Тема 1.4. Колесные пары и буксовые узлы

Колесные пары находятся в непосредственном взаимодействии с рельсовым путем, воспринимают вертикальные нагрузки от кузова и оборудования расположенного в нем, от тележек и тяговых двигателей и передают эти нагрузки на рельсы. При движении колесные пары воспринимают все жесткие удары от неровностей пути, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях и сами воздействуют на путь. От состояния кол. пар локомотивов зависит безопасность движения поездов, а порядок их освидетельствования, ремонта и формирования установлен соответствующими инструкциями главного управления локомотивного хозяйства МПС.

В движение колесные пары приводятся тяговыми двигателями, вращающий момент от которых передается через зубчатый тяговый редуктор. Колесная пара электровоза состоит из оси двух колесных центров с бандажами и зубчатых колес. Шейки осей находятся с наружной стороны от колес, так как рамы тележек локомотивов изготовляют с внешним расположением букс. Большие зубчатые колеса с косыми зубьями (наклон зубьев к центру оси) запрессованы на удлиненную ступичную часть колесного центра. Этим достигаются меньшие концентрации напряжений в оси, чем при посадке непосредственно на ось. Чтобы уменьшить усилие распрессовки колесного центра с оси, подают масло к их посадочным поверхностям. Для этого на внутренней образующей ступицы центра делается канавка, а в теле ступицы - отверстие для подачи масла под давлением. Такие же канавка и отверстие имеются в ступице зубчатого колеса.

Ось колесной пары наиболее ответственная и нагруженная часть, в ней возникают усилия изгиба и скручивания, поэтому прочность материала оси должна быть такая, чтобы ось не разрушаясь выдержала неограниченное число перемен направления нагрузки. На концевые части оси-шейки насаживаются буксовые подшипники, а на подступичную часть напрессовывают колесные центры. Между шейкой и подступичной частью находится предподступичная часть. На оси имеются еще две шейки расположенные ближе к ее середине - для моторно-осевых подшипников опоры ТЭД на колесную пару.

На концах оси имеется резьба для гайки, закрепляющей внутренние кольца буксовых подшипников, а в торцах оси просверлены по два отверстия для крепления планки, предотвращающей откручивание гайки.

Поверхность оси обрабатывают с высокой точностью, и все части ее, кроме средней, шлифуют. С целью снижения концентрации напряжений от усилий изгиба и скручивания переходы от одного диаметра к другому выполняют плавно, такие переходы называются галтели. Шейки, подступичные части, среднюю часть и галтели накатывают роликами с усилием 24,5 кН. При накатке устраняются риски и царапины, около которых в металле обычно возникают концентрации напряжений, вызывающие появление трещин. Оси изготавливают из специальной углеродистой стали с высокими механическими свойствами. Колесные центры изготавливают из стального литья повышенного качества. После отливки их тщательно отжигают в печах, чтобы снять внутренние напряжения в металле. Поверхность обода центра и ступицы по наружному и внутреннему диаметрам обрабатывают на станках с высокой точностью. Все части колесного центра имеют плавные переходы и очертания. Для облегчения веса колесные центры электровозов сделаны в виде двух дисков соединенных радиальными перегородками, как спицами.

Бандажи колесных пар изготавливают из высококачественной стали. Поверхности бандажа придают необходимую форму путем механической обработки. Внешняя поверхность бандажа коническая, что обеспечивает сохранение постоянного зазора между гребнем бандажа и головкой рельса. Гребень бандажа, расположенный внутри рельсовой колеи, предохраняет колесную пару от схода с рельсов.

Сборку колесных пар производят после того, как закончена подготовка их отдельных элементов. В начале бандаж насаживает на обод колесного центра. Так как натяг бандажа на ободе составляет 1,2-1,6 мм., то для того чтобы насадить бандаж, его предварительно равномерно нагревают по всей окружности до температуры 320°С. У насаженного бандажа его бурт должен упираться в обод колесного центра. Сразу же после насадки, когда его температура еще превышает 200°С, в желоб его заводят бандажное кольцо. Для плотного укрепления кольца в желобе на специальном станке производят обжимку бурта желоба. Для постоянного контроля плотности бандажа на ободе на наружные поверхности бандажа и обода ставят контрольные керны или риски.

Посадку зубчатого колеса на ступицу колесного центра производят под прессом или в горячем состоянии. Наибольшее давление при прессовой посадке составляет 800 кН. При горячей посадке зубчатое колесо нагревают до 250°С. Натяг в любом случае составляет 0,2-0,28 мм.. Собранные колесные центры с зубчатыми колесами напрессовывают на ось кол. пары под давлением, достигающим в конце запрессовки 1100-1470 кН. При формировании колесной пары строго выдерживают расстояние между внутренними поверхностями бандажей равным 1440 мм., каждую готовую кол. пару принимает инспекция МПС на заводе изготовителя, после чего на бандажах и торце оси ставят знаки и клейма: завода-изготовителя, дата формирования, марка бандажа, клейма приемки, номер плавки, номер бандажа.

На тепловозах вращающий момент от ТЭД передается односторонним зубчатым редуктором, находящимся на оси между колесами. Для смены зубчатого колеса требуется расформирование кол. пары, поэтому его долговечность должна быть равна долговечности оси, и к материалу и к качеству изготовления зубчатых колес предъявляются высокие требования. Они изготовляются из легированной стали 45 хн, а шестерни двигателей - из высоколегированной стали 20 хн ЗА. Зубчатые колеса тягового редактора имеют прямые зубья и модуль зацепление равным 10 мм. После фрезерования зубья подвергаются поверхностному термическому упрочнению - закалке токами высокой частоты. Толщина закаленного слоя составляет 2-3 мм.

Буксовые узлы

Буксы воспринимают вертикальные нагрузки от веса локомотива и передают их через подшипники на шейки оси. В процессе движения они обеспечивают вращение шеек осей с минимальным сопротивлением и осуществляют передачу горизонтальных тяговых и тормозных усилий от колесных пар на раму тележки. Конструкция буксы должна удовлетворять следующим требованием: ограничивать возможные перемещения рамы тележки относительно колесной пары, исключать возможность попадания в буксу посторонних предметов, иметь связь с рессорным подвешиванием , обеспечивать удобство осмотра, возможность смены и заправки смазки. В буксах устанавливают подшипники качения с цилиндрическими роликами. В крышках некоторых букс размещают устройства привода скоростемера.

На электровозах применяют буксовый узел бесчелюстного типа, в котором отсутствует трение между поверхностью буксы и наличниками буксовых направляющих. Передача всех усилий в таком буксовом узле происходит через резинометаллические поводки, состоящие из стального корпуса и валиков с резинометаллическими втулками и шайбами, которые допускают перемещения буксы относительно рамы тележки, вследствие упругой деформации резины, как в продольном, так и в поперечном направлениях.

В каждой буксе установлено по два однорядных подшипника тяжелого типа с цилиндрическими роликами. Корпус буксы имеет внизу две серьги, к которым с помощью валика присоединяют хомут листовой рессоры (на ОПЭ1А стальные балансиры). Два боковых прилива предназначены для соединения с кронштейнами рамы тележки через резинометаллические поводки. Корпус поводка отливают из стали, предусматривая два цилиндрических отверстия для установки резинометаллических блоков. Блок, устанавливаемый плотно в отверстии поводка, состоит из стального валика и втулки, между которыми находится резиновая втулка привулканизированная к обеим деталям. В торцовых частях этих блоков ставят амортизационные шайбы, состоящие из трех металлических шайб, к которым привулканизирована резина.

Выступающие наружи концы валиков имеют трапециидальное сечение и входят в соответствующие вырезы в кронштейнах рамы тележки и приливах корпуса буксы. Закрепляются валики в этих вырезах с каждой стороны одним болтом.

Когда колесная пара проходит неровности пути, букса перемещается, а поводки как маятники поворачиваются относительно

рамы на некоторый угол. Валики, закрепленные болтами в своих гнездах при этом не поворачиваются. Поворот поводка происходит только благодаря деформации резиновых втулок и шайб. Поводки расположены на корпусе буксы по диагонали, что обеспечивает необходимые вертикальные перемещения корпуса буксы при относительно малых радиальных деформациях. Для резины такие деформации не опасны, так как они меньше допускаемых.

Два однорядных подшипника 536 серии содержат по 18 роликов каждый. Внутренние кольца не имеют буртов, насаживаются отдельно на шейку оси кол. пары в горячем состоянии при t=100-120˚С с натягом. Между подшипниками расположены два дистанционных кольца (одно на оси, другое в корпусе). Изменяя толщину этих колец, можно регулировать продольный разбег буксы на оси кол. пары в пределах 0.5-1 мм. Радиальный зазор подшипника в свободном состоянии составляет 0,11-0,17 мм. Положение наружных колец относительно корпуса буксы фиксируется передней и задней крышками. Внутренние кольца дополнительно прижаты стопорным кольцом и гайкой, развинчивание которой предотвращается замочной пластиной и двумя болтами завинченными в отверстия в торце оси. Задняя крышка и упорное кольцо образует лабиринт, который препятствует выходу смазки наружу, а спереди корпус буксы плотно закрыт передней крышкой. Полости подшипников и пространство внутри буксы заполнено смазкой ЖРО в количестве около 4 кг.

В тележках тепловозов применяется два типа букс: челюстные и бесчестные. Конструкция бесчелюстных букс во многом подобны электровозным. Они так же соединены с рамой тележки поводками, которые дают возможность упругого перемещения буксы в вертикальном и поперечном направлениях. Корпуса букс имеют специальные мощные приливы в виде кронштейнов, в которых сделаны посадочные гнезда для пружин рессорного подвешивания. Так как на тепловозах применяются трехосные тележки, то оси колесных пар должны иметь достаточное осевое смещение для возможности прохождения кривых участков. Поэтому в буксах крайних кол. пар предусмотрены специальные осевые упоры с упорными шарикоподшипниками и пружинами.

Челюстные буксы тепловоза ТЭМ2 имеют стальной литой корпус, две боковые плоские стороны которого служат в качестве направляющих в буксовых челюстях рамы тележки. Для передачи поперечных осевых усилий к раме тележки на боковых поверхностях буксы выполнены приливы, к которым через приваренные подкладки прикреплены винтами сменные наличники. К боковым поверхностям буксы такие приварены наличники из износостойкой стали 60Г. К наличникам поступает масло из ванночек, находящихся в верхней части корпуса.

В расточку корпуса на легкопрессовой посадке установлены наружные кольца двух цилиндрических роликовых подшипников, разделенные дистанционными кольцами. Корпус буксы сзади и спереди закрыт крышками на болтах. В задней крышке сделано кольцевая расточка, в которую заходит лабиринтное кольцо. В переднюю крышку вставлен осевой упор с бронзовой наплавкой, в которую упирается торец оси кол. пары при поперечных смещениях. Для смазывания трущихся поверхностей торца оси и упора встроен войлочный фитиль, укрепленный на пластинчатой пружине. Конец фитиля находится в масляной ванне в крышке. Буксы крайних кол. пар имеют пружину, расположенную между упором и его крышкой. Пружина предварительно сжата с усилием 1500 Н, и допускает упругое поперечное перемещение упора на 10-11 мм. Средние оси имеют жесткие упоры, но букса может свободно перемещаться на оси на 14 мм от среднего положения. Это перемещение обеспечивается за счет зазоров между упором и торцом оси. Вертикальная нагрузка на буксу передается в специальную арку, опирающуюся на каблучки корпуса, удаленные от вертикальной оси на некоторое расстояние.