КОНСТРУКЦИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ВАГОНА

Тип колёсной пары определяется типом оси и диаметром колес. Согласно ГОСТ 4835-2006* устанавливаются типы колесных пар для грузовых вагонов с осями РУ1Ш и РВ2Ш и колесами диаметром по кругу катания 957 мм. Номинальный диаметр колеса – 950 мм, но при изготовлении, для более длительного использования, колёса делают с диаметром 957 мм, с учетом дальнейшего максимального проката поверхности катания.(таблица 1).

Колесная пара вагона состоит из оси 1 и двух колес 2, как показано на рисунке 1, жестко насаженных на эту ось прессовкой.

 

Таблица 1 – Типы колесных пар

 

Тип колесной пары	Тип вагона	Диаметр шейки оси, мм	Диаметр подступичной части оси, мм	Диаметр средней части оси, мм	Длина оси по торцам шеек, мм	Максимальная расчетная статистическая нагрузка от колесной пары на рельсы, кН (тс)
РУ1Ш–957–Г	Грузовой					230,5 (23,5)
РВ2Ш–957–Г					245,2 (25,0)
Примечание: Р – оси для насадки роликовых подшипников; У – универсальные оси, т.к. могут быть использованы на грузовых и пассажирских вагонах; В – только для грузовых вагонов; 1,2 – тип; Ш – в креплении подшипника использована приставная шайба; 957 – диаметр нового колеса; буквы – тип вагона.

 

Рисунок 1 – Общий вид колёсной пары грузового вагона

 

 

3.1 Ось

Ось колесной пары, представленная на рисунке 2, имеет:

– шейки 1 для установки под­шипников качения, благодаря которым колёсная пара имеет возможность свободно вращаться;

– предподступиничные части 2, являющиеся ступенью перехода от шейки к подступичной части оси и служащие для установки задних уплотняющих деталей букс (лабиринтных колец), которые предотвращают попадание грязи и пыли в буксы со стороны колес;

 

Рисунок 2 – Конструкция оси колёсной пары вагона

 

– подступиничные (от слова «ступица» – часть колеса, которым оно насаживается на ось) части 3 для насаживания колес;

– среднюю часть 4.

Для снижения концентрации напряжений в местах изменения диаметров оси сделаны плавные переходы – галтели 5.

 

На торцах шеек оси делаются нарезные отверстия в количестве трёх или четырёх для болтов, закрепляющих приставную шайбу. Такие оси маркируются РУ– I Ш.

 

Рисунок 3 – Конструкция торца шейки оси

 

 

Оси различаются:

– в настоящее время, оси со сплошным поперечным сечением практически полностью заменены на полые оси. Целесообразность замены осей обу­славливается тем, что напряжения изгиба достигают наибольшей величины в на­ружных волокнах металла, не задействуя внутренние волокна. Кроме того, достигается снижение массы оси на 100 кг или 25 %, что дает экономию металла, уменьше­ние веса тары вагона и соответственно возможное увеличение грузоподъемности;

– по технологии изготовления. Оси колесных пар изготавливают ковкой (с целью упрочения) под молотом или прессом из стальных заготовок. Для повышения прочности используются на­катка оси валиками и термообработка (закаливание);

– по размерам, в зависимости от заданной назрузки (таблица 1)

Для монтажа колес, буксовых узлов, определенные участки оси шлифуют и наносят на них противокоррозийное покрытие.

3.2 Колеса

Именно колеса воспринимают все удары от неровностей пути. От конст­рукции колеса зависит плавность хода подвижного состава и его вписываемость в криволинейные участки пути.

На вагонах используются цельнокатаные (безбандажные) колеса. Такие колёса изготавливают из стальной заготовки путём последовательной её обработки прессом и на прокатном стане до получения необходимой формы или при помощи литья. Затем колеса подлежат закаливанию. Цельнокатаные стальные колеса обладают высокой эксплуатационной на­дёжностью и в большей степени, чем составные, обеспечивают безопасность движения поездов.

Колесо, изображенное на рисуноке 4, имеет следующие элементы: ступицу, диск и обод.

Ступица – это часть колеса, которым оно на­саживается на ось.

Обод имеет коническую поверхность для лучшего вписывания подвижного состава в кривые; внутреннюю и наружную грани; гребень.

Та часть обода, что входит в со­прикосновение с рельсом, называется поверхностью катания. По поверхности ка­тания, а именно на расстоянии 70 мм от внутренней грани, измеряется диаметр колеса. Эта окружность называется кругом катания. Она показана на рисунке 5.

 

Рисунок 4 – Общий вид колёсной пары с цельнокатаными колёсами

 

Гребнем называется выступающая над поверхностью катания часть обода. Гребень находится внутри железнодорожной колеи и предохраняет подвижной состав от схода с рельсов.

Рисунок 5 – Место определения диаметра колеса

 

4 КОНСТРУКЦИЯ КОЛЁСНОЙ ПАРЫ ЛОКОМОТИВА

Колесные пары локомотивов являются ведущими, поэтому существуют от­личия в их конструкции (рисунок 6).

 

Рисунок 6 – Схема колёсной пары локомотива и размещения т.э.д.

 

Колёсная пара локомотива как правило, имеет индивидуальный привод, т.е. на каждой оси имеются тяговый электродвигатель и осевой редуктор. Осевая формула локомотива при этом будет выглядеть, например, 3_о–3_о.

Колесная пара локомотива, представленная на рисунке 6, имеет следующие элементы конструкции: на оси 1, кроме двух колес 2, имеется ведомое зубчатое колесо осевого редуктора 3, жестко насаженное на ось колёсной пары и подшипники 5 на которые опирается тяговый электродвигатель.

Ведущее зубчатое колесо осевого редуктора 4 насаживается на вал, соединенный через муфту 6 с валом тягового электродвигателя. А так как зубчатые колеса 3 и 4 находятся в зацепле­нии, то при работе электродвигателя раскручивается ось колесной пары, а следо­вательно и колёса. Таким образом создаётся сила тяги.

Осевых редукторов может быть два, с обеих сторон электродвигателя и их ведомые зубчатые колёса будут насажены на ось также прочно, как и ходовые колёса.

4.1 Ось

Ось локомотива имеет те же элементы конструкции, что и вагонные оси, но её элементы имеют бóльшие размеры.

 

 

4.2 Колёса

Колёса локомотива могут быть цельнокатаными (безбандажными) и составными (бандажными). Диаметр колёс локомотива 1050 мм для маневровых локомотивов и 1250 мм для магистральных.

4.2.1 Цельнокатанное колёсо

Эти колёса имеют такую же конструкцию, что и колеса вагона, одно из которых представленно на рисунке 3. Такие колёса используются на магистральных локомотивах, чъя скорость движения достигает 120 км/ч и более.

4.2.2 Бандажные колёса

Неисправности колёс в основном образуются в месте его контакта с рельсом – на поверхности катания, а значит на бандаже. Как известно допуски по износам ходовой части локомотива всегда меньше, чем вагонов. В этом случае, можно или заменить колесо полностью (как происходит с колёсами вагонов) или, сделав колесо разборным, заменить элемент колеса, находящийся в контакте с рельсом, а именно – бандаж (название съёмного обода). Кроме того, бандаж можно изготовлять из стали повышенной прочности и твёрдости, а колёсный центр – из более дешёвой стали. Колёса в колесных парах локомотивов выполнены составными, т.е. бандажными.

Бандажное колесо (рисунок 7) состоит из четырёх частей: ступи­цы; колесного центра; съемного бандажа, имеющего все размеры обода; укрепляющего бандаж предохранительного кольца.

 

Рисунок 7 – Конструкция бандажного колеса

Колесные центры могут быть катанные, литые, кованые, штампованные.

5 Формирование колёсной пары

 

Безопасность движения поездов во многом зависит от надёжного соединения колес с осью.

Колесные пары формируются в колесном цехе вагоностроительного и вагоноремонтного заводов (ВСЗ и ВРЗ) и вагонных колесных мастерских (ВКМ), оснащенных гидравлическим прессом, станками для обработки осей и колес, мостовым и консольным кранами, стендами для дефектоскопирования осей и др.

Это соединение осуществляется, главным образом, посредством прессовой посадки.

Перед запрессовкой производится обработка сопрягаемых поверхностей ступицы колеса и подступичной части оси. Для плавного захода оси в ступицу колеса при запрессовке наружная часть подступичной зоны оси обтачивается на конус с разностью диаметров не более 1 мм и длиной 7 – 15 мм (запрессовочный конус). Для получения прочного прессового соединения диаметры подступичных частей оси делают на 0,1 – 0,25 мм больше диаметра отверстия ступиц (натяг).

Процесс запрессовки колес на ось выполняется в такой последовательности: подготовленное колесо и ось подвешивают на балке пресса так, чтобы геометрические оси отверстия ступицы и вагонной оси совпадали. Рациональное усилие запрессовки колес на ось принимается 370 – 550 кН (37 – 55 т) на каждые 100 мм диаметра подступичной части оси. Запрессовка производится при нормальной температуре со скоростью не более 2 мм/с.

При прессовой посадке иногда возникают механические повреждения сопрягаемых поверхностей, снижающие усталостную прочность и надёжность колёсной пары, а также сдвиги колёс с оси в процессе эксплуатации вагонов.

 

С целью устранения перечисленных недостатков проводились исследования по применению тепловой посадки, при которой нагретую ступицу колеса, имеющую предварительный натяг, свободно надевают на ось. После остывания колесо прочно соединяется с осью.

Преимущества такой посадки по сравнению с прессовой: исключаются механические повреждения сопрягаемых поверхностей в процессе напрессовки, что увеличивает усталостную прочность колёсной пары.

Вместе с тем, такое соединение вагонного колеса с осью обладает существенными недостатками: потребность в больших затратах электроэнергии на подогрев колёс перед насадкой на ось и их снятием при переформировании колёсной пары; необходимость в дополнительной площади колёсного цеха, потребной для отстоя колесных пар с целью охлаждения колёсных пар после насадки колёс; усложнение снятия колёс с оси, так как без предварительного подогрева ступицы требуются большие усилия распрессовки и возникают при этом задиры посадочных поверхностей.

 

По ГОСТу требуется прессовая посадка колёс на оси.

 

У сформированных колесных пар проверяют:

– расстояние между внутренними гранями ободов колес (рис. 8);

– разницу расстояний от внутренних граней колес до торца оси с обеих сторон колесной пары;

– диаметры колес по кругу катания.

Обработанные колесные пары передаются на участок окраски, где они покрываются краской черного цвета на олифе, лаком или эмалью. Окраске подлежат: средняя часть оси, колеса, за исключением ободов, места соединения лабиринтных колец с предподступичными частями.

Предподступичные части оси между колесом и лабиринтным кольцом у колесных пар для подшипников качения окрашиваются после монтажа буксовых узлов.