Тележки

Назначение и общее устройство.

Тележки тепловозов являются их ходовыми частями. Они передают вертикальные нагрузки от веса кузова и рамы тепловоза с установленным на ней силовым и вспомогательным оборудованием на рельсы, создают во взаимодействии с рельсами тяговые и тормозные силы, направляют движение тепловоза в рельсовой колее, передавая на раму тепловоза поперечные усилия от рельсового пути.

Тележка - крупный узел тепловоза. Она объединяет в одно целое, в единый комплекс колесные пары, буксы, тяговые электродвигатели и их тяговые редукторы. Все эти рассмотренные ранее узлы тепловоза, а также рессорное подвешивание являются ее частями. Объединены они в одно целое рамой тележки. Рама тележки не только связывает вместе отдельные узлы ходовых частей, но и связывает их с рамой тепловоза, обеспечивая в то же время возможность поворота тележки относительно рамы тепловоза. Конструкция тележки и в особенности ее рамы зависит от способа передачи нагрузок и исполнения опорных устройств.

Так как силовая установка находится в кузове на главной раме, а ведущие колесные пары размещены в тележках, необходимость их поворота значительно затрудняет как передачу вертикальных нагрузок, так и передачу энергии от дизеля к колесным парам.

Схемы передачи нагрузок от рамы тепловоза на тележки. Связь кузова (или рамы) тепловоза с рамой тележки должна обеспечивать передачу сил по всем осям координат (рис. 11.21): вертикальных сил по оси г, горизонтальных продольных сил по оси х, горизонтальных поперечных сил по оси у при одновременной возможности относительного поворота (вокруг оси г) и передачи энергии. Вес всего оборудования тепловоза, размещенного в кузове, включая и главную раму, должен быть равномерно распределен между обеими тележками, иначе нагрузки от отдельных осей на рельсы могут быть неодинаковыми. Кроме того, связи кузова с тележками должны ограничивать возможности поворота (колебаний) кузова относительно осей х и у. В систему этих связей должны входить так называемые возвращающие устройства, способствующие возвращению тележек (после поворота в кривых) в положение, при котором продольные оси рам тепловоза и тележек совпадают, а также препятствующие самопроизвольным виляниям тележки.

Наиболее распространены следующие основные схемы опирания рамы

(и всего надтележечного строения тепловоза) на тележки.

1. Рама опирается на каждую тележку одной опорой - цилиндрической пятой 1, входящей в подпятник 2 тележки (рис. 11.22, а). Пята с подпятником образуют шкворневое соединение, являющееся осью поворота тележки относительно рамы в горизонтальной плоскости. И вертикальная нагрузка, и горизонтальные силы передаются через этот узел, работающий поэтому в весьма напряженных условиях.

Для предотвращения недопустимых перекосов кузова и, следовательно, неравномерного распределения нагрузок в шкворневом узле в этой схеме на каждой тележке устанавливаются дополнительные боковые ограничители - скользуны 3, допускающие лишь незначительные отклонения кузова от вертикального положения (1 -1,5 мм - такова величина зазора в скользунах). Это меньше радиального зазора между шкворнем и подпятником.

Такая схема передачи нагрузок применялась в первых серийных послевоенных тепловозах (ТЭ1 и ТЭ2). В шкворневом соединении велики силы трения (по торцу и цилиндрической поверхности), препятствующие повороту. Поэтому эти поверхности сильно изнашиваются. С увеличением мощности тепловозов и их тяговых усилий нагрузки на шкворневой узел и его износ оказались чрезмерно большими. В последующих схемах принимались меры по его разгрузке от вертикальных сил,

2. Рама центрируется с тележкой при помощи шкворневого соединения, но опирается на нее не через шкворень, а через боковые опоры 4, расположенные симметрично относительно шкворня (рис. 11.22,6). Шкворневой узел, являющийся осью поворота тележки, в этом случае полностью разгружен от вертикальных нагрузок и передает только горизонтальные силы. Рабочей в нем является лишь цилиндрическая поверхность. Вертикальные нагрузки Рис. 11.21. Возможные относительные перемещения кузова и тележки полностью воспринимаются опорами, которые обычно выполняются роликовыми (с трением качения). Наличие четырех боковых опор на тележке существенно улучшает устойчивость кузова на тележке в продольной и поперечной вертикальных плоскостях.

По такой схеме выполнена экипажная часть основных серий грузовых тепловозов (ТЭЗ, 2ТЭ10Л). На маневровых тепловозах (ТЭМ1 и ТЭМ2) применена такая же схема, но боковые опоры выполнены по типу скользунов (с трением скольжения). На тепловозах 2ТЭ10В и 2ТЭ116 для улучшения динамических качеств допускается небольшое (±40 мм) поперечное смещение шкворня относительно тележки.

3. Вертикальная нагрузка от рамы тепловоза передается на каждую тележку через две-четыре боковые опоры при фактическом отсутствии шкворневого узла. Ввиду того что необходимый угол поворота рамы тележки относительно рамы тепловоза невелик (не более 5-7°), оказывается возможным обеспечить центрирование тележки при помощи так называемого фиктивного шкворня, роль которого выполняет система коротких горизонтальных поводков, передающая продольные горизонтальные силы (рис. 11.22, в). Шарниры поводков 5 соединены с рамой тележки, а 6-с рамой тепловоза.

Такая схема оказывается необходимой в особенности для трехосных тележек тепловоза с гидропередачей,

Схемы связей рамы тепловоза с тележками где необходимость механического привода средней оси затрудняет размещение шкворневого узла, как, например, на опытном тепловозе ТГ106.
Рис. 11.22. Схемы связей рамы тепловоза с тележками где необходимость механического привода средней оси затрудняет размещение шкворневого узла, как, например, на опытном тепловозе ТГ106.

4. Рама тепловоза опирается на раму тележки через несколько (четыре, как на тепловозе ТГ102, или шесть) боковых упругих опор при отсутствии шкворня. Возможность поворота тележки обеспечивается упругостью резинометаллических опорных элементов и небольшим (до 20 мм в одну сторону) поперечным смещением опорных коробок по бронзовым направляющим на раме тележки. Горизонтальные силы передаются также через опорные элементы, которые имеют вид конических втулок.

5. Рама тепловоза опирается на раму тележки через две главные вертикальные маятниковые опоры 8 - качающиеся стойки, расположенные на ее продольной оси (рис. 11.22, г). Каждая опора соединена с рамой кузова и рамой тележки через конические резинометалличес-кие втулки. Эти опоры передают и продольные горизонтальные силы, и половину вертикальной нагрузки.

Вертикальные нагрузки (вторая половина веса надтележечного строения) воспринимаются также четырьмя боковыми вертикальными стойками 7. Наличие боковых опор обеспечивает поперечную устойчивость кузова.

Такая схема передачи нагрузок применена на пассажирских тепловозах ТЭП60, а также на некоторых электровозах. Она характерна полным отсутствием трения скольжения в главных опорах. Возможность поворота тележек обеспечивается отклонением главных опор от вертикальной оси (рис. 11.22, д). Горизонтальные упругие тяги 9 способствуют передаче поперечных сил и возвращению тележки в исходное положение.

Маятниковое подвешивание увеличивает устойчивость надтележечного строения тепловоза за счет снижения высоты точки передачи веса на раму тележки, способствует уменьшению воздействия на путь и поэтому нашло распространение в различных вариантах в целом ряде конструкций современных локомотивов.

6. Рама тепловоза при наличии шкворня, являющегося осью поворота и передающего горизонтальные силы, своими кронштейнами 10 (рис. 11.22, е) подвешивается к раме каждой тележки на четырех боковых маятниковых подвесках 11. Такая схема применена на маневровых тепловозах ЧМЭЗ. Оси наклонных подвесок пересекаются на оси шкворня.

Осуществлены схемы с двумя боковыми маятниковыми подвесками при наличии центрального шкворня для передачи горизонтальных сил (тепловозы французских фирм). В некоторых конструкциях продольные горизонтальные силы передаются системой длинных наклонных тяг 12, соединяющих раму с тележкой так, что точка пересечения их осей находится на уровне ниже центров ведущих осей (рис. 11.22, ж). Такое соединение способствует лучшему использованию сцепного веса локомотива.

7. Если боковые упругие опоры выполнить в виде комплекта высоких пружин, закрепленных соответственно своими концами в рамах тепловоза и тележки, то при смещении тележки возвращающая сила будет возникать вследствие сопротивления пружин поперечному сдвигу. Такая схема в настоящее время получила распространение в тепловозостроении и применена на тепловозах ТЭП70. Горизонтальные силы в этом случае передаются низко опущенным шкворнем.

Типы тележек. Тележки тепловозов конструктивно различаются в зависимости от типа передачи, числа осей, способа передачи вращающего момента от двигателя на колесные пары. Кроме того, конструкция тележки и ее рамы зависит от способа передачи нагрузки от кузова. Тележки могут быть двух-, трех- и четырехосными.

Тележка состоит из рамы тележки с опорно-возвращающими устройствами, колесных пар с буксами, приводных устройств для передачи вращающего момента от двигателя, рессорного подвешивания. На тележке размещается также оборудование тормозной и песочной систем.

На современных серийных отечественных тепловозах применяются тележки трех основных типов: трехосная челюстная тележка тепловозов с электрической передачей и опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей (тепловозы ТЭЗ, ТЭ7, 2ТЭ10Л, М62, ТЭМ1, ТЭМ2 и др.); то же бесчелюстная (тепловозы 2ТЭ10В, ЗТЭ10М, 2ТЭ116); трехосная бесчелюстная тележка тепловозов с электрической передачей и опорно-рамным подвешиванием тяговых электродвигателей (тепловозы ТЭП70, 2ТЭ121 и ТЭП60).

Тележки с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей. Трехосная челюстная тележка такого типа (рис. 11.23) с небольшими конструктивными различиями применяется на многих грузовых и маневровых тепловозах с электрической передачей. Три колесные пары 10 своими буксами 6 и 11 установлены в челюсти рамы 1 тележки. Челюсти снизу стянуты струнками 9. Все колесные пары имеют поперечный разбег относительно рамы тележки.

Вертикальная нагрузка от рамы тепловоза передается на тележку через четыре опоры <?, размещенные по окружности диаметром 2730 мм вокруг шкворня. Шкворень рамы, входящий в гнездо подпятника шкворневой балки, передает только горизонтальные силы (тяговые, тормозные, инерционные).

Опоры 3, помимо передачи вертикальной нагрузки на тележку, используются для ограничения колебаний кузова и тележки в горизонтальной плоскости. Поэтому опора включает в себя и возвращающее устройство роликового типа.

Бесчелюстная тележка (рис. 11.24), помимо конструкции буксового узла, отличается односторонним раополо-

Трехосная челюстная тележка (тепловоза 2ТЭ10Л)
Рис. 11.23. Трехосная челюстная тележка (тепловоза 2ТЭ10Л): 1 - рама; 2-тормозной цилиндр; 3-опора; 4-балансир; 5-листовая рессора; 6-букса средней оси; 7-пружина; в-подвеска рессоры; 9-струнка; 10- колесная пара; 11-букса крайней оси (с упругим упором); 12-песочная труба; 13-тяговый злектродвигатель Рис. 11.24. Трехосная бесчелюстная тележка (тепловоза 2ТЭ10В):

1-рама; 2- кожух тягового редуктора; 3-тяговый электродвигатель; 4-песочная труба; 5-букса крайней оси; 6- гаситель колебаний; 7- опора; 8- колесная пара; 9- шкворневая балка; 10- пружина; 11-букса средней оси; 12-поводок буксы; 13-тормозной цилиндр; 14-кронштейн подвески тягового электродвигателя; 15- подпятник шкворня жением тяговых электродвигателей 3: все они размещены по одну сторону от своих колесных пар 8 («гуськом») - к центру секции. Такое расположение двигателей уменьшает разгрузку отдельных осей и улучшает использование сцепного веса тепловоза. Подпятник шкворня 15 имеет возможность поперечного смещения относительно шкворневой балки 9.

Буксы 5 и 11 связаны с рамой тележки поводками 12, которые передают горизонтальные силы. Вертикальная нагрузка передается на каждую буксу через два комплекта пружин 10.

Рамы тележек. Конструкция рамы тележки зависит от назначения тележки, числа осей, устройства опор кузова и способа передачи крутящего момента от тягового электродвигателя или редуктора гидравлической передачи. Основными элементами рамы являются ее боковые балки (боковины), с которыми соединяются буксы.

В зависимости от числа осей тележки и способа передачи на нее вертикальной нагрузки боковины рамы могут соединяться по-разному. На двухосных тележках боковины 1 соединяются тремя поперечными балками (рис. 11.25, а), средняя из которых (2) является более мощной. В случае центрального приложения вертикальной нагрузки через шкворень она называется шкворневой и передает все силы между тележкой и рамой тепловоза, причем основной нагрузкой на нее является изгибающий момент от вертикальных сил. Концевые балки 3 служат для обеспечения жесткости конструкции рамы и закрепления на ней других узлов тележки.

Схемы рам тележек
Рис. 11.25. Схемы рам тележек

На трехосной тележке с передачей сил через две центральные опоры (рис. 11.25, в), как на тепловозах ТЭ60 и ТЭП70, шкворевых балок две (4).

В случае если вертикальная нагрузка передается через боковые, опоры непосредственно на боковины, как на тепловозах ТЭЗ и 2ТЭ10Л (В), средние поперечные балки 4 (рис. 11.25,6) не воспринимают изгибающих моментов от вертикальных нагрузок и выполняются более легкими. Однако для размещения подпятника шкворня и передачи продольных сил здесь необходима продольная шкворневая балка 2, опирающаяся на балки 4.

С конструктивно-технологической точки зрения рамы тележек различаются по исполнению боковин. Они могут быть брусковыми, литыми или коробчатыми (сварными). Брусковые рамы с боковинами, вырезанными из толстого стального листа, применялись на тепловозах ТЭ2. Рамы с боковинами из стального литья, имеющие большой вес, применяются на некоторых электровозах (ВЛ8), а также на тепловозах США, где на железных дорогах допускаются значительно большие, чем у нас, нагрузки от осей на рельсы (до 300-350 кН).

Боковины рам тележек большинства отечественных тепловозов имеют коробчатое сечение, образованное сваркой из стальных листов или Рис. 11.26. Рама тележки тепловоза 2ТЭ10Л

штампованных профилей. В конструкции рамы такие боковины сочетаются с литыми элементами. Примером комбинированной рамы может служить рама трехосной тележки тепловозов ТЭЗ и 2ТЭ10Л (рис. 11.26). Рама состоит из двух боковин 8, двух междурамных поперечных балок 1, двух концевых балок 3 и продольной шкворневой балки 2. Боковины рамы и поперечные балки 1 выполнены из листовой стали и имеют коробчатое сечение. Соединения боковин и поперечных балок усилены накладкой верхнего листа 4 и в местах соединения балок развиты для возможности установки боковых опор. Посредине шкворневой балки расположено цилиндрическое гнездо (пята) 12 для шкворня рамы тепловоза. Шкворень на дно гнезда шкворневой балки не опирается и передает только горизонтальные (продольные и поперечные) усилия. В гнездо вставлена сменная цилиндрическая втулка, заменяемая при износе.

Вес верхнего строения тепловоза передается на тележку через четыре опоры, расположенные по окружности. Такая передача нагрузки освобождает шкворневую и поперечные балки рамы тележки от изгибающих усилий и обеспечивает устойчивое положение тележки под тепловозом. Опоры тележки являются одновременно и устройствами, возвращающими тележку в прямое положение при выходе тепловоза с криволинейных участков пути на прямой. К боковинам рамы приварены литые буксовые челюсти 6 с наличниками 7 из стали 60Г. К поперечным балкам 1 приварены и дополнительно прикреплены болтами кронштейны 9 и 11, один из которых (11) имеет опоры под тяговые электродвигатели с двух сторон, а другой (9) - с одной стороны. По бокам рама тележки имеет выступающие опоры 10 для пружин рессорного подвешивания.

Снизу буксовые челюсти стянуты подбуксовыми струнками 5. Струнка по концам имеет охватывающие выступы, которые пригнаны к челюсти по краске. Между стрункой и челюстью имеется зазор для натяга струнки. В зазор вставляют прокладку, которая зажимается между челюстью и стрункой болтами. Головки болтов приваривают к челюсти для предотвращения проворачивания болтов при завертывании гаек.

Опорно-возвращающее устройство. Устройство (рис. 11.27) служит для передачи вертикальной нагрузки на тележку, удержания тележки во время движения в положении, при котором ее продольная ось совпадает с продольной осью тепловоза, и для возвращения тележки в это положение при ее отклонении. Опорно-возвращающее устройство представляет собой стальную коробку 4, в которой помещены нижняя 6 и верхняя 2 опорные плиты и гнездо 1, на которое опирается сферическая (грибовидная) опора рамы тепловоза. Между верхней и нижней опорными плитами находятся два ролика 5, соединенных обоймами 7.

Внутренняя полость опорно-воз-вращающего устройства заполняется осевой смазкой. Для предохранения от пыли корпус сверху закрыт крышкой 3, а вся опора - брезентовым чехлом. Рабочие поверхности верхней 2 и нижней 6 опорных плит не горизонтальные, а наклонены в обе стороны от среднего положения ролика на небольшой угол (2°). При входе тепловоза в кривую опорные плиты смещаются относительно друг друга и ролики накатываются на наклонные поверхности плит, при этом возникает горизонтальная сила, которая стремится вернуть опоры в первоначальное положение. Момент, создаваемый этими силами всех опор, на плече, равном их расстоянию (радиусу) от центра поворота тележки, носит название возвращающего.

Кроме перекатывания роликов по наклонным плоскостям, при поворотах тележки имеет место еще скольжение гнезда 1 по опоре рамы тепловоза и поворот гнезда относительно этой опоры. Таким образом, отклонению тележки препятствует не только возвращающий момент, но и момент трения между поверхностями указанных деталей. Чтобы обеспечить возвращение тележки в первоначальное положение, возвращающий момент должен быть больше момента сил трения. Соотношение этих моментов зависит от угла у (см. рис. 11.22,6) смещения поперечной оси опоры относительно радиуса, соединяющего центр шкворня тележки с центром хвостовика опорно-возвращающего устройства. Угол установки опор у в тележках грузовых и маневровых тепловозов (2ТЭ10Л, ТЭЗ, ТЭМ2 и др.) принят равным 5°.

Недостатком рассмотренной конструкции является постоянство возвращающей силы (так как угол наклона опорных плит неизменен, то величина горизонтальной составляющей силы тяжести не зависит от угла поворота). Поэтому на бесчелюстных тележках тепловозов 2ТЭ10В и 2ТЭ116 рабочие поверхности опорных плит выполнены не наклонными, а цилиндрическими - по дуге большого радиуса. В результате угол наклона касательной становится переменным и возвращающая сила увеличивается с увеличением угла поворота. Для увеличения роли трения при относительном скольжении ролики опор этих тепловозов размещены не по радиусу, а параллельно оси тележки. Все это, вместе взятое (а также возможность поперечного смещения подпятника шкворня), обеспечило снижение динамических усилий при движении тепловоза в кривых.

⇐ | Буксы и подшипники | | Тепловозы: Основы теории и конструкция | | Рессорное подвешивание | ⇒