Колесные пары и буксы

/ Тепловоз 2ТЭ116 / Колесные пары и буксы

Колесные пары и буксы

Колесные пары тепловоза воспринимают и передают на рельсы вес кузова и тележек со всем оборудованием, а также собственный вес с деталями, смонтированными непосредственно на колесных парах (неподрессоренный). При движении тепловоза каждая колесная пара, взаимодействуя с рельсовой колеей, воспринимает удары, порождаемые неровностями пути и направляющими силами и в свою очередь сама жестко воздействует на путь. Кроме того, колесной паре передается вращающий момент тягового электродвигателя, а в месте контакта колес с рельсами реализуются силы тяги и торможения. Величина и характер воздействия статических и динамических сил зависят от условий движения и состояния рельсового пути, конструкции и параметров ходовой экипажной части тепловоза.

Таким образом, колесная пара является одним из ответственных узлов ходовой экипажной части, от состояния которой зависит безопасность движения поездов. В связи с этим к выбору материала, изготовлению отдельных элементов и формированию колесной пары предъявляются особые требования. В условиях эксплуатации за колесными парами необходим тщательный уход, требуются их своевременные осмотры и ремонт.

Оси унифицированных колесных пар изготовляют из осевой стали. На оси имеются: буксовые шейки для установки подшипников букс; предподступичные части; подступичные части, на которые напрессовывают колесные центры и зубчатое колесо; шейки моторно-осевых подшипников; средняя часть. В местах перехода от одного диаметра оси к другому во избежание концентрации напряжений выполняют плавные переходные галтели радиусом 20- 60 мм. Подступичные части и шейки оси упрочняют накаткой стальными роликами при усилии на ролик 30-40 кН (3-4 тс), создавая тем самым в поверхностном слое высокие остаточные напряжения сжатия, которые в 1,5-2 раза повышают предел выносливости оси в зонах неподвижных посадок и делают ось менее чувствительной к концентрации напряжений. Глубина упрочненного слоя после накатки достигает 6-7 мм, поверхностная твердость металла повышается на 25-30 %. Шейки осей накатывают сферическими роликами, затем шлифуют или подвергают обработке цилиндрическим роликом для сглаживания поверхности. На концах оси выполнены: кольцевая канавка для установки стопорного кольца, предохраняющего внутреннее кольцо роликового буксового подшипника от сползания с шейки; проточка, на которую напрессовывается кольцо подшипника осевого упора буксы. В торцах оси делают центровые отверстия стандартных размеров, позволяющие в процессе эксплуатации производить обточку колес для восстановления профиля бандажей колесных пар и устанавливать вкладыши-втулки привода скоростемера, датчиков электродинамического тормоза и гребнесмазывателей. На пояске торца оси наносят: дату и номер завода-изготовителя, номер плавки, порядковый номер оси, клейма ОТК и приемщика МПС.

Зубчатое колесо тягового привода насаживают на ось в нагретом состоянии [температура ступицы не более 443 К (170 °С)] с натягом 0,16-0,22 мм. Для предупреждения коррозии посадочных поверхностей их покрывают лаком марки ВД4-3 или ГЭН-150.

Оси колесных пар под тяговые электродвигатели ЭД-118Б с циркуляционной системой смазки осевого подшипника в средней части имеют утолщение для крепления венца зубчатого колеса привода насоса смазки. Шейки оси под осевые подшипники двигателей имеют диаметр 210 мм вместо 215 мм у осей под электродвигатели ЭД-118А. На шейки с наружных сторон надпрессовыва-ют лабиринтные кольца уплотнения моторно-осевых подшипников (МОП).

Колесные центры унифицированной колесной пары изготовлены из стальной отливки и состоят из ступицы, обода и диска. Отлитые центры для получения однородной и мелкозернистой структуры металла и снятия внутренних напряжений подвергают отжигу. Колесные центры напрессовывают на ось с усилием 1100-1500 кН (110-150 тс) при насаженных и 950-1400 кН (95-140 тс) при ненасаженных бандажах. Натяг между посадочными поверхностями составляет 0,18-0,3 мм. Действительный натяг и качество прессового соединения определяют по диаграмме усилий, снимаемой при запрессовке. Диаграмму прикладывают к паспорту каждой колесной пары.

В порядке опыта применяют и катаные колесные центры. Их также подвергают термической обработке. Применение катаных колесных центров позволяет снизить массу (неподрессоренную) до 45 кг у каждого центра и уменьшить динамическое воздействие на рельсовый путь.

Бандажи являются той частью колес, которая непосредственно взаимодействует с рельсами. На контактную площадку бандажа передаются вертикальные силы до 150 кН (15 тс), продольные силы сцепления до 45 кН (4,5 тс) и поперечные до 30 кН (3 тс) на поверхности катания и до 80 кН (8 тс) на гребень. Материал бандажа подвергается растяжению, сжатию, сдвигу и смятию, а при скольжении колес - усиленному износу. В связи с этим материал бандажа должен обладать высокой прочностью, чтобы сопротивляться износу и смятию, и быть достаточно вязким, чтобы сопротивляться ударным нагрузкам. Бандажи подвергают термической обработке путем закалки и последующего отпуска. На колесные центры бандажи насаживают с натягом 1,1 -1,45 мм тепловым способом. Температура нагрева бандажа 523-593 К (250-320 °С). Разность температур различных участков бандажа при нагреве не должна превышать 323 К (50 °С). Бандажи на колесных центрах закрепляют бандажными кольцами. Бандажные кольца заводят в специальную выточку, когда температура бандажа не ниже 473 К (200 °С), и закатывают роликом на специальном станке внутреннюю кромку бандажа до плотного крепления кольца. На собранной колеснрй паре разность твердостей бандажей не должна превышать НВ20.

После остывания проверяют (по звуку) плотность посадки бандажа на колесный центр. Чтобы убедиться в отсутствии проворачивания бандажей колесной пары относительно колесных центров при эксплуатации тепловоза на бандажи и колесные центры наносят контрольные риски и кернение. Окончательная обточка бандажей по профилю производится после их насадки.

Для обеспечения безопасности движения и стабильных качеств ходовой части тепловоза предельный прокат поверхности катания не должен превышать 7 мм, износ гребня - 8 мм (толщина 25 мм); минимальная толщина бандажей колесных пар по кругу катания составляет 36 мм. Интенсивность образования проката характеризуется износом в миллиметрах на 104 км пробега тепловоза и зависит от степени использования мощности, профиля пути, нагрузки от колесной пары на рельсы и других факторов.

Опыт эксплуатации показал, что интенсивность проката колес тепловозав для среднесетевых условий составляет 0,38 мм на 104 км пробега. Интенсивность износа гребня при доле кривых на участке эксплуатации около 50 % составляет 0,8 мм на 104 км пробега. Это вызывает необходимость преждевременной обточки колес для восстановления профиля бандажей. Толщина слоя снимаемого металла, определяемая по износу гребня, значительно больше, чем требуется для восстановления профиля поверхности катания. Срок службы бандажей сокращается.

С целью уменьшения износа гребней бандажей и увеличения срока их службы ВНИИЖТом предложен новый объединенный профиль бандажа для локомотивов и вагонов. Объединенный профиль снижает давление в месте контакта и обеспечивает относительно свободное поперечное перемещение колесной пары в колее. Угол наклона образующей гребня к горизонту составляет 65°. Радиус выкружки гребня (15 мм), согласованный с радиусом скругле-ния рельсовой головки, обеспечивает наименьшее контактное давление на выкружке гребня.

Испытания показали, что бандажи с объединенным профилем имеют меньший на 20-30 % износ гребней по сравнению со стандартным. Износ по кругу катания остается таким же, как у стандартного профиля.

Буксы передают вертикальные и горизонтальные силы (тяги и торможения, поперечные от набегания на рельс) между рамой тележки и колесными парами. Кроме того, буксы ограничивают продольные и поперечные перемещения колесной пары относительно рамы тележки. Вертикальные статические нагрузки на буксы достигают 100-НО кН (10-11 тс), а при движении тепловоза они возрастают в 1,3-1,5 раза. Одновременно на буксовые узлы действуют продольные тяговые и тормозные усилия около 20-25 кН (2-2,5 тс), удары колес на стыках, вызывающие ускорения букс (7-25^), и рамные усилия до 50-75 кН (5-7,5 тс) при частоте осевого нагружения 1,5-2,0 Гц. Совокупностью этих действующих сил определяется конструкция буксового узла, которая должна обеспечивать прежде всего безопасность движения, эксплуатационную долговечность подшипников не менее 1,8 млн. км пробега.

Конструкция буксового узла показана на рис. 82. Корпус 9 буксы двумя кососимметрично расположенными поводками 2 соединен с рамой тележки. Валики поводков крепятся к корпусу буксы и раме тележки посредством клиновых соединений и болтов 1. Литой корпус буксы имеет два боковых опорных кронштейна (крыла) для установки пружин рессорного подвешивания тележки. В цилиндрическую расточку корпуса буксы установлены по скользящей посадке до упора в заднюю крышку 6 два .роликовых подшипника и между ними дистанционное кольцо 10. С целью повышения срока службы подшипники устанавливают в одном буксовом узле с разностью радиальных зазоров не более 0,03 мм. Кроме того, потолок корпуса буксы выполнен в виде свода переменного сечения с увеличенной толщиной в верхней части, что приводит не только к более равномерному распределению нагрузки между роликами, но и к увеличению числа роликов, находящихся в рабочей зоне. ! На предподступичную часть оси до упора в галтель надето с натягом лабиринтное кольцо 3. Температура нагрева кольца перед посадкой 393-423 К (120-150 °С). Лабиринтное кольцо образует с задней\ крышкой 6 четырехкамерное лабиринтное уплотнение буксы. Внутренние кольца подшипников имеют натяг 0,035- 0,065 мм. Их насаживают на шейку оси вместе с дистанционным кольцом 77, нагретыми в индустриальном масле до температуры 373-393 К (100-120 °С). Для предотвращения сползания внутренних колец с шейки оси служит стопорное кольцо 12.

Рис. 82. Буксовый удел: 1, 21 - болты; 2 - поводок; 3 - лабиринтное кольцо; 4 - стопорный болт; 5 - шайба; б - задняя крышка; 7, 22 - шелковые шнуры; * - роликовый подшипник; 9 -' корпус %ксы; 10, 11 - дистанционные кольца; 12, 14 - стопорные кольца; 13 - кронштейн; 15 - упорный шариковый подшипник; 16 - амортизатор; 17 - передняя крышка: 7* - пружина; 19 - упор; 20 - контровочная проволока; 23 - коническая пробка

В передней крышке 17 монтируется осевой упор качения одностороннего действия, содержащий упорный шарикоподшипник, одно кольцо которого установлено на торцовой проточке оси, а другое - на упоре 19. Натяг колец 0,003-0,016 мм. В целях предотвращения раскрытия упорного подшипника он постоянно прижат усилием около 2 кН (200 кгс) к торцу оси колесной пары. Усилие создает пружина 18, действующая на подшипник через упор 19. При снятии крышки 17 осевой упор удерживается в ней стопорным кольцом 14. Между упором и крышкой установлен амортизатор 16, представляющий собой две металлические пластины толщиной 2 мм с привулканизированным к ним резиновым элементом. В буксах средних колесных пар амортизатор не ставится, что обеспечивает свободный осевой разбег ±14 мм (равный толщине амортизатора) этих колесных пар в буксах. К передней крышке приварен кронштейн 13 для присоединения гасителя колебаний.

Для того чтобы отличать буксы крайних колесных пар от букс средних колесных пар, на крышки букс наносят буквы соответственно КР и СР. На задней крышке установлен стопорный болт 4, предотвращающий сползание буксы с шейки оси при снятой с тепловоза колесной паре.

Смазка для буксового узла единая пластичная. При сборке буксы закладывают смазку ЖРО в лабиринтное уплотнение задней крышки, подшипники и осевой упор передней крышки в количестве 2,5 кг. Дозаправка смазки в буксовый узел в процессе эксплуатации производится запрессфвкой се через отверстие с конической пробкой 23, расположенное в нижней части корпуса буксы.

Корпус 7 поводка буксы (рис. 83) имеет две головки с цилиндрическими расточками, в которые запрессованы с натягом 0,06-0,16 мм амортизаторы, сформированные один на коротком другой на длинном валике. Короткий валик 8 (буксовый) имеет ре-зинометаллический блок, состоящий из резиновой 12 и металлической 13 втулок. Длинный валик 5 (рамный) имеет два резиноме-таллических блока, состоящих из резиновых 3 и металлических 2 втулок. Между этими блоками помещены разделяющие их полукольца 1. /

Амортизаторы на валики напрессовывают. Перед напрессовкой резиновые втулки и все соприкасающиеся с ними поверхности смазывают смесью, состоящей из 30 % касторового масла и 70 % этилового спирта. Сформированные поводки выдерживают в течение 20 дней при температуре 288-293 К (15-30 °С) без доступа света и приложения нагрузки для завершения релаксационного процесса сцепления резины с металлом.

Валики имеют трапециевидные (клиновидные) хвостовики для установки их в соответствующие пазы на раме тележки и корпусе буксы. Крепятся хвостовики болтами М20*80, момент затяжки не менее 150 Н-м (15 кгс-м). На хвостовики валиков установлены с натягом торцовые амортизаторы, состоящие из кольца 9, шайбы 11 и привулканизированного к ним резинового элемента 10. Они крепятся с помощью разрезных полуколец 6, вставляемых в выточки валиков, и соединяются с корпусом 7 штифтами 4, вследствие чего при повороте поводка в вертикальной плоскости резиновые элементы торцовых амортизаторов работают на сдвиг. Клиновидные хвостовики длинного и короткого валиков у верхних поводков имеют встречное направление, у нижних - попутное.

Коэффициент жесткости поводков одной буксы в поперечном направлении составляет 35-Ю5-45-105 Н/м (350-450 кгс/мм), а в продольном - 235-10s-275-105 Н/м (2350-2750 кгс/мм). Такая упругая поперечная связь между колесными парами и рамой тележки в сочетании с буксовым осевым упором одностороннего действия значительно улучшает горизонтальную динамику тепловоза.

Рама тележки | Тепловоз 2ТЭ116 | Колесно-моторный блок