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.
Технические требования к колёсным парам в эксплуатации
1 Запрещается выпускать в эксплуатацию и допускать к следованию в поездах вагоны после сходов, с трещиной в любой части оси колесной пары или трещиной в ободе, диске и ступице колеса, а также при следующих износах и повреждениях ко-лесных пар, нарушающих нормальное взаимодействие пути и подвижного состава: 1) при скоростях движения до 120 км/ч — толщина гребня более 33 мм или менее 25 мм при измерении на расстоянии 18 мм от вершины гребня; — в межгосударственном сообщении, для грузовых вагонов, толщина гребня более 33 мм или менее 24 мм при измерении на расстоянии 18 мм от вершины гребня; — прокат по кругу катания у колесных пар пассажирских вагонов с редукторно-карданным приводом от торца шейки оси более 4 мм; у пассажирских вагонов в по-ездах дальнего следования более 7 мм; у пассажирских вагонов в поездах местного и пригородного сообщения более 8 мм; у вагонов рефрижераторного парка и грузовых вагонов более 9 мм; — неравномерный прокат по кругу катания (при обнаружении) у грузовых вагонов 2 мм и более; у пассажирских вагонов 2 мм и более, а у колесных пар с приводом ге-нераторов всех типов (кроме плоскоременных) — 1 мм и более. При обнаружении на ПТО в грузовых вагонах, в пунктах формирования и оборота в пассажирских поездах, а также на ПТО промежуточных станций колесных пар с не-равномерным прокатом более допустимых величин данные колесные пары должны быть выкачены для обточки и полного освидетельствования. Неравномерный прокат определяется разностью измерений в сечениях макси-мального износа и с каждой стороны от этого сечения на расстоянии до 500 мм; 2) вертикальный подрез гребня высотой более 18 мм, измеряемый шаблоном ВПГ; 3) ползун (выбоина) более 1 мм на поверхности катания колес. При обнаружении в пути следования вагона ползуна (выбоины) глубиной более 1 мм, но не более 2 мм разрешается довести такой вагон без отцепки от поезда до бли¬ жайшего ПТО, имеющего средства для смены колесных пар: пассажирский со скоро-стью не более 100 км/ч, грузовой — не более 70 км/ч. При глубине ползуна свыше 2 до 6 мм разрешается следование поезда со скоро-стью 15 км/ч, а при ползуне свыше 6 до 12 мм — со скоростью 10 км/ч до ближайшей станции, где колесная пара должна быть заменена. При ползуне свыше 12 мм разрешается следование со скоростью 10 км/ч при ус-ловии исключения возможности вращения колесной пары (с применением тормозных башмаков или ручного тормоза); 4) протертость средней части оси глубиной более 2,5 мм (5 мм по диаметру); 5) следы контакта с электродом или электросварочным проводом в любой части оси; 6) сдвиг или ослабление ступицы колеса на подступичной части оси (рисунок 3.1.). Признаком ослабления посадки ступицы колеса на оси является разрыв краски по всему периметру в месте сопряжения с выделением из-под ступицы с внутренней сто-роны колеса ржавчины или масла. Колесная пара не бракуется, если при разрыве краски выделение из-под ступицы колеса ржавчины или масла не наблюдается. При-знаками сдвига ступицы колеса на оси служит полоска ржавчины или блестящая по-лоска на поверхности металла с внутренней стороны ступицы (при сдвиге колеса на-ружу), полоска ржавчины или блестящая полоска на оси с противоположной стороны ступицы (при сдвиге колеса внутрь). При наличии хотя бы одного из указанных признаков необходимо выкатить ко-лесную пару из-под вагона и отправить в ремонт; 7) выщербины по поверхности катания колеса глубиной более 10 мм или длиной более 50 мм у грузовых вагонов и более 25 мм у пассажирских вагонов. Трещина в вы-щербине или расслоение, идущее вглубь металла, не допускаются. Толщина обода ко-леса в месте выщербины не должна быть менее допускаемой. Выщербины глубиной до 1 мм не бракуются независимо от их длины; При обнаружении во время осмотра на промежуточных станциях пассажирских вагонов с выщербинами на поверхности катания колес длиной от 25 мм но не более 40 мм, разрешается дальнейшее следование вагона без ограничения скорости (с установленной скоростью). При выщербине дли¬ной более 40 мм но не свыше 80 мм, разрешается довести такой вагон без отцепки от поезда со скоростью не более 100 км/ч (не более установленной скорости) до бли¬жайшего пункта, имеющего средства для замены колесных пар. Выщербины на ко¬лесных парах пассажирских вагонов при скорости 140 км/ч и выше не допускаются. 8) кольцевые выработки на поверхности катания колеса глубиной а у основания греб¬ня (рисунок 3.2.) более 1 мм, на уклоне 1:7 — более 2 мм или шириной б более 15 мм. При наличии кольцевых выработок на других участках поверхности катания, име-ющих уклон 1:20, нормы браковки их такие же, как для кольцевых выработок, рас-положенных у гребня; 9) местное уширение обода колеса (раздавливание) более 5 мм; 10) поверхностный откол наружной грани обода колеса (рисунок 3.3), включая местный откол кругового наплыва, глубиной (по радиусу колеса) более 10 мм, или ши-рина оставшейся части обода в месте откола менее 120 мм, или наличие в повреж-денном месте независимо от размеров откола трещины, распространяющейся в глубь металла; 11) повреждение поверхности катания колеса, вызванное смещением металла, («навар») высотой у колесных пар пассажирских вагонов более 0,5 мм, грузовых ва-гонов более 1 мм (рисунок 3.4). При обнаружении на промежуточной станции вагонов с колесными парами, имеющими «навар» более указанных размеров, порядок следо¬вания вагона такой же, как в п. 3; В грузовых поездах, а также в пассажирских, обращающихся со скоростью не выше 120 км/ч, допускается устранять «навар» абразивным кругом. При этом зачи-щенные участки должны удовлетворять следующим требованиям: на зачищенном месте не должно быть трещин, переход от зачищенной поверхности к не зачищен¬ной должен быть плавным, зачищенная поверхность должна располагаться запод¬лицо с прилегающими бездефектными участками; в месте зачистки допускается уг¬лубление не более 0,5 мм.
Рисунок 3.4 Смещение металла («навар»)
на поверхности катания колеса
12) остроконечный накат — выступ, образовавшийся в результате пластической де¬формации поверхностных слоев металла гребня в сторону его вершины (рисунок 3.5) (определяется визуально); Остроконечный накат устраняется обточкой на колесотокарном станке. 13) толщина обода колеса по кругу катания менее 22 мм у грузовых вагонов, менее 30 мм у пассажирских вагонов, в том числе пассажирские вагоны местного и пригородного сообщения.
2 В эксплуатации требования к колесам с профи¬лем ИТМ-73 и стандартным профилем одинаковы — в соответствии с требованиями действующих инс¬трукций. При отсутствии запасных колесных пар с ре¬монтным профилем ИТМ-73 на вагоне могут временно эксплуатироваться часть колесных пар с ремонтным профилем, остальные со стандартным профилем — до ближайшей переточки последних на ремонтный про¬ Рисунок 3.5 Остроконечный филь ИТМ -73. накат гребня 3.2.3 На участках обращения скоростных поездов, в соответствии с требованиями «Инструкции по техни-ческому обслуживанию и эксплуатации сооружений, устройств, подвижного состава и организации движения на участках обращения скоростных пассажирских поездов», запрещается выпускать в эксплуатацию и допускать к следованию в пассажирских по¬ездах вагоны после сходов, с трещинами в любой части оси, в ободе, ступице и диске колеса, а также при дефектах, износах и неисправностях колесных пар приведенных в п.п. 2—12 и в таблице 3.1 настоящей Инструкции.
Таблица 3.1 Контролируемые параметры поверхности катания колесной пары
На правых верхних болтах крепительной крышки буксы правой шейки колесных пар дополнительно должна быть установлена бирка, на которой должно быть выбито «160 км/час» или «200 км/час».
3.2.4 Осмотр колесных пар грузовых и пассажирских вагонов производится в не¬заторможенном состоянии с остукиванием молотком поверхности катания колес с це¬лью выявления трещин.