Взаимодействия их с рельсами

Увеличение скоростей движения поездов на железных дорогах и возрастание нагрузок от колесной пары вагона на рельсы и приводят к росту динамических усилий, а в результате — к повышению напряжений в ходовых частях. В частности, с ростом скоростей движения возрастают колебания виляния вагонов вследствие наличия конусности 1:10 поверхности катания колесных пар, что приводит к увеличению горизонтальных поперечных сил. Возрастание горизонтальных сил в свою очередь приводит к повышению интенсивности износа гребней колесных пар и рельсов, нарушению работоспособности буксовых подшипников и сокращению срока их службы. По этому современные условия эксплуатации, характеризующиеся увеличением скоростей движения и осевых нагрузок, делают весьма актуальными задачи дальнейшего повышения надежности работы колесных пар и улучшения их взаимодействия с рельсами.

Решение этих задач идет в направлениях совершенствования формы и размеров колес и осей; применения сталей новых марок с повышенными механическими характеристиками; улучшения качества металла осей и колес; совершенствования технологии изготовления элементов колесных пар и улучшения содержания колесных пар в эксплуатации.

Повышение надежности колесных пар.

Разработана конструкция вагонной оси повышенной прочности (рис. 6.9). Она имеет укороченные подступичные части и цилиндрическую среднюю часть. Напряжения в подступичной части уменьшаются в результате того, что длина подступичной части не превышает длину ступицы колеса, а ее диаметр превосходит диаметры примыкающих к ней элементов. Масса такой оси на 24 кг меньше стандартной. Вероятностный характер нагружения при вращении колесной пары вызывает в оси и колесах переменные напряжения с амплитудами изменяющейся величины, что требует применения специальных мер, повышающих усталостную прочность оси и колес. Для повышения усталостной прочности оси производится обточка всех ее элементов, упрочнение всей поверхности путем накатки роликами, а также шлифовка шеек и подступичных частей. Одним из перспективных путей дальнейшего повышения усталостной прочности вагонных осей является комбинированный способ поверхностного упрочнения, сочетающий закалку токами высокой частоты с поверхностным пластичным деформированием путем обкатывания роликами.

 

Рис. 6.9. Ось повышенной прочности

 

Для повышения усталостной прочности диски колес подвергают дробеструйному наклепу. Ведутся также работы по созданию и внедрению новой конструкции колеса, обладающей повышенной усталостной прочностью за счет устранения технологических перегибов в диске.

Одно из важнейших направлений повышения надежности вагонных колес — улучшение металлургического качества путем внедрения на заводах-изготовителях вакуумирования, внепечной обработки, непрерывной разливки стали, а также применение технологии сплошного неразрушающего контроля внутренних и наружных дефектов. Другое важнейшее направление повышение прочностных характеристик ободьев колес. С учетом перспектив повышения осевых нагрузок до 245 кН термообработка ободьев должна гарантировать твердость в пределах 360—380 НВ, что обеспечит снижение износа гребней.

Выполненные исследования показали, что добавка в сталь для колес ванадия увеличивает срок их службы на 30%. В настоящее время эта сталь рекомендована к внедрению. Кроме того, разработаны и утверждены технические условия на выпуск колес из стали следующего поколения с карбонитридным упрочнением.

Для грузовых вагонов, имеющих повышенные осевые нагрузки от колесной пары на рельсы, ведутся работы по созданию специальных колесных пар. Колесные пары таких вагонов отличаются большими диаметрами элементов оси и увеличенной толщиной ступицы и диска колес.

Улучшение взаимодействия колесных пар с рельсами.

Совершенствование профиля поверхности катания обеспечивает снижение контактных напряжений, улучшение плавности хода и повышение устойчивости колесной пары на рельсах. Для скоростных вагонов, к которым предъявляются повышенные требования по плавности хода, применяется объединенный профиль поверхности катания (см. рис. 6.8, б). Улучшение плавности хода реализуется за счет введения в профиле дополнительной конусности 1:50, что позволило уменьшить частоту колебаний влияния, особенно существенных при больших скоростях движения. Для грузовых вагонов с повышенными осевыми нагрузками особенно эффективен криволинейный профиль поверхности катания (см. рис. 6.8, в), соответствующий приработанному (изношенному) очертанию. Такие профили, кроме уменьшения частоты колебаний виляния, обеспечивают также снижение контактных напряжений за счет увеличения поверхности контакта колес с рельсами. Увеличение угла наклона гребня по сравнению со стандартным профилем уменьшает вероятность схода вагона с рельсов. Форма диска оказывает влияние на его упругость, массу и напряженное состояние колеса, а также на уровень шума. Для улучшения взаимодействия колесной пары и пути за счет снижения сил, обусловленных необрессоренными массами, улучшения плавности хода вагона и уменьшения шума разработаны конструкции составных упругих колес, которые широко применяются в вагонах метрополитена. В этом колесе между бандажом (ободом) и колесным центром расположены резиновые вкладыши. Резиновые элементы хорошо гасят колебания высокой частоты, в том числе и шумовые колебания. Уменьшение массы колеса и повышение его упругости достигается также изготовлением колесных центров из алюминиевых сплавов или неметаллических материалов.