Силы, действующие на колёсную пару вагона

На колёсные пары при наиболее неблагоприятном сочетании дей­ствует большинство усилий, передаваемых при движении вагона. Наибо­лее нагруженной в этом случае является, как правило, первая по направлению движения, так как при вписывании подвижного состава в кривой участок пути в сочетании с вертикально статической и динамической нагрузками на неё действует направляющая сила рельса. Места приложения действующих сил — шейки осей, а реакции возникают на поверхности катания колеса в месте контакта с рельсом. В некоторых случаях отдельные виды нагрузок прикладываются к средней части оси, например, в местах расположения шкива привода подвагонного генератора, диска тормоза и др.

Вертикальная статическая нагрузка гружёного вагона, приложен­ная к центрам шеек оси (рис.6.10) подсчитывается по формуле:

(6.1) где Рбр, Ркп, Рш— силы тяжести соответственно вагона брутто, колёсной пары и консольной части оси, считая от торца шейки до плоскости круга катания колеса;

mо — число колёсных пар в вагоне;

l— средняя величина коэффициента использования грузоподъёмно­сти вагона, для пассажирского X =1.

Вертикальная динамическая нагрузка, возникающая при колебании обрессоренных масс, вычисляется по формуле:

, (6.2)

 

где кдв — коэффициент вертикальной динамики колёсной пары, определяемый по эмпирической формуле:

 

, (6.3)

 

где lв— величина, зависящая от осности тележки.

А, В — величины, зависящие соответственно от гибкости рессорного подвешивания и типа вагона;

v — скорость движения вагона, м/с;

fст — статический прогиб рессорного подвешивания, м.

В связи с учётом наиболее неблагоприятного сочетания несимметрично­го вида колебаний вертикальную динамическую нагрузку считают прило­женной к центру одной шейки (рис. 6.10,а), а на другой её принимают равной нулю

 

а — вертикальными статической и динамической силами; б — вертикальными силами от боковых горизонтальных нагрузок; в — горизонтальными нагрузками от центробежной силы и давления ветра; г — вертикальными нагрузками от сил инерции необрессоренных масс

9. Классификация, назначение и устройство буксовых узлов вагонов. Буксовые узлы обеспечивают передачу нагрузки от кузова вагона на шейки осей и ограничивают продольные и поперечные перемещения колесной пары относительно тележки. Вместе с колесными парами они являются наиболее ответственными элементами ходовых частей вагона. Буксовый узел неподрессорен и жестко воспринимает динамические нагрузки от рельсового пути, возникающие при движении вагона. Кроме постоянно действующих нагрузок от массы брутто, буксовый узел испытывает значительные удары при прохождении колес по стыкам рельсов, от толчков во время торможения поезда или наезда колес на башмак при роспуске вагонов с горки, от действия центробежной силы при прохождении кривых участков пути и др. Буксовый узел современного отечественного вагона — это буксовый узел с цилиндрическими роликовыми подшипниками на горячей посадке, которыми оснащаются все типы пассажирских и грузовых вагонов. Типовые буксовые узлы грузовых и пассажирских вагонов состоят из корпуса, двух цилиндрических подшипников — переднего и заднего, крепительной и смотровой крышек, лабиринтного кольца и элементов торцевого крепления подшипников. Между корпусом и крепительной крышкой устанавливается уплотнительное кольцо, а между смотровой и крепительной крышками — резиновая прокладка. Буксы вагонов с различными вариантами торцевого крепления подшипников — гайкой и шайбой соответственно. К элементам торцевого крепления в первом случае относятся корончатая гайка, стопорная планка и два болта, крепящие планку, во втором — приставная шайба, болты, закрепляющие шайбу, и стопорная шайба. Типовые буксовые узлы грузовых и пассажирских вагонов отличаются только конструкцией корпуса буксы. Нормативный срок службы буксового узла — 15 лет.

Корпус 6уксы предназначен для размещения элементов буксового узла и смазки. Конструкция корпуса буксы определяется схемой опирания рамы тележки на буксовый узел и различается также конструктивным оформлением лабиринтной части. В вагонах применяют корпуса букс двух типов: челюстные — без опор под рессорные комплекты, но с направляющими пазами для челюстей боковой рамы тележки — для грузовых вагонов, бесчелюстные — с опорными кронштейнами под пружины рессорных комплектов — для пассажирских вагонов.

Корпус буксы грузового вагона по бокам имеет приливы 1 и пазы для соединения с боковой рамой тележки. для равномерного распределения нагрузки между роликами вдоль образующей на потолке буксы сделаны ребра 3 жесткости, а для опоры рамы тележки — ребра 4. Масса стальной буксы 45 кг.

Корпус буксы пассажирского вагона в нижней части с обеих сторон имеет кронштейны с отверстиями для шпинтонов. На кронштейны опираются пружины буксового подвешивания, а на них — рама тележки. для обеспечения рационального распределения нагрузки на ролики подшипников свод корпуса букс имеет переменное сечение. В потолке буксы пассажирского вагона делается несквозное отверстие М1бх1,5 для постановки термодатчика. предназначенного для контроля температуры нагревания буксового узла при движении поезда. Термодатчик может закрепляться также с помощью болта и крепежной планки. В этом случае в потолке корпуса буксы делаются два отверстия: первое — без резьбы — для установки термодатчика; второе — резьбовое — для болта крепления.

Л а б и р и н т н о е к о л ь ц о и лабиринтная часть корпуса, образуя четырехкамерное безконтактное уплотнение, препятствуют вытеканию смазки из буксы и попаданию в нее механических примесей. Кроме герметизации корпуса с внутренней стороны, кольцо фиксирует положения корпуса буксы на шейке оси и внутреннего кольца заднего роликового подшипника.

Конические двухрядные роликовые кассетные подшипники получили широкое распространение в ходовых частях высокоскоростного подвижного состава в силу следующих достоинств:

· приспособленности к комбинированному нагружению высокого уровня, что гарантирует большие пробеги и эксплуатацию подвижного состава в пределах установленной периодичности его технического обслуживания;

· соответствия геометрических характеристик подшипников условиям высокоскоростного движения;

· компактного конструктивного исполнения;

· кассетного конструктивного принципа, обеспечивающего значительные преимущества при организации экономически эффективного централизованного технического обслуживания.

Такой буксовый узел имеет корпус буксы и кассетный двухрядный конический подшипник размером 130х230х150 мм. С каждой стороны буксового узла расположены внутренние и наружные крепительные крышки, между которыми размещаются уплотнительные кожухи. Внутренние крепительные крышки фиксируют в осевом направлении внутренние кольца подшипника, наружные — наружное кольцо. Задняя внутренняя крепительная крышка напрессовывается на предподступичную часть оси. Передние внутренняя и наружная крышки крепятся болтами соответственно к торцу оси и к корпусу буксы.

Лабиринтное уплотнение буксы обеспечивается кожухами совместно с кольцами, которые устанавливаются в кольцевые канавки внутренних передней и задней крышек.

Кассетный буксовый узел представляет собой готовую к установке конструкцию, отрегулированную на заводе-изготовителе, заправленную смазкой и снабженную внутренними уплотнениями. Он имеет меньшие размеры и массу (55 кг), чем типовой буксовый узел (105 кг), а также требует в 2 раза меньшее количество смазки на заправку узла. для монтажа двух подшипников на колесную пару требуется 2 минуты.

Буксовый узел состоит из двухрядного подшипника, включающего два ряда внутренних колец, двух комплектов конических роликов, двух сепараторов 8 и единого наружного кольца, выполняющего роль корпуса буксы. Положение подшипника на шейке оси фиксируется передней и задней крепительными крышками, а также тремя упорными кольцами (передним, средним дистанционным и задним). Задняя крепительная крышка за счет натяга имеет тугую посадку на шейке оси, а передняя крепится к торцу оси тремя болтами, которые фиксируются от самопроизвольного отворачивания стопорной шайбой. Герметизация подшипника от проникновения пыли и влаги обеспечивается уплотнительными кожухами 1 (передним и задним) с упругими сальниками.

10. Типы посадок подшипников на шейку оси, их сравнительная характеристика. В настоящее время более 95% грузового вагонного парка и все пассажирские вагоны оборудованы буксами с подшипниками качения. Основными требованиями их проектирования являются: безот­казность и долговечность работы в экстремальных условиях эксплуата­ции в течение установленного срока службы; минимально возможная собственная масса при высокой надёжности работы; простота монтажа и демонтажа буксовых узлов при ремонте; надёжная герметизация буксового узла от попадания пыли и влаги; обеспечение взаимозаме­няемости и унификации деталей. Буксы проектируются так, чтобы равнодействующая нагрузка проходила через середину шейки оси. Типовая букса с глухой посадкой внутренних колец цилиндрических роликовых подшипников на шейку оси применяется в современных грузовых и пассажирских вагонах. При горячей посадке внутреннее кольцо, имея определенный натяг, нагревается и свободно надевается на шейку оси, а после остывания прочно охватывает ее. При втулочной посадке коническая втулка запрес­совывалась с помощью специального пресса между шейкой и внут­ренним кольцом, имею­щим такую же коничес­кую поверхность. Буксовые узлы отечественных вагонов, а также современных конструкций зарубежных вагонов, оборудованы исключительно подшипниками качения (роликовыми подшипниками). Это обусловлено тем, что роликовые подшипники обеспечивают реализацию высоких скоростей движения и осевых нагрузок, а также более надежны и экономичны в эксплуатации.

Буксовые узлы с подшипниками качения классифицируются по типу роликовых подшипников, способу посадки их на шейку оси и конструкции корпуса буксы.

В практике вагоностроения используются три основных типа роликовых подшипников: цилиндрические однорядные — с короткими цилиндрическими роликами, сферические двухрядные — со сферическими роликами, конические одно- и двухрядные — с коническими роликами. Наибольшее распространение в отечественных и зарубежных вагонах получили цилиндрические роликовые подшипники.

Существует три способа посадки подшипников на шейку оси — горячая, втулочная и прессовая. В буксовых узлах современных конструкций вагонов используется горячая и прессовая посадки подшипников. Основными требованиями, предъявляемыми к буксовым узлам, являются: безотказность и долговечность работы в существующих условиях эксплуатации в течение установленных сроков службы; небольшая собственная масса; взаимозаменяемость и унификация деталей; простота выполнения монтажа и демонтажа узлов при ремонте и хорошая герметизация буксового узла.

Горячая посадка обеспечивается за счет разности диаметров шейки оси и внутреннего кольца. Диаметр отверстия внутреннего кольца должен быть меньше диаметра шейки на величину натяга, равного 40—70 мкм. При монтаже буксового узла внутренние кольца нагревают до температуры 100—120°С, в результате чего кольца расширяются и свободно надеваются на шейку. После остывания они плотно обхватывают шейку. Горячая посадка наиболее технологична для цилиндрических подшипников и применяется в типовом буксовом узле.

Втулочная посадка подшипника на шейку оси обеспечивается с помощью конусной разрезной закрепительной втулки, которая запрессовывается между шейкой оси и внутренним кольцом. В процессе запрессовки контролируются величина давления и продвижение втулки. Такая посадка применялась для закрепления однорядных цилиндрических и двухрядных сферических подшипников в вагонах старой постройки.

Прессовая посадка применяется для установки внутренних колец конических подшипников кассетного типа в тележках зарубежных вагонов, а также в отечественных тележках пассажирских вагонов нового поколения для скоростей движения 200 км/ч.

11. Характеристика упругих элементов рессорного подвешивания вагонов. Параметры элементов рессорного подвешивания вагонов. Рессорное подвешивание вагонов связывает колесные пары с рамой тележки и кузовом и предназначено для уменьшения динамического воздействия пути на вагон и вагона на путь. Оно состоит из упругих элементов, возвращающих устройств и гасителей колебаний. Упругие элементы смягчают (амортизируют) толчки и удары от пути движущемуся вагону в вертикальной плоскости, а возвращающие устройства — в горизонтальной плоскости. Гасители колебаний служат для гашения (демпфирования) колебаний обрессоренных масс вагона с тем, чтобы уменьшить амплитуду колебаний. Упругие элементы вагона обычно расположены между колесными парами и кузовом. Под действием динамических сил со стороны колесной пары при перемещении вагона они деформируются и обеспечивают плавные колебательные движения обрессоренных масс, уменьшая ускорения и силы, воспринимаемые кузовом. В качестве упругих элементов вагонов в основном используются витые пружины. Применяются также резинометаллические элементы, пневматические, торсионные, кольцевые и другие типы упругих элементов. В старотипных тележках встречаются листовые рессоры. Если в системе рессорного подвешивания силы сопротивления отсутствуют или неоправданно малы, то при движении вагона по периодическим неровностям пути могут возникнуть большие амплитуды колебаний кузова на рессорах и, особенно при резонансе, когда частоты вынужденных и собственных колебаний равны. По этому для гашения таких колебаний в систему рессорного подвешивания вводят специальные устройства фрикционные или гидравлические гасители (демпферы). Они снижают ускорения колебательного движения и уменьшают воздействие динамических сил на вагон, обеспечивая плавный ход. для того чтобы динамические силы были минимальными и не превышали допустимых значений, а плавность хода оставалась постоянною в процессе длительной эксплуатации вагона, необходима высокая надежность работы подвешивания. Кроме того, параметры рессорного подвешивания должны соответствовать расчетным значениям и несущественно изменяться с течением времени.

Рессорное подвешивание р а з л и ч а е т с я:

числом ступеней — одинарное и двойное;

местом размещения в тележке — буксовое и центральное;

типом возвращающих устройств (горизонтальным подрессориванием) — люлечной, безлюлечной и поводковой конструкции;

конструкцией упругих элементов — с металлическими, резинометаллическими и пневматическими упругими элементами;

Для изготовления вагонных пружин применяются стали 55С2, 55С2А, 60С2, 6ОС2А (ГОСТ 14959).

Пружины изготавливают в соответствии с ГОСТ 14959. Опорные поверхности пружин делают плоскими и перпендикулярными к оси. для этого концы заготовки пружины оттягиваются на 1/3 длины окружности нитка. В результате этого достигается плавный переход от круглого к прямоугольному сечению. Высота оттянутого конца пружины должна быть не более 1/3 диаметра прутка d, а ширина — не менее 0,7 d.

Характеристиками цилиндрической пружины являются: диаметр прутка d, средний диаметр пружины d высота пружины в свободном Н _св и сжатом Н _сж состояниях, число рабочих витков п_р и индекс т. Индексом пружины называется отношение среднего диаметра пружины к диаметру прутка, т.е. т= d/ d.

 

12. Фрикционные гасители колебаний вагонов. Назначение и устройство. Гасители колебаний вводятся в рессорное подвешивание для создания сил сопротивления колебательному процессу обрессоренных масс вагона и уменьшения амплитуд при резонансах. Применяемые в подвешивании вагонов гасители колебаний по характеру сил сопротивления можно разделить на две группы:

фрикционные и гидравлические.

Фрикционные гасители колебаний. Во фрикционных гасителях необходимое сопротивление колебаниям обрессоренных частей вагона создается силами трения, возникающими при относительном смещении трущихся деталей. Эти силы могут быть постоянными или переменными за один цикл в зависимости от конструктивных особенностей гасителей.

достоинством фрикционных гасителей колебаний является простота конструкции и надежность работы. Поэтому они широко применяются в рессорном подвешивании тележек грузовых вагонов, а также в буксовом подвешивании тележек пассажирских вагонов. К недостаткам таких гасителей можно отнести: недостаточную стабильность работы, т.е. изменение характеристик гасителя в результате изменения состояния трущихся поверхностей; невозможность регулирования сил трения в зависимости от режима колебаний вагона; большие силы трения покоя, препятствующие прогибам рессорного подвешивания при малых скоростях движения.

Имеются различные типы фрикционных гасителей колебаний:

клиновые, телескопические, дисковые и рычажные. Наибольшее распространение в рессор ном подвешивании вагонов получили клиновые фрикционные гасители.

Гидравлический гаситель колебаний состоит из следующих основных частей: рабочего цилиндра 4, поршня б со штоком 1, резервуара 5, верхнего 7 и нижнего 8 клапанов, корпуса 3 и направляющей втулки 2. Гаситель заполнен вязкой жидкостью (веретенным, приборным или трансформаторным маслом, а также другими специальными жидкостями). В качестве рабочей жидкости в гасителях колебаний вагонов используется приборное масло МВП (ГОСТ 1805).