирование скорости движения и остановку вагона в заданном месте.
Таким образом, рама тележки является базовой частью, которая объединяет в единую систему: колесные пары с буксовыми узлами, рессорное подвешивание, надрессорную балку и навесное тормозное оборудование. Кроме того, надрессорная балка и боковые рамы перераспределяют нагрузку, передающуюся от кузова вагона на буксовые узлы колесных пар и на путь.
Таким образом, структура ходовых частей грузового вагона может быть представлена в виде, показанном на рис. 2.2.
Названия основных составных частей тележки отражают следующее.
  • Колесной парой называется сборочная единица ходовых частей (тележки), состоящая из оси с напрессованными колесами на ее подступичные части.
  • Буксовым узлом называется устройство с подшипниками, обеспечивающее трансформацию вращательного движения колесной пары в поступательное перемещение вагона, с минимальным сопротивлением.

Рис. 2.2. Структура ходовых частей (тележек) грузовых вагонов

  • Рессорным подвешиванием (комплектом) называется устройство, состоящее из упругих элементов (например, пружин или других типов), гасителей колебаний (демпферов) и ограничителей перемещений, обеспечивающее необходимую плав-ность хода вагона.
  • Гасителем колебаний (демпфером) называется устройство, обеспечивающее уменьшение амплитуд колебаний (гашение) вагона, за счет преобразования кинетической энергии колебаний в тепловую энергию и рассеивания ее в окружающую среду.
  • Рамой тележки называется базовая часть, в данном случае, состоящая из двух боковых рам, которая объединяет в единую систему колесные пары с буксовыми узлами, рессорное подвешивание, надрессорную балку и навесное тормозное оборудование.
  • Надрессорной балкой называется несущий элемент тележки, выполненный в виде пустотелой литой балки, опирающийся на рессорные комплекты, и снабженной подпятником (опорное соединение) со шкворнем (стержень — предохранитель саморазборки) и скользунами, что обеспечивает перераспределение нагрузок от кузова вагона на рессорные комплекты.


Обратите внимание (см. рис. 2.2).

Нагрузка от кузова через пятник на раме вагона передается на подпятник надрессорной балки и далее на рессорные комплекты, боковые рамы, буксовые узлы, колесные пары и на рельсовый путь.
Ниже будут более подробно рассмотрены все составные части тележек грузовых вагонов.

Общие сведения.


Вагоном называется единица железнодорожного подвижного состава, предназначенная для перевозки грузов (пассажиров).
При этом, вагон должен обеспечивать не просто перевозку, а доставку груза с минимальными затратами, без ухудшения качественных показателей груза, с облегченными и ускоренными процедурами погрузки, выгрузки и подготовительных операций.
Необходимость учета интересов потребителей транспортной продукции и повышения конкурентоспособности железнодорожного транспорта привели к созданию разнообразных типов вагонов, приспособленных к перевозке тех или иных грузов, которые предлагает рынок.
Конструкции разных типов вагонов различаются как по назначению и номенклатуре перевозимых грузов, так и по условиям их эксплуатации.
Однако, несмотря на то, что в вагонном парке железных дорог имеется много различных конструкций грузовых вагонов, все они создавались на основе общих принципов.
Структурная схема грузового вагона приведена на рис. 1.1.
Все грузовые вагоны состоят из следующих основных частей: кузова, рамы, ходовых частей, автосцепного и тормозного оборудования.

Кузовом называется та часть вагона, которая служит для размещения и закрепления грузов. Обычно кузов вагона прочно укрепляется на раме (полураме) или составляет с ней одно целое. Устройство кузова грузового вагона зависит от рода перевозимого груза и его тарной упаковки.
Ходовыми частями (тележками) называются устройства, которые обеспечивают безопасное движение вагона по рельсовому пути, с минимальным сопротивлением и необходимой плавностью хода.
Автосцепным оборудованием называются устройства, которые обеспечивают сцепление вагонов между собой и с локомотивом, удерживают вагоны на определенном расстоянии друг от друга, а также передают и смягчают силы тяги и соударение вагонов.
Тормозным оборудованием называются устройства, которые позволяют создавать искусственное (тормозное) сопротивление движению вагона, т. е. обеспечивают регулирование скорости движения и остановку вагона в заданном месте.
Рамой называется объединяющая (базовая) часть вагона, которая служит основанием для кузова, опирается на ходовые части (тележки) и на нее монтируется автосцепное и тормозное оборудование.
Постройка вагонов основана на следующих принципах.
1. Конструкция вагона должна обеспечивать оптимальное выполнение возложенных на нее функций по нагрузке, перевозке, сохранности и выгрузке вагонов.
2. Вагон должен иметь достаточную прочность во всех своих частях, чтобы обеспечивалась безопасность движения поездов.
3. Устройство ходовых частей вагонов должно соответствовать условиям движения по рельсовому пути, причем вагон без затруднений должен проходить кривые допускаемых минимальных радиусов.
4. Вес вагона должен находиться в соответствии с прочностью рельсового пути и искусственных сооружений (мостов и т. п.).
5. Вагон должен обладать достаточной устойчивостью и плавностью хода.
6. Габариты вагона и его составных частей с грузом должны соответствовать размерам габарита подвижного состава.
Габаритом подвижного состава называется предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, в котором, не выходя наружу, должен помещаться как груженый, так и порожний подвижной состав, установленный на прямом горизонтальном пути [13].
Рассмотрение конструкций различных вагонов показывает, что они, в основном, различаются по конструкции кузовов и рам, а ходовые части, автосцепное и тормозное оборудование являются стандартизированными и используются почти без изменений под всеми типами экипажей.Поэтому, в данной книге, был принят следующий порядок анализа конструкций грузовых вагонов. Сначала рассматриваются особенности конструкций стандартных ходовых частей (тележек) вагонов и намечаемых, в настоящее время, модернизаций их узлов. Затем обсуждаются особенности конструкций и работы автосцепного оборудования вагонов. На заключительном этапе описываются особенности конструкций кузовов и рам грузовых вагонов, которые выпускаются основными вагоностроительными фирмами Российской Федерации и Украины. Приводятся варианты дооборудования универсальных платформ и модернизации старотипных грузовых вагонов при капитальном ремонте, с продлением полезного срока (КРП) их использования.

Введение.

Железнодорожный транспорт имеет ряд важных преимуществ перед другими видами транспорта: по затратам энергии на перевозку грузов; экологичности, особенно на электрофицированных участках; всепогодности; достаточно большой скорости доставки, партионности и номенклатуре грузов; безопасности движения; возможности организации массовых перевозок и другие.
Поэтому железнодорожный транспорт имеет хорошие перспективы, будет развиваться и совершенствоваться, а железные дороги разных стран мира будут объединяться в единый транспортный конвейер.
Главной частью железнодорожного транспорта является вагонный парк, так как только в вагонах перевозятся грузы (товары) и пассажиры, производится оплата за их транспортное обслуживание.
Другие подсистемы железнодорожного транспорта обеспечивают своевременную и безопасную работу вагонов, как главного источника доходов транспортной системы.
Данная книга посвящена архитектонике грузовых вагонов.
Греческое слово «архитектоника» означает: строительное искусство, соотношение отдельных частей, образующих единое целое [10].
Поэтому в книге, простым и доходчивым языком, обсуждаются особенности конструкций всех составных частей грузовых вагонов, приводятся их главные характеристики и пути совершенствования.
В каждом разделе книги сначала дается общее понятие о назначении отдельных частей вагона и условия их работы, а затем уже рассматривается конструктивное осуществление различных их вариантов. Таким расположением материала в книге авторы имели в виду не только ознакомить читателя с конструкцией отдельных частей вагонов, но и развить умение критически оценить работу узлов экипажей в различных условиях эксплуатации.
Книга включает семь разделов, которые насыщены иллюстративным материалом, четко сформулированными определениями и пояснениями работы составных частей вагонов.
При написании этой книги — самоучителя по грузовым вагонам, авторы учитывали народную мудрость, что «повторение — мать учения».
Поэтому в книге часто повторяются в разных ракурсах и сборочно-разборочных схемах наиболее сложные узлы вагонов. Рисунки выполнены в достаточно большом масштабе, позволяющем проводить самостоятельный анализ особенностей тех или иных конструкций, а текст набран с увеличенным форматом букв, облегчающим чтение людям с ослабленным зрением.
В первом разделе книги даются общие сведения о грузовых вагонах и поясняются названия их основных составных частей. Показывается, что грузовые вагоны, в основном, различаются по конструкции кузовов и рам, а ходовые части, автосцепное и тормозное оборудование является стандартизированным и используется, почти без изменений, под всеми типами экипажей.
Поэтому в книге сначала рассматриваются особенности устройства этих стандартизированных частей, а затем анализируются конструкции кузовов вагонов и варианты их модернизации.
Во втором разделе описываются конструкции ходовых частей грузовых вагонов. Причем, сначала рассматриваются конструкции колесных пар и буксовых узлов, а затем конструкции серийных двух-, трех- и многоосных тележек, а также опытные варианты их модернизаций.
Третий раздел посвящен описанию работы автосцепного оборудования, включающего автосцепку СА-3, ударно-центрирующий прибор, расцепной привод, упряжное устройство и поглощающие аппараты. Анализ конструктивных схем кузовов грузовых вагонов приводится в четвертом разделе книги. В частности, рассматриваются тенденции развития конструктивных схем платформ, полувагонов, крытых и резервуарных вагонов. Показывается подетальная разборка платформы и вагона для перевозки битума.
Пятый раздел посвящен обзору конструкций грузовых вагонов, производимых на вагоностроительных фирмах России и Украины.
В шестом разделе обсуждаются вопросы дооборудования универсальных платформ устройствами, обеспечивающими рациональные перевозки грузов, а в седьмом разделе приводятся модернизации старотипных грузовых вагонов при капитальном ремонте с продлением полезного срока их использования.
В заключении обобщаются тенденции развития вагонных парков железных дорог стран СНГ и Балтии, в условиях международных перевозок укрупненных грузовых единиц, а в приложениях приведена нормативно – техническая документация (по состоянию на 01 марта 2006 г.) по производству КРП и продлению сроков службы грузовых и рефрижераторных вагонов.