Устройство колесных пар локомотивов

Колесная пара является наиболее ответственным узлом в тележке, и от надежности ее работы зависит безопасность движения. Во время работы она жестко воспринимает все удары от неровностей пути, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении и в свою очередь сама жестко воздействует на путь. Кроме того, детали колесной пары воспринимают вращающий момент от тягового двигателя при реализации тягового усилия. Поэтому от конструкции колесной пары требуется обеспечение необходимой прочности всех ее элементов.

Колесные пары различают по способу подвешивания тягового двигателя. При опорно-центровом и опорно-рамном подвешивании тягового электродвигателя передачу крутящего момента от него к колесной паре осуществляют при помощи упругих муфт, обеспечивающих относительное перемещение колесной пары и тягового двигателя. В таких конструкциях ведомая шестерня с осью колесной пары не связана. При опорно-осевом подвешивании большое зубчатое колесо непосредственно напрессовано на ось колесной пары или на удлиненную ступицу колесного центра.

Колесные пары локомотивов преимущественно используют с внешними шейками, в этом случае колеса располагают внутри рам тележек. Исключение составляют тепловозы, в которых усилия от тягового двигателя к движущей паре передаются при помощи спарниковой передачи. При такой передаче пальцы кривошипов колесных центров для спарникового механизма вынуждают располагать колеса снаружи рам.

Колесные пары в зависимости от конструкции колесного центра классифицируют также на спицевые, дисковые стальные литые и катаные. Спицевые и дисковые относятся к числу сборных, они состоят из колесного центра, бандажа и укрепляющего кольца. Такие колеса нашли широкое применение в локомотивостроении.

Технология обработки деталей колесной пары и тепловой способ ее формирования для всех локомотивов с опорно-осевым подвешиванием тяговых двигателей, одинаковы. Формирование ведомой шестерни с осью выполняют также тепловым способом, а колесные пары с осью - прессовым или тепловым способами.

В настоящее время на железнодорожном транспорте применяют два типа колес: для тепловозов - диаметром 1050 мм, для электровозов 1250 мм. Больший диаметр колеса обусловливает следующие преимущества: увеличение силы тяги в результате повышения нагрузки на ось; существенное повышение противобоксовочных качеств; возможное снижение контактных напряжений в рельсах; унификацию ходовых частей тепловозов и электровозов, что снижает расходы на формирование колесных пар; уменьшение необходимого запаса бандажей, осей, центров, букс; снижение эксплуатационных и ремонтных расходов.

К колесным парам при их освидетельствовании, ремонте и формировании предъявляют повышенные требования, обусловленные " Инструкцией по формированию, ремонту и содержанию колесных пар тягового подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм " ЦТ-329 от 14.06.1995 г.

Каждая колесная пара должна иметь на оси четко поставленные знаки о времени и месте формирования, полного освидетельствования и клейма о приемке ее при формировании и полном освидетельствовании. Элементы колесной пары должны иметь знаки и клейма, установленные соответствующими стандартами, техническими условиями и инструкцией ЦТ-329.

Колесная пара электровоза (рис. 4.) состоит из оси 5, колесных центров 1, бандажей 2, двух зубчатых колес 4 и бандажных колец 3.

Оси колесных пар кованые из осевой стали с содержанием углерода 0, 35-0, 45%. Механические свойства осевой стали после термообработки должны соответствовать ГОСТ 3281-59.

Рис.4. Колесная пара электровоза

Ось (рис. 5.) состоит из средней части 1, шеек моторно-осевых подшипников 2, подступичных частей 3, предподступичных частей 4, буксовых шеек 5.

Рис. 5. Ось колесной пары

Часть оси, на которую передается нагрузка, носит название шейки, а другая часть оси, предназначенная для насадки колесного центра, называется подступичной частью 3. Переход от шейки к подступичной части образует предподступичную часть 4, а между колесными центрами находится средняя часть оси 1. При опорно-осевой подвеске тяговый двигатель двумя подшипниками опирается на моторно-осевые шейки 2 средней части оси. Диаметр шеек значительно меньше диаметра подступичной части, так как в сечениях шейки действует меньший изгибающий момент.

Для снижения концентрации напряжений переход от одного сечения к другому сопряжен плавными выкружками, называемыми галтелями. Галтели по возможности должны иметь большие радиусы и высокую чистоту обработки. Все поверхности оси, за исключением торцов, шлифуют, кроме того, буксовые, моторно-осевые и подступичные части подвергают упрочняющей накатке профильными роликами с усилием 4 тс при начальной и 205 тс при окончательной накатке. После окончательной механической обработки ось проверяют магнитным дефектоскопом на отсутствие трещин.

На концах буксовых шеек имеется резьба 2М170× 3 для гайки, закрепляющей приставное кольцо роликовых подшипников на оси. В торцах оси нарезано по два отверстия М16 для крепления планки, предохраняющей гайку от отвинчивания. Колесная пара тепловоза (рис. 6.) состоит из оси 3, колесных центров 6, бандажей 7, зубчатого колеса 1 и бандажных колец 8. Оси тепловозных колесных пар вытачивают из специальных кованых осевых заготовок углеродистой стали Ос.л.

Рис. 6. Колесная пара тепловоза

Ось имеет круглое поперечное сечение с различными диаметрами по длине в зависимости от назначения ее частей. Наружные концевые шейки а служат для размещения на них буксовых подшипников. Наибольший диаметр имеют подступичные части в, на которые напрессованы колесные центры, и г, где находится зубчатое колесо 1. Внутренние шейки д служат опорой для моторно-осевых подшипников тягового электродвигателя.

Цилиндрические поверхности оси (кроме средней части е) и их галтели упрочняются накаткой стальными закаленными роликами при нажатии на ролик 30-40 кН. Поверхности шеек оси после накатки шлифуют под посадку буксовых подшипников. По торцам оси в процессе обработки засверливаются центровые отверстия. В одно из которых затем вставляется втулка привода валика скоростимера.

Зубчатая передача предназначена для передачи вращающего момента с вала якоря тягового двигателя на ведущие колеса. На электровозах ВЛ10, ВЛ10у применена жесткая двусторонняя косозубая передача, она состоит из двух шестерен, насаженных в горячем состоянии на конические валы якоря тягового двигателя, и двух зубчатых колес, напрессованных на удлиненные ступицы колесных центров. Зубчатое колесо изготовлено цельнокатаной поковкой из стали 55 ГОСТ 1050-74, которую подвергают объемному улучшению до твердости 280-315 НБ (по Бринеллю), после чего нарезают зубья, венец и зубья шевенгуют.

На тепловозах применена односторонняя прямозубая передача. Зубчатое колесо колесной пары является ведомым, оно входит в зацепление с ведущей шестерней, находящейся на валу тягового электродвигателя. Ведомое зубчатое колесо колесных пар всех серий отечественных тепловозов изготовлено из хромоникелевой стали 45ХН.

Колесные центры электровозных колесных пар коробчатые, отлитые из стали 25Л-III. На удлиненные ступицы центров напрессованы зубчатые колеса с усилием 50-80 тс. Натяг составляет 0, 25-0, 35 мм.

Колесные центры тепловозных колесных пар отливают из мартеновской стали 25 Л III центробежным способом. Наружная часть колесного центра обод и внутренняя ступица подвергаются механической обработке для сопряжения в последующем соответственно с бандажом и осью. Конструкции колес и колесных центров различаются по исполнению части, соединяющей обод и ступицу в одно целое. Обычно это диск - плоский или с небольшой конусностью. Такие колеса называют дисковыми. При большом диаметре дисковое колесо оказывается чрезмерно тяжелым. На тепловозе 2ТЭ121 применены спицевые колеса.

Бандажи - это наиболее часто сменяемая часть локомотивных колесных пар. Между бандажом и рельсом возникают высокие контактные напряжения, превышающие иногда предел текучести. Качение колеса по рельсу сопровождается значительным проскальзыванием, что объясняется поперечными перемещениями колес, вилянием в связи с конической поверхностью бандажей и боксованием колес при высоких контактных напряжениях между бандажом и рельсом. Эти причины вызывают значительный износ бандажей.

Толщина нового бандажа (рис.7. а) установлена для локомотивов ВЛ10, ВЛ10у 90+5 мм. Минимальная толщина бандажа составляет 45 мм. Ширина бандажа в обработанном состоянии составляет 140±3. Износ концентрируется в зоне контакта и у гребня. Величина А, характеризующая износ (рис. 7. б) называется прокатом бандажа. По правилам технической эксплуатации наибольший прокат бандажа для локомотивов не должен превышать 7 мм.

Бандаж изготовляют из специальной стали по ГОСТ - 398-71. Профиль бандажа выполнен в соответствии с требованиями ГОСТ 11018-76. Правильность профиля проверяют специальным шаблоном. Бандаж насаживают на обод колесного центра в горячем состоянии при температуре 250-320°С с натягом 1, 3-1, 7 мм.

Рис. 7. Профиль бандажа: а - после обточки, б - с прокатом.

Перед насадкой бандаж проверяют магнитным дефектоскопом на отсутствие трещин. Для предупреждения сползания с колесного центра бандаж стопорят бандажным кольцом из стали специального профиля по ГОСТ 5267.10-90. Собранное колесо с колесным центром и бандажным кольцом напрессовывают на ось усилием 110-150 тс.

Тепловозные бандажи прокатываются из специальной бандажной стали. Новым бандажам в процессе изготовления после механической обработки придается определенная форма наружной поверхности - поверхности катания. Стандартная ширина таких бандажей 140 мм, толщина нового бандажа 75 мм.

Буксы электровоза (рис. 8.) бесчелюстные двухповодковые с роликовыми подшипниками являются узлами высокой точности изготовления. Через буксы на колесные пары передается вертикальная нагрузка от подрессоренной массы электровоза, а от колесных пар на рамы тележек придаются усилия тяги, торможения и боковые горизонтальные усилия.

Конструктивно бесчелюстная букса выполнена в виде корпуса 9, отлитого из стали 25Л-II, с четырьмя приливами для крепления тяг с сайлентблоками и двух приливов с проушинами для крепления в них рессоры. Эти приливы расположены в нижней части корпуса. Внутри корпуса размещены роликовые подшипники 1 типов 2052536ЛМ наружные и 2042536ЛМ внутренние размером 320× 180× 86 мм. Внутренние кольца подшипников насаживают на буксовую шейку оси в горячем состоянии при температуре 100-120°С.

Натяг колец подбирают в холодном состоянии до нагрева, и он должен быть выдержан в пределах 0, 004-0, 06 мм. Наружные кольца подшипников установлены в корпусе по скользящей посадке с зазором 0, 06-0, 14 мм. Как внутренние, так и наружные кольца подшипников разделены между собой дистанционными кольцами 5. Внутренние кольца подшипников через упорное кольцо наружного стягивают гайкой 4, которая стопорится планкой 3, закрепленной двумя болтами М16 в специальном пазу на торце оси. Осевой разбег двух спаренных подшипников должен быть в пределах 1, 0-2, 0 мм. Достигается он подбором толщины наружного дистанционного кольца.

Рис. 8. Буксовый узел электровоза

Радиальный зазор подшипников в свободном состоянии должен быть 0, 150-0, 215 мм. Разность радиальных зазоров двух спаренных подшипников в свободном состоянии не более 0, 03 мм.

С внутреннего торца букса закрыта кольцом 7, насаженным на предподступичную часть оси, и крышкой 6. Выточки в кольце и крышке образуют лабиринт, предохраняющий от попадания в полость буксы пыли, инородных тел и от вытекания смазки из буксы. Как с передней стороны буксы, так и с задней под крышки 2 и 6 ставят уплотнение из резиновых колец круглого сечения.

Пространство в лабиринте задней крышки, между задней крышкой и подшипником, между подшипниками и передней крышкой, а также в самих подшипниках заполняют консистентной смазкой БУКСОЛ. Общее количество смазки составляет 3, 5-4 кг. Как избыток смазки, так и ее недостаток вызывает повышенный нагрев буксы и усиленный износ подшипников. Смазку добавляют через отверстие в боковой части корпуса буксы, закрытое пробкой.

Рис. 9. Буксовый узел тепловоза

Поводковые (бесчелюстные) буксы (рис. 9.) применены на тепловозах 2ТЭ10В, 2ТЭ116 и др. Такие буксы полностью исключают трение в узле. Корпус буксы имеет своеобразную форму: у него нет боковых направляющих плоскостей. Корпус имеет две пары клиновидных вырезов для соединения с валиками резинометаллических втулок поводков. Поводки также при помощи таких втулок присоединяются к раме тележки. Такая подвеска буксы дает ей возможность упругого перемещения относительно рамы в вертикальном и поперечном направлениях. Корпус имеет два опорных кронштейна для пружин рессорного подвешивания. Сам корпус в этом случае играет роль балансира. К передней крышке корпуса приварен кронштейн для крепления фрикционного амортизатора.

В бесчелюстной буксе отсутствует упор скольжения: он заменен упорным шарикоподшипником. В связи с этим отпала необходимость двух видов смазки. Букса заполняется консистентной смазкой и не требует ее замены до текущего ремонта ТР-3.

Буксы колесных пар с правой стороны по направлению движения имеют передние крышки с фланцами для установки на них червячных редукторов привода скоростемера. Монтаж, демонтаж и уход за буксами в эксплуатации производят согласно " Инструкции по техническому обслуживанию и ремонту узлов с подшипниками качения локомотивов и моторвагонного подвижного состава" ЦТ-330 от 11.06.1995 г.