Устройство экипажной части тепловозов

В буксы крайних колесных пар установлены резиновые амортизаторы для компенсации перекосов и смягчения ударных нагрузок от оси на переднюю крышку буксы. В принципе конструкция букс средней и крайней колесных пар одинакова. Путем демонтажа амортизатора буксу крайней колесной пары можно переоборудовать под установку на среднюю колесную пару.

Рычажная передача тормоза. В каждую группу передачи (по числу колесных пар) входят по два исполнительных органа - тормозные цилиндры, установленные с наружной стороны боковины рамы тележки и работающие параллельно от одной воздушной магистрали, две пары колодок, рычаги, подвески, регулирующие тяги и триангели. При заполнении сжатым воздухом тормозного цилиндра его шток, перемещаясь, воздействует на горизонтальный балансир, проходящий через отверстие в раме тележки. Балансир через верхнюю вилку и рычаг подвески тормозной колодки прижимает колодку к бандажу колесной пары. Далее через нижний конец рычага, нижнюю тягу усилие передается на рычаг подвески противоположной колодки. Установка тормозной колодки в рабочее положение относительно круга катания колеса обеспечивается конструкцией тормозной колодки и триангелями, соединяющими попарно рычаги подвесок тормозных колодок.

Тяговый электродвигатель опирается на ось колесной пары через два моторно-осевых подшипника, состоящих из двух верхних вкладышей, установленных в прилив остова тягового двигателя, и двух нижних вкладышей, установленных в корпус. Нижние вкладыши совместно с корпусом составляют единый осевой подшипник, который крепится к остову тягового двигателя болтами. Единый осевой подшипник включает в себя две польстерные емкости (по одной для каждого моторно-осевого подшипника) и резервуар для масла. В резервуаре на крышке установлен шестеренный насос, который приводится в действие от оси колесной пары с помощью шестерен. При движении тепловоза масло, нагнетаемое насосом, по системе каналов в осевом подшипнике поступает в польстерные емкости, откуда самотеком через окна во вкладышах проникает в зазор между шейкой оси колесной пары и вкладышем. Отработанное в подшипниках масло по каналам сливается в масляный резервуар, замыкая круг циркуляции. В момент трогания, когда насос не обеспечивает подачу достаточного количества масла для смазки моторно-осевых подшипников самотеком, подача масла производится с помощью пакетов фитилей, установленных в польстерных емкостях.

 
                                           Колесные пары тепловозов 

Колесная пара является не только важнейшим узлом экипажной части тепловоза, но и характерным признаком подвижного состава железных дорог, отличая его от других видов наземного колесного транспорта.

Колесная пара представляет собой два колеса, напрессованные на одну ось на строго определенном расстоянии, которые вращаются вместе с ней с одинаковой частотой. Такая конструкция колесных пар локомотивов, вагонов и другого вида подвижного состава обеспечивает заданное направление и устойчивое их движение по рельсовой колее. Колесные пары воспринимают удары от неровностей пути, передают вес тепловоза на рельсы, участвуют в реализации силы тяги и тормозных сил в зонах контакта колес с рельсами, а также направляют движение экипажей в рельсовой колее.

Конструкция колесных пар тепловозов определяется типами передач и тяговыми приводами колесных пар.

Колесные пары магистральных грузовых тепловозов (ТЭЗ, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, ЗТЭ10М, 2М62У, 2ТЭ116 и др.) с электрической передачей и опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей в основном унифицированы и различаются некоторыми размерами.  
          Следует особо подчеркнуть, что колесные пары всех серий отечественных тепловозов имеют односторонний тяговый привод - это когда на оси напрессовано одно зубчатое колесо тягового редуктора. Унифицированные колесные пары серийных грузовых электровозов (ВЛ10, ВЛ11М, ВЛ60 и ВЛ80 всех модификаций и др.) имеют двухсторонний тяговый привод, т.е. привод оси от тягового электродвигателя осуществляется с помощью двух цилиндрических тяговых редукторов, что и является принципиальным их отличием от колесных пар грузовых тепловозов.

Максимальное расстояние между внутренними гранями бандажей колес одной колесной пары составляет 1440 мм, диаметр ее колес по кругу катания (измеряется на расстоянии 70 мм от внутренней грани поверхности бандажей со стороны гребня) - не более 1055 мм, а разница между величинами диаметра колес одной колесной пары должна быть не более 0,5 мм.

Оси колесных пар тепловозов изготавливают из заготовок углеродистой мартеновской стали. Ось имеет различный диаметр по длине в зависимости от величины действующих усилий и назначения отдельных ее участков. Во избежание концентрации напряжений все переходы с одного диаметра оси на другой сопрягают плавными кривыми (галтелями).

Буксовые шейки оси служат для монтажа подшипников и для унифицированной колесной пары тепловоза имеют диаметр 160 мм. Далее следуют подступичные части оси диаметром 200 мм, на которые надевают лабиринтные уплотнения букс. Наибольший диаметр (235 мм) имеют подступичные части, на которые напрессовывают колесные центры, где находится зубчатое колесо. На шейки оси диаметром 215 мм через моторно-осевые подшипники опирается тяговый электродвигатель тепловоза. Между шейками расположена средняя часть оси диаметром 205 мм.

Цилиндрические поверхности оси (кроме средней части) упрочняют накаткой стальными закаленными роликами при нажатии на ролик 30 - 40 кН. Поверхности шеек оси после накатки шлифуют под посадку подшипников, что позволяет повысить износостойкость оси почти в 2 раза. В торцах осей с обеих сторон расточены отверстия диаметром 80 мм, в одно из которых запрессовывают втулку привода скоростемера.

С 1986 г. на грузовых тепловозах серий 2ТЭ116 и 2ТЭ10У стали устанавливать модифицированные тяговые электродвигатели постоянного тока ЭД-118Б, которые, в отличие от двигателей ЭД-118А, имеют систему принудительной смазки моторно-осевых подшипников (МОП). Шейки осей колесных пар этих серий тепловозов имеют меньший диаметр - 210 мм.

В средней части е оси колесных пар тепловозов 2ТЭ10У и 2ТЭП6 сделано утолщение для крепления венца зубчатого колеса привода насоса циркуляционной смазки МОП. Таким образом, принудительная смазка МОП каждой колесной пары осуществляется индивидуальным масляным насосом, имеющим механический привод от оси. Для предотвращения утечек смазки МОП и ее попадания на бандажи и рельсы на краях шеек оси колесных пар этих локомотивов напрессованы лабиринтные кольца уплотнения.

У осей колесных пар пассажирских тепловозов с опорно-рамным подвешиванием тяговых двигателей шейки не предусмотрены в связи с тем, что моторно-осевые подшипники и зубчатое колесо размещены на так называемом полом валу.

Колесные центры колесных пар тепловозов изготавливают дисковыми (сплошными) и спицевыми. Их отливают из мартеновской стали повышенного качества марки 20Л-1П или 25Л-Ш. Колесный центр унифицированной колесной пары тепловозов состоит из ступицы, напрессованной на подступичную шейку оси колесной пары, обода, на котором крепится бандаж, и промежуточной части, выполненной в виде диска (дисковые центры) или спиц (спицевые центры). Спицевые центры легче дисковых, но стоимость их изготовления значительно выше. Спицевые колеса применены лишь на тепловозах 2ТЭ121, а также электровозах ВЛ19, ВЛ22М, ЧС2 и ЧС4, моторных вагонах электропоездов.

При движении тепловоза в режиме тяги на поверхность рабочей площадки бандажей, помимо вертикальных сил, действуют продольные (относительно оси пути) силы сцепления и поперечные силы, вызывающие скольжение поверхности бандажей по рельсам. Вследствие действия этих и других сил при движении тепловоза материал бандажей подвергается смятию (искажению геометрической формы), растяжению, сжатию, термическому воздействию, особенно при торможении, а также повышенному износу (прокату). При прохождении колесной парой стыков рельсов и неровностей пути бандажи колесных пар, многие узлы и детали экипажной части тепловозов также воспринимают значительные динамические ударные нагрузки, действуют и другие силы.

Для того чтобы обеспечить безопасность движения поездов и минимизировать износ (прокат) бандажей колесных пар, к материалу бандажей предъявляются довольно противоречивые требования. С одной стороны, материал бандажей должен быть достаточно вязким, чтобы не разрушаться при ударах, с другой - обладать высокими износостойкостью и твердостью (по Бринелю НВ 269), чтобы сопротивляться смятию.

При движении колесной пары в рельсовой колее между гребнями колес и внутренними гранями головок рельсов обязательно должны быть зазоры, чтобы предупредить возможное заклинивание колесной пары в колее и уменьшить силы трения.

Главное назначение конической формы поверхности бандажа - обеспечивать синусоидальную траекторию перемещения колесной пары (в плане) в пределах путевых зазоров без длительного прижатия гребней колесных пар к одному из рельсов. Такую же извилистую траекторию движения по прямому пути, похожую на синусоиду, имеет двухосная тележка.

Несколько иная картина наблюдается при движении двухосной тележки по кривой. В этом случае на тележку дополнительно действуют центробежные силы, которые не только прижимают гребни колес к внутренней части наружного рельса, но и создают некоторый поперечный перекос экипажа. Для избежания заклинивания гребней бандажей внутри рельсовой колеи при перекосе экипажа кривые участки делают с уширением на определенную величину.

Опыт эксплуатации грузовых тепловозов на железных дорогах нашей страны показал, что среднесетевая интенсивность проката бандажей их колесных пар составляет 0,38 мм на 104 км пробега. При увеличении протяженности кривых участков пути и с уменьшением радиусов кривых интенсивность проката бандажей возрастает и может достигать величины 1 мм на 104 км пробега локомотива.

Формированием колесных пар называют процесс сборки колесных пар из новых элементов при их изготовлении. Сборку колесных пар производят как с использованием гидравлического пресса (холодный способ), так и тепловым способом с предварительным нагревом детали. Прочность посадки обеспечивается натягом, т.е. превышением диаметра места посадки (оси колесной пары) над диаметром отверстия напрессовываемой детали (центра).

Формирование колесной пары тепловоза начинается с посадки на ось зубчатого колеса (или его ступицы). Натяг между сопрягаемыми поверхностями должен быть в пределах 0,18 - 0,22 мм, задиры и забоины на них не допускаются. Зубчатое колесо нагревают до температуры 160 - 200 °С. Подступичную часть оси покрывают тонким слоем эластомера ГЭН-150 или лаком марки ВДУ-3 для защиты сопрягаемых поверхностей от коррозии. После посадки и остывания зубчатого колеса прочность соединения проверяется на прессе. При воздействии силы 700 кН зубчатое колесо должно оставаться неподвижным. Процесс напрессовки зубчатого колеса фиксируется в виде диаграммы на специальных бланках.

Ось с зубчатым колесом запрессовывают в колесные центры в холодном состоянии. Перед установкой на гидравлический пресс посадочные поверхности оси и центров протирают насухо, а затем смазывают растительным маслом (натуральной олифой), чтобы не допустить задиров при сборке и предохранить сопрягаемые поверхности от коррозии. Натяг должен быть 0,2 - 0,35 мм, усилие в конце запрессовки - 950- 1400 кН.

Процесс запрессовки оси в колесные центры записывается в виде диаграммы (графической зависимости усилия пресса от перемещения колесного центра по посадочной поверхности). Запись характера протекания запрессовки дает возможность судить, насколько хорошо были подготовлены посадочные поверхности. При удовлетворительной запрессовке ее диаграмма имеет вид плавно нарастающей кривой, слегка выпуклой по всей длине запрессовки.

При формировании колесных пар пассажирских тепловозов применяют исключительно тепловой способ. Ступицу центра в этом случае нагревают в электрогорне до температуры 250-320°С током промышленной частоты.

Для надежной посадки бандажа на колесный центр создают натяг 1,1-1,45 мм. Перед посадкой проверяют целостность бандажей (дефектоскопируют) и определяют их твердость. Бандажи одной колесной пары должны иметь примерно одинаковую твердость. Разность твердости по Бринелю двух бандажей одной колесной пары не должна превышать величины НВ 20.

Бандаж нагревают в индукционном горне до температуры 250 - 300°С, после чего обод центра заводят в нагретый бандаж до упора в бурт.

При медленном остывании бандаж плотно сжимает центр. Когда температура бандажа снижается, но имеет температуру не ниже 200°С, в его паз заводят бандажное кольцо, изготовленное из фасонной стали.

Затем обкатывают прижимной бурт бандажа для плотного охвата кольца. Таким образом, упорный бурт препятствует смещению бандажа в случаях сильного нагрева, например, при интенсивном торможении в одну сторону, а кольцо - в другую.

После полного остывания бандажа плотность прессовой посадки проверяют по звуку от ударов молотком по кругу катания.

Чтобы контролировать неподвижное положение бандажа относительно центра, на боковой поверхности бандажа выбивают (на длине 25 мм) четыре-пять кернов глубиной 1 - 1,5 мм, а на ободе колесного центра делают риску глубиной 1 мм против средней лунки.

На вновь сформированных колесных парах центры окрашивают эмалью черного цвета, а наружные грани бандажей - эмалью белого цвета. После окраски колесной пары по кернам наносят полосу шириной 25 мм: на бандажах красной краской, а на ободах центров - белой.

Причинами смены элементов колесной пары могут быть: их износ или повреждения, особенно полученные после столкновения локомотива, схода с рельсов, а также неясности клейм и знаков, нанесенных на детали колесной пары.ный тепловоз колесный пара

Необходимо отметить, что при формировании и полном освидетельствовании все элементы каждой колесной пары проходят многоступенчатый контроль. Этим занимаются независимые от данного предприятия специалисты - приемщики ОАО «РЖД», имеющие персональные клейма и знаки.

Такая многоступенчатость и тщательность контроля технического состояния и фиксированных размеров колесной пары обусловлены важностью той роли, которую колесные пары играют в обеспечении безопасности движения поездов и надежной работы железнодорожного транспорта в целом.