Колесные пары
К ходовым частям вагона относятся также колесные пары, которые предназначены для направления движения вагона по рельсовому пути и воспринятия всех нагрузок от кузова вагона на рельсы и обратно при их вращении. Конструкция и техническое состояние колесной пары оказывает влияние на плавность хода, величину динамических сил при взаимодействии вагона и ж.-д. пути и сопротивление движению. Колесная пара должна обладать достаточной прочностью при минимально возможной массе, некоторой упругостью с целью снижения уровня шума и смягчения толчков на поверхностях пути, обеспечивать наилучшее сопротивление качению по рельсам.
Классификация
Колесная пара (рис. 6.39) состоит из оси и двух колес, жестко соединенных с нею (прессовая посадка с натягом, создаваемым специальным прессом с записью диаграммы усилия запрессовки). При тепловой посадке нагретую до определенной температуры ступицу колеса свободно надевают на ось; после остывания ступицы создается прочное соединение колеса с осью. По сравнению с прессовой посадкой при тепловой повышаются усилия распрессовки колес, исключаются механические повреждения сопрягаемых поверхностей, что увеличивает усталостную прочность колесной пары. Однако тепловая посадка имеет существенные недостатки, например нет контроля прочности посадки из-за отсутствия индикаторной диаграммы. Тепловая посадка колес на железных дорогах России не применяется.
На некоторых зарубежных железных дорогах вагоны, в основном высокоскоростных пассажирских поездов, имеют колесные пары со свободно вращающимися на невращающейся оси колесами для улучшения динамических качеств вагонов и их воздействия на железнодорожный путь.
Тип колесной пары определяется типом оси и диаметром колес. На железных дорогах России основными являются колесные пары с цельнокатаными стальными колесами диаметром 950 мм по кругу катания и с роликовыми подшипниками.
Для безопасного движения вагонов по рельсовому пути колесная пара должна иметь размеры, указанные в таблице 3.
Колесная пара с раздвижными вдоль оси колесами
Для беспрепятственного бесперегрузочного проезда грузовых вагонов, например в поездах «Восток — Запад», по железным дорогам с различной шириной колеи сконструирована колесная пара с раздвижными вдоль оси колесами. Эти колесные пары имеют большую массу A700, 1860, 2200 кг). Передвижение колес по оси из одного положения в другое происходит автоматически при движении вагона по специальному путевому переводному устройству, расположенному между участками пути различной ширины.
Основной частью каждой колесной пары является ось. В зависимости от осевой нагрузки вагона оси могут иметь различные размеры, отличаются по форме (сплошные или полые), способу крепления роликовых подшипников на шейке (корончатой гайкой или шайбой). Для грузовых вагонов с осевой нагрузкой 25 т применяется усиленная ось, у которой диаметры шейки подступичной и средней части соответственно 140, 204 и 172 мм (у типовой оси - 130, 194 и 165 мм).
Ось колесной пары изготавливается из специальной осевой стали (марка ОсВ). Гарантийный срок эксплуатации чистовой оси 8,5 лет, срок службы - 15 лет. Для повышения предела выносливости осевой стали вся поверхность оси после ее обточки накатывается роликами на токарно-накатных станках, а затем шейки и подступичные части шлифуются и промываются раствором триэтаноламина и обдуваются воздухом в специальных раздельных камерах.
Полая ось весит на 100-110 кг меньше сплошной. Однако опытная эксплуатация полых осей показала, что посадка колес на такой оси со временем ослабевает из-за возникновения в основном остаточных деформаций оси (усиление распрессовки колес меньше усилия запрессовки).
Классификация по способу изготовления
По способу изготовления колеса делятся на цельнокатаные и цельнолитые. Первые имеют лучшие прочностные и износостойкие характеристики и обладают более высокой эксплуатационной надежностью.
Цельнокатаные колеса для пассажирских вагонов локомотивной тяги, прицепных вагонов электро- и дизель-поездов и для грузовых вагонов с осевой нагрузкой до 228 кН изготавливаются из сталей с ударной вязкостью при температуре 20 °С 0,3 МДж/м2 и 0,2 МДж/м2.
Диск цельнокатаного колеса (рис. 6.40) обладает некоторой упругостью с целью снижения динамических сил. Обод колеса подвергается прерывистой закалке с последующим отпуском для повышения износостойкости профиля колеса. Гребень колеса служит для направления движения и предохранения от схода колесной пары с рельсов. От угла наклона гребня зависит устойчивость колеса при вкатывании на рельс: чем больше угол, тем устойчивость выше.
Разработаны два типа профилей, один из которых предназначен для колесных пар вагонов ж. д. России с выходом их на ж. д. сопредельных стран, а другой - для колесных пар западноевропейских вагонов. Поверхность катания этих профилей круголинейная, угол наклона наружной грани гребня колеса 70°, врезультате чего на 25% улучшается устойчивость колесной пары, при движении снижаются контактные напряжения, на 25% уменьшается износ гребня и на 50% увеличивается срок службы колеса, повышается плавность хода пассажирских вагонов при высоких скоростях движения.
Спроектированы упругие колеса, которые позволяют уменьшить ускорения необрессоренных масс вагонов, снизить уровень боковых сил и коэффициент динамической добавки, погасить высокочастотные звуковые колебания. В качестве упругих элементов, расположенных между ободом и колесным центром, используются резиновые прокладки и элементы, пневматические резиновые шины. Упругое колесо болтовой конструкции, подкатываемое под кузов вагона, применяется в метрополитене (рис. 6.41).
Бандаж особой формы насажен на центральный диск и дополнительно укреплен кольцом. Между центральным диском и колесным центром расположены восемь работающих на сдвиг резиновых вкладышей, прижатых к колесному центру и центральному диску нажимной шайбой, шпильками, пластинчатыми шайбами. Для отвода электротока от колеса к рельсу имеются два гибких шунта. При изготовлении и ремонте предусмотрены меры по защите резиновых вкладышей от повреждений при сварочных и наплавочных работах и обточке поверхности катания бандажа.
На железных дорогах России и США в 1970-х гг. выпускались упругие колеса с центром из алюминиевого сплава. Однако такие колеса не нашли практического применения вследствие ненадежной бандажной конструкции и сложности обеспечения прочного соединения алюминиевого центра со стальной осью при нагреве в результате торможения.