Колёсные пары

Колёсные пары

Колёсные пары относятся к ходовым частям и являются одним из ответственных элементов вагона. Они предназначены для направления движения вагона по рельсовому пути и восприятия всех нагрузок, передающихся от вагона на рельсы при их вращении. Работая в сложных условиях нагружения, колёсные пары должны обеспечивать высокую надёжность, так как от них во многом зависит безопасность движения поездов. Поэтому к ним предъявляют особые, повышенные требования Госстандарты, Правила технической эксплуатации железных дорог, Инструкция по освидетельствованию, ремонту и формированию вагон­ных колёсных пар, а также другие нормативные документы при проек­тировании, изготовлении и содержании. Конструкция и техническое состояние колёсных пар оказывают влияние на плавность хода, величину сил, возникающих при взаимодействии вагона и пути, и сопротивление движению.

Работая в современных режимах эксплуатации железных дорог и экстремальных условиях окружающей среды, колёсная пара вагона должна удовлетворять следующим основным требованиям: обладать достаточной прочностью, имея при этом минимальную необрессоренную массу с целью снижения тары подвижного состава и уменьшения непосредственного воздействия на рельсовый путь и элементы вагона при прохождении неровностей рельсовой колеи; обладать некоторой упругостью, обеспечивающей снижение уровня шума и смягчение толч­ков, возникающих при движении вагона по рельсовому пути; совместно с буксовыми узлами обеспечивать возможно меньшее сопротивление при движении вагона и возможно большее сопротивление износу элементов, подвергающихся изнашиванию в эксплуатации.

Колёсная пара (рис. 1) состоит из оси и двух укреплённых на ней колёс. Типы, основные размеры и технические условия на изготовле­ние вагонных колёсных пар определены Государственными стандарта­ми, а

содержание и ремонт — Правилами технической эксплуатации железных дорог (ПТЭ) и Инструкцией по осмотру, освидетельствова­нию, ремонту и формированию колёсных пар. Тип колёсной пары определяется типом оси и диаметром колёс, а также конструкцией подшипника и способом крепления его на оси (табл. 1). Типы вагон­ных осей различают по размерам и форме шейки — для роликовых подшипников качения и подшипников скольжения. Размеры оси уста­навливают в зависимости от величины расчётной нагрузки, воспринима­емой при эксплуатации вагона.

Колёсные пары Ш-950 предназначены для эксплуатации с подшипни­ками скольжения, а колёсные пары РУ1-950, РУ1Ш-950, РУ-950 и РУ-1050 — с роликовыми подшипниками (РУ — роликовая унифицирован­ная, Ш — крепление подшипников приставной шайбой). Исходя из расчётной
нагрузки, определяют диаметры шеек, подступичной и средней частей оси. Предподступичная часть явля­ется ступенью перехода от шейки к подступичной час­ти оси и служит для установки уплотняющих

уст­ройств буксы. На подступичных частях закрепляются колёса. В настоящее время в эксплуатации находятся ещё небольшое число колёсных пар с осями III типа с подшипниками скольжения, которые заменяют роликовыми. На торцах их шеек имеются буртики, ограничивающие продольные перемещения подшип­ников скольжения.

Таблица 1. Типы колёсных пар вагонов

Колёсные пары с осями, предназначенными для эксплуатации с роликовыми подшипниками, различают между собой конструкцией торцового крепления внутренних колец роликовых подшипников на шейке: — с нарезной частью для навинчивания корончатой гайки; — при помощи приставной шайбы, для чего на торцах делают отвер­стия с нарезкой для болтов крепления. Такое крепление выполнено в двух вариантах: тремя или четырьмя болтами.

В эксплуатации ещё находится небольшое число колёсных пар с осями типа РУ с диа­метром шеек 135 мм. В настоящее время они изымаются. Основным типом колёсных пар являются конструкции с цельнокатаными колёсами с диаметром по кругу катания 950 мм. В старотипных пас­сажирских вагонах осталось незначительное число колёсных пар с диаметром 1050 мм.

В дореволюционной России колёсные пары оснащали в основном составными (бандажными) колёсами, состоящими из колёсного цент­ра, бандажа и укрепляющих его элементов. До 1892 г. применяли колё­са, центры которых были де­ревянными (рис. 2) (колеса Мензеля). Их изготовляли из дерева твёрдых пород. В ко­лёсном центре помещали де­ревянный диск 2, состояв­ший из 16 секторов тикового дерева. Он находился между бандажом 1 и ступицей 3, был скреплён с ними при помощи колец 4 и 5, стянутых болтами 6. Такие колёса обладали бесшумным и сравнительно спокойным хо­дом, смягчали вертикальные толчки, что особенно было важно для скоростных пассажирских поездов. Однако вследствие усушки дерева в процессе эксплуатации болты ослабевали, что нарушало безопасность движения поездов и приводило к необходимости постоянного наблюдения за состоянием крепления.

рис.2

Поэтому колёса с деревянными центрами изъяли из эксплуатации. До 1900 г. наибольшее распространение получили кованые центры, затем литые спицевые, дисковые стальные и чугунные. В 1948 г. изготовление чугунных центров было прекращено вследствие большой массы, малой прочности и частых повреждений при фор­мировании колёсных пар. Прекратилось также изготовление спицевых центров, так как они создавали неравномерную жёсткость обода и ослабление соединения с бандажом. Во время движения вагона спицевые центры вызывали завихрение воздуха, который наносил на трущиеся поверхности ходовых частей песок, что вызывало повышенные износы и задиры при этом металла.

В 1931 г. был предусмотрен также переход от бандажных колёс широкой колеи к более совершенным безбандажным, который завер­шился в 70-х годах. В 1953 г. производство чугунных колёс было также прекращено, поскольку на них часто появлялись выщербины, раковины и отколы, угрожавшие безопасности движения поездов и сократившие срок их службы. Более надёжными в эксплуатации зарекомендовали себя стальные литые. С 1935 г. было организовано производство цельно­катаных колёс, обладающих существенными преимуществами перед ли­тыми. С годами цельнокатаные колёса совершенствовались, и они по­лучили широкое распространение.

Для безопасного движения вагона по рельсовому пути на ось проч­но закрепляются колёса с соблюдением строго определённых размеров (см. рис.1). Во избежание неравномерной передачи нагрузки на колёса и рельсы разность размеров от торца оси до внутренней грани обода допускается для колёсной пары не более 3 мм. Колёса, укреплённые на одной оси, не должны иметь разность диаметровболее 1 мм, что предотвращает односторонний износ гребней и не допускает повышения сопротивления движению. Чтобы снизить инерционные усилия, колесные пары скорост­ных вагонов подвергают динамической балансировке: для скоростей 140...160 км/ч допускается дисбаланс не более 6 Н×м; для скоростей 160...200 км/ч — не более 3 Н×м.