Тележки грузовых и пассажирских вагонов. Рессорное подвешивание. Гасители колебаний

Лекция 5 Тележки грузовых и пассажирских вагонов. Рессорное подвешивание. Гасители колебаний 1. Назначение и классификация тележек вагонов 2. Рессорное подвешивание 3. Гасители колебаний 4. Основные технико-экономические параметры тележек вагонов 5. Тележки грузовых вагонов 6. Тележки пассажирских вагонов 7. Основные неисправности тележек вагонов 1. Назначение и классификация тележек вагонов Тележки служат для направления движения вагона по рельсовому пути, распределения и передачи всех нагрузок от кузова на путь, а также восприятия тяговых и тормозных сил и обеспечения движения вагона с минимальным сопротивлением и необходимой плавностью хода. Нагрузка на рельсовую колею от кузова и рамы вагона через элементы тележки передаётся в следующей последовательности (рис. 5.1). Рис. 5.1. Передача нагрузок от кузова вагона на рельс Тележки вагонов классифицируются по следующим признакам: - назначению, - числу осей, - устройству рессорного подвешивания, - способу передачи нагрузки от кузова на ходовые части, - способу передачи нагрузки от надрессорной балки на раму тележки, - устройству буксовой связи и конструкции рамы. 1. По назначению тележки делятся на грузовые и пассажирские. 2. По числу осей тележки бывают двух-, трех-, четырехосные и многоосные. Наибольшее распространение получили двух- и четырехосные тележки для грузовых вагонов и двухосные - для пассажирских. 3. В зависимости от устройства рессорного подвешивания тележки изготавливаются с одно- и двухступенчатым подвешиванием. Тележки грузовых вагонов строятся с одноступенчатым подвешиванием (центральным или буксовым, рис. 5.2, а,б), а тележки пассажирских вагонов - с двухступенчатым (буксовым и центральным, рис. 5.2,в). Рис. 5.2. Схемы рессорного подвешивания 4. По способу передачи нагрузки от кузова тележки различаются (рис. 5.3): - с опиранием кузова на подпятник тележки (в грузовых вагонах), - с опиранием кузова на подпятник тележки и частично - на упругие скользуны (в опытных тележках грузовых вагонов), - с опиранием кузова непосредственно на скользуны тележек (в пассажирских вагонах локомотивной тяги и в опытных восьмиосных грузовых вагонах), - со схемой опирания кузова на упругие элементы тележки (в скоростных пассажирских вагонах локомотивной тяги и вагонах дизель-поездов). Рис. 5.3. Схемы опирания кузова на тележки: а - через подпятник; б - подпятник и упругие скользуны; в - скользуны; г - центральное рессорное подвешивание: 1 – пятник; 2 – подпятник; 3 – надрессорная балка; 4 - скользуны 5. По технологии изготовления: с литыми, штампованными или штампосварными боковыми рамами, надрессорными и соединительными балками или сварными рам. По конструкции рамы тележки различаются с одной жесткой штампосварной рамой или с двумя литыми боковыми рамами, нежестко связанными между собой. 6. По способу связи рамы с колесными парами тележки бывают: - с непосредственной связью, когда рама свободно опирается на буксы, которые применяются обычно в тележках грузовых вагонов, - с упругочелюстной балансирной связью, когда рама опирается на буксы через пружины и балансиры - в тележках вагонов электропоездов, - с шпинтонно-пружинной бесчелюстной связью, когда рама опирается через пружины на кронштейны корпуса буксы, - в тележках пассажирских вагонов; - с поводково-бесчелюстной связью, когда рама опирается на кронштейны корпуса буксы через пружины и дополнительно связана с ней продольными поводками (рис. 5.4). Рис. 5.4. Способы связи рамы с колесными парами: а – непосредственная; б – упругочелюстная балансирная; в – бесчелюстная; г – поводково-бесчелюстная; д – рычажно-бесчелюстная В тележках вагонов дизель-поездов применяется схема с рычажно-бесчелюстной связью, когда рама опирается на одни из кронштейнов корпуса буксы через пружину, а с другой стороны она связана с рычагом корпуса буксы. Конструкция связи колесной пары с рамой тележки оказывает существенное влияние на величину горизонтальных поперечных сил и виляние колесных пар. 2. Рессорное подвешивание 2.1. Назначение и состав рессорного подвешивания вагонов. Рессора (фр. ressort пружина) – упругий элемент подвески транспортного средства. Рессорным подвешиванием (комплектом) вагона называется устройство, состоящее из упругих элементов, гасителей колебаний (демпферов) и ограничителей перемещений, обеспечивающих необходимую плавность хода при движении вагона, в особенности при прохождении стыковых соединений и продольных неровностей рельсов, крестовин и при воздействии других динамических сил на элементы конструкции вагона, пассажиров и перевозимый груз. Упругие элементы (рис. 5.5) 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. Рис. 5.5. Рессорное подвешивание 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 (рис. 5.6). Рис. 5.6. Витые пружины рессорного подвешивания Применяются также резинометаллические элементы, пневматические, торсионные, кольцевые и другие типы упругих элементов. В старотипных тележках встречаются листовые рессоры (рис. 5.7). Рис. 5.7. Листовая замкнутая рессора 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. Поэтому 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 постоянной 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. 2.2. Схема работы рессорного подвешивания. Смягчающее действие рессорного подвешивания при передаче кузову толчков рассмотрим на примере движения вагона по рельсовому пути. При качении колеса вагона по рельсовому пути из-за неровности рельса и дефектов поверхности катания колеса кузов вагона, при безрессорном соединении его с колёсными парами будет копировать траекторию движения колеса (рис. 5.8, а). Траектория движения кузова вагона (линия а1-в1-с1) совпадает с неровностью пути (линия а-в-с). При наличии рессорного подвешивания вертикальные толчки (рис. 5.8, б) передаются кузову через упругие элементы, которые, смягчая и частично поглощая толчки, обеспечивают более спокойный и плавный ход вагона, предохраняют подвижной состав и путь от преждевременного износа и повреждений. Траекторию движения кузова при этом можно изобразить линией а1-в2-с2, которая имеет более пологий вид по сравнению с линией а – в – с. Как видно из рис. б, период колебаний кузова на рессорах во много раз больше, чем период изменения возмущающей силы. Вследствие этого уменьшаются ускорения и силы, воспринимаемые кузовом. Рис. 5.8. Схема работы рессорного подвешивания 2.3. Рессорные комплекты. Характеристики рессорного подвешивания. Рессорное подвешивание вагона состоит из пружинных комплектов и фрикционных клиньев. Пружинные комплекты в зависимости от грузоподъёмности вагона могут состоять из 5,6,7 двухрядных пружин. Внутренние и наружные пружины имеют витки в разные стороны (для исключения их скручивания). Примеры композиции рессорных комплектов приведены на рис. 5.9. Рис. 5.9 Композиция пружин в рессорном комплекте грузовых тележек Упругие свойства рессорного подвешивания оценивают силовыми характеристиками (рис. 5.10, 5.11) и коэффициентом жёсткости (жёсткостью) или коэффициентом гибкости (гибкостью). Жёсткость С упругого элемента числено равна силе, вызывающей прогиб этого элемента, равный единице длины. С = P/f Гибкость упругого элемента – величина, обратная жёсткости, численно равна прогибу под действием силы, равной единице. P f Рис. 5.10. Силовая характеристика пружины (линейная) Линейная зависимость показывает, пропорционально деформации пружины. что сопротивление сжатию растёт P f Рис. 5.11. Силовая характеристика двухрядных пружин (билинейная) Скос надрессорной балки сделан для того чтобы обеспечить работу фрикционных клиньев, т.е. фрикционные клинья своей опорной поверхностью взаимодействуют с наклонной поверхностью балки, тем самым происходит гашения колебаний за счёт трения между клином и балкой (рис. 5.12). Рис. 5.12. Схема к истолкованию работы фрикционных клиньев В пассажирских тележках также есть фрикционные клинья, которые являются элементами фрикционного гасителя колебаний. Фрикционный гаситель колебаний установлен в буксовом проёме пассажирской тележки. Пружины устанавливаются в проём боковой рамы, под надрессорную балку. Удерживаются пружины в рессорном проёме за счёт технологических выступов на надрессорной балке и технологических выступов, расположенных на опорной поверхности боковой рамы (рис. 5.13). Надрессорная балка Технологические выступы Нижний пояс боковой рамы Рис. 5.13 Фиксация пружин в центральном проёме боковой рамы за счёт технологических выступов 2.4. Изготовление пружин. Материал для пружин и рессор. Способы упрочнения поверхности. Пружины изготавливают в соответствии с ГОСТ 14959 - 79. Опорные поверхности пружин делают плоскими и перпендикулярными к оси. Для этого концы заготовки пружины оттягиваются на 1/3 длины окружности витка. 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 0,7d. Характеристиками цилиндрической пружины являются: диаметр прутка d, средний диаметр пружины D высота пружины в свободном НСВ и сжатом НСЖ состояниях, число рабочих витков nР и индекс t. Индексом пружины называется отношение среднего диаметра пружины к диаметру прутка, т.е. t = D/d. Материал для рессор и пружин должен обладать высокой статической, динамической, ударной прочностью, достаточной пластичностью и сохранять свою упругость в течение всего срока службы рессоры или пружины. Все эти свойства материала зависят от его химического состава, структуры, термической обработки и состояния поверхности упругого элемента. Рессоры и пружины для вагонов изготовляются из стали 55С2, 55С2А, 60С2, 60С2А (ГОСТ 14959-79). Химический состав сталей в процентах: С = 0,52 - 0,65; Mn = 0,6 - 0,9; Si = 1,5 - 2,0; S, P, Ni не более 0,04 каждого; Cr не более 0,03. Механические свойства термически обработанных сталей 55С2 и 60С2: предел прочности 1300 МПа при относительном удлинении 6 и 5 % и сужение площади сечения 30 и 25 %, соответственно. При изготовлении пружины и рессоры подвергаются термической обработке – закалке и отпуску. Прочность и износоустойчивость рессор и пружин в большей степени зависит от состояния поверхности металла. Всякие повреждения поверхности (мелкие трещины, плены, закаты, вмятины, риски и тому подобные дефекты) способствуют концентрации напряжений при нагрузках и резко понижают предел выносливости материала. Для поверхностного упрочнения на заводах применяют дробеструйную обработку рессорных листов и пружин. Сущность этого способа заключается в том, что упругие элементы подвергают действию потока металлической дроби диаметром 0,6 – 1 мм, выбрасываемой с большой скоростью 60–80 м/с на поверхность листа рессоры или пружину. Скорость полёта дроби подбирается такой, чтобы в месте удара создавалось напряжение выше предела упругости, а это вызывает в поверхностном слое металла пластическую деформацию (наклёп), что в конечном итоге упрочняет поверхностный слой упругого элемента. Кроме дробеструйной обработки, для упрочнения пружин могут применять заневоливание, заключающееся в выдерживании пружин в деформированном состоянии определённое время. Пружина завивается таким образом, что расстояния между витками в свободном состоянии делаются на некоторую величину больше, чем по чертежу. После термической обработки пружину снимают до соприкосновения витков и выдерживают в таком состоянии от 20 до 48 часов, затем её разогревают. При сжатии в наружной зоне поперечного сечения прутка создаются остаточные напряжения обратного знака, вследствие чего при её работе истинные напряжения оказываются меньше, чем они были бы без заневоливания. 2.5. Двухрядные пружины. Цилиндрические пружины в зависимости от нагрузки, воспринимаемой ими, делают однорядными или многорядными. Многорядные пружины состоят из двух, трёх и более пружин, вложенных одна в другую. В двухрядных наружная пружина изготовляется из прутка большего диаметра, но с малым числом витков, внутренняя – из прутка меньшего диаметра и с большим числом витков. Для того чтобы при сжатии витки внутренней пружины не зажимались между витками наружной, обе пружины завивают в разные стороны. В многорядных пружинах размеры прутков также уменьшаются от наружной пружины к внутренней, а число витков соответственно увеличивается 2.6. Типы рессорного подвешивания. Рессорное подвешивание различается:  числом ступеней - одинарное и двойное;  местом размещения в тележке - буксовое и центральное;  типом возвращающих устройств (горизонтальным подрессорванием) люлечной, безлюлечной и поводковой конструкции,  конструкцией упругих элементов с металлическими, резинометаллическими и пневматическими упругими элементами;  типом и конструкцией демпфирующих устройств - с гасителями колебаний сухого и вязкого трения, т.е. с фрикционными и гидравлическими гасителями. Число ступеней рессорного подвешивания В зависимости от количества последовательно соединенных систем упругих элементов подвешивание может быть одинарным и двойным. Последовательное соединение систем упругих элементов позволяет увеличить общий прогиб и общую гибкость рессорного подвешивания тележки, а, следовательно, улучшить ходовые качества вагона. Наибольшее распространение в мировой практике вагоностроения получили одинарное (одноступенчатое) и двойное (двухступенчатое) рессорные подвешивания вагонов (рис. 5.14). Одинарное подвешивание может быть буксовым или центральным. Рис. 5.14. Схемы рессорного подвешивания: а – одинарное буксовое; б – одинарное центральное; в – двойное: буксовое и центральное люлечное; г – двойное: буксовое и центральное безлюлечное В буксовом подвешивании (рис. 5.14, а) упругие элементы размещены между буксой 1 и рамой 2 тележки, в центральном (рис. 5.14, б) - между рамой 2 и надрессорной балкой 3. Вертикальное и горизонтальное подрессоривание кузова обеспечивается при этом упругими элементами, а демпфирование колебаний - фрикционными гасителями. Одинарное подвешивание применяется, как правило, в тележках грузовых вагонов, за исключением изотермических. Каждый вариант размещения упругих элементов имеет свои достоинства и недостатки. Система с буксовым подвешиванием позволяет уменьшить массу необрессоренных частей тележки. Однако при этом усложняется конструкция тележки. Система с центральным подвешиванием наиболее проста и поэтому нашла наибольшее распространение Двойное подвешивание (рис. 5.14 в, г) широко распространено в тележках пассажирских и изотермических вагонов. Оно состоит из буксового (первичного) подвешивания, размещенного между буксой 1 и рамой 2, и центрального (вторичного) - между рамой 2 и надрессорной балкой 3. Центральное подвешивание при этом может быть люлечным или безлюлечным, буксовое - бесчелюстным или челюстным. В люлечном центральном подвешивании (рис. 5.14, в) кузов опирается на надрессорную балку 3, а балка через комплекты упругих элементов - на люльку 4, шарнирно связанную с рамой 2 тележки при помощи подвесок. В безлюлечном подвешивании кузов опирается на комплекты упругих элементов 6, которые установлены на шкворневые балки 5, а балки – на продольные части рамы 2. Рама связана с корпусами букс 1 с помощью пружин 7 и резиновых пакетов. В центральном подвешивании вертикальное подрессоривание кузова обеспечивается упругими элементами, а горизонтальное - люлечными устройствами (люлечное подвешивание) или упругими элементами (безлюлечное подвешивание). Демпфирование колебаний осуществляется исключительно гидравлическими гасителями колебаний. В тележках с лучшими ходовыми качествами используются гидравлические демпферы, обеспечивающие раздельное гашение вертикальных и горизонтальных колебаний. Люлечное центральное подвешивание (рис. 5.15) имеют тележки пассажирских и изотермических вагонов, безлюлечное - тележки скоростных пассажирских вагонов и вагонов дизель-поездов, а также тележки нового поколения для скоростей движения до 160 км/ч. Рис. 5.15. Люлечное подвешивание: 1 - пятник; 2 - подпятник; 3 - скользуны; 4 - кузов; 5 - подвеска; 6 – надрессорная балка; 7 - пружины; 8 - поддон В бесчелюстном буксовом подвешивании вертикальное и горизонтальное подрессоривание обеспечиваются упругими элементами, а демпфирование колебаний — фрикционными или гидравлическими гасителями. Для тележек с лучшими ходовыми качествами используют гидравлические гасители. В буксовой ступени подвешивания ограничение перемещений колесной пары относительно рамы тележки осуществляется при помощи шпинтонов, а иногда - упругих поводков. В этих конструкциях отсутствует трение между рамой тележки и буксами, поэтому они не изнашиваются и менее трудоемки в ремонте. Бесчелюстное подвешивание имеют тележки пассажирских и изотермических вагонов локомотивной тяги. В челюстном буксовом подвешивании рама тележки своими челюстями охватывает сверху корпус буксы, опираясь на их кронштейны через упругие элементы. При такой конструкции горизонтальные, продольные и поперечные перемещения корпуса буксы ограничены челюстями рамы тележки. Челюстное подвешивание применяется только в тележках моторных вагонов электропоездов. Существующие схемы рессорного подвешивания в грузовом и пассажирском вагоностроении прошли проверку многолетней практикой и показали свою высокую работоспособность. Ходовые качества вагона зависят от параметров рессорного подвешивания. В свою очередь они определяются типом вагона, его назначением и техническими характеристиками. Схема опирания надрессорной балки на раму тележки выбирается в зависимости от назначения тележки, ее конструкции и устройства рессорного подвешивания. 3. Гасители колебаний 3.1. Назначение и типы гасителей колебаний. Для гашения колебаний в рессорном подвешивании тележек грузовых и пассажирских вагонов наряду с пружинами применяют устройства, называемые гасителями колебаний. Работая одновременно с пружинами, гасители колебаний создают дополнительное сопротивление колебаниям обрессоренных частей вагона и обеспечивают необходимую плавность его хода. Применяемые в вагоностроении гасители колебаний по характеру и изменению сил сопротивления делят на две основные группы: - фрикционные; - гидравлические (вязкого сопротивления). Во фрикционных гасителях колебаний сопротивление создается силами трения, возникающими при скольжении трущихся частей. Эти гасители имеют постоянные или переменные по величине силы трения, зависящие от величины относительных перемещений отдельных деталей и узлов подвешивания загона. В гидравлических гасителях колебаний вязкая жидкость, находящаяся в корпусе гасителя, под действием поршня перетекает из одной полости в другую через узкие (дроссельные) каналы. При прохождении жидкости через каналы возникает вязкое трение, в результате энергия колебательного движения кузова превращается в тепловую, которая затем рассеивается. Гидравлические гасители колебаний применяются в пассажирских вагонах, а фрикционные – в грузовых. 3.2. Фрикционный клиновый гаситель колебаний. Наибольшее распространение в тележках грузовых вагонов получил клиновый фрикционный гаситель колебаний. Принцип его действия показан на рис. 5.16. Он состоит из двух клиньев 2, на которые сверху опирается надрессорная балка тележки 1; в этом месте надрессорная балка имеет наклонные поверхности (показана зеленой трапецией). Благодаря наклонной поверхности вертикальная сила раскладывается на две составляющие. Горизонтальная составляющая порождает силу трения между клином и специальной фрикционной планкой 3. Вследствие трения и гасятся колебания. Рис. 5.16. Фрикционный клиновый гаситель колебаний Клиновой гаситель колебаний, имеющий силы трения, пропорциональные перемещениям, но различной величины для нисходящего и восходящего движений, применён практически во всех тележках грузовых вагонов. Силы трения в этих гасителях возникают при относительном вертикальном и горизонтальном перемещениях трущихся поверхностей клиньев 1 по фрикционным планкам 2, укреплённым на колонках боковых рам тележки. Следовательно, клиновые гасители могут гасить вертикальные и горизонтальные колебания. Они отличаются простотой конструкции, надёжностью в эксплуатации и широко применяются в тележках грузовых вагонов. Расположение фрикционных клиньев на рессорных пружинах показано на рис. 5.17. Рис. 5.17. Расположение фрикционных клиньев на рессорном комплекте Рис. 5.18. Фрикционная планка на боковой раме тележки 3.3. Фрикционные гасители колебаний в трехосных тележках и в буксовом подвешивании. На рис. 5.19 показан фрикционный гаситель колебаний, применяемый в трехосных тележках типа УВЗ-9М. Рис. 5.19. Фрикционный гаситель колебаний с силой, зависящей от перемещения: 1 – два раздвижных клина; 2 – опорное кольцо; 3 – пружина; 4 – стакан; 5 – нажимной конус Данный гаситель колебаний создает силы трения, пропорциональные коэффициенту трения φ, жесткости пружины С и перемещению Z: F ~ φ∙C∙Z∙. Диаграмма работы фрикционного гасителя с пружиной (рис. 5.20) показывает, что в начале сжатия повышение нагрузки Р до точки а не вызывает соответствующего прогиба. При разгрузке рессорного комплекта с фрикционным гасителем вначале не наблюдается заметной деформации рессорного подвешивания (отрезок линии бв). Это указывает на то, что начало сжатия и разгрузки комплекта пружин с фрикционным гасителем сопровождаются толчками. Площадь, ограниченная линиями абв0, равна количеству погашенной гасителем энергии. Рис. 5.20. Диаграмма работы фрикционного гасителя колебаний с пружиной В пассажирских тележках КВЗ-ЦНИИ, фрикционный гаситель колебаний (рис. 5.21). а) ТВЗ-ЦНИИ-М также применяют б) Рис. 5.20. Фрикционный гаситель колебаний в буксовом узле тележки: а – КВЗ-ЦНИИ; б – ТВЗ-ЦНИИ-М; 1 – шпинтон; 2, 3 – пружины; 4 – фрикционная втулка; 5 – опорное кольцо; 6 – сухари (фрикционные сектора); 7 – опорное кольцо с кожухом; 8 – резиновый амортизатор; 9 – тарельчатая пружина; 10 – гайка; 11 – зажимной конус Данный гаситель создает силы трения, зависящие от перемещения. Так как пружина 3 установлена с предварительным поджатием, силы трения возникают как при движении рамы вверх, так и при движении вниз за счет прижатия конусными кольцами 5 фрикционных секторов 6 к фрикционной втулке 4. К недостаткам гасителя можно отнести то, что при расположении его частей внутри буксовых рессор затрудняется его осмотр и замена в процессе эксплуатации. 3.4. Гидравлический гаситель колебаний. На рис. 5.21 показан гидравлический гаситель колебаний, применяемый на тележках КВЗ-ЦНИИ и ТВЗ-ЦНИИ-М. Силы трения в нем пропорциональны скорости перемещения. Ход поршня составляет 190 мм. Гаситель заполнен маслом марки ВМГЗ или АМГ- 10 в объеме (0,91) л. Перед заливкой его фильтруют через металлическую сетку. Предохранительный шариковый клапан отрегулирован на срабатывание при давлении 45 ± 0,5 кг/см2. Рис. 5.21. Гидравлический гаситель колебаний: 1 – кольцо поршневое; 2 – цилиндр; 3 – направляющая втулка; 4 – кольцо резиновое; 5 – кольцо; 6 – натяжное кольцо; 7 – стопорный винт головки; 8 – головка верхняя; 9 – стопорный винт кожуха; 10 – планка стопорная; 11 – сальник; 12 – корпус сальника; 13 – кожух верхний; 14 – шток; 15 – корпус гасителя; 16 – корпус нижнего клапана; 17 – головка нижняя; 18 – клапан нижний;19 – втулка металлическая; 20 – втулка резиновая;21 – шариковый клапан; 22 – клапан верхний; 23 – поршень Принцип работы гасителя колебаний состоит в следующем. При сжатии гасителя поршень со штоком движется вниз, масло под поршнем сжимается и под давлением дросселируется через нижний клапан, перетекает в полость между цилиндром и корпусом. При этом давление масла под поршнем возрастает, и, как только сравняется с силой нажатия пружины на шайбу верхнего клапана, этот клапан открывается и масло попадает через открытое отверстие в надпоршневую полость. Таким образом, величина сопротивления гасителя колебаний зависит в основном от скорости перетекания (дросселирования) масла через нижний клапан, от скорости движения поршня и силы нажатия пружины на шайбу. При растяжении гасителя колебаний – обратный ход или отдача – поршень со штоком движется вверх, масло в надпоршневой полости сжимается, под давлением дросселируется через отверстия верхнего клапана и перетекает в подпоршневую полость. По мере поднятия поршня под ним создается разряжение, под действием разности давлений нижний клапан открывается и масло из между цилиндровой полости устремляется под поршень. Масло, находящееся под поршнем, через отверстие в седле нижнего клапана перетекает в пространство между цилиндром и корпусом. Таким образом, усилие при растяжении зависит от величины давления масла в надпоршневой полости и степени разряжения в подпоршневой полости гасителя. Верхний и нижний клапаны имеют предохранительные шариковые устройства, предназначенные для ограничения сопротивления гасителя колебаний при перемещении поршня со слишком большой скоростью или повышении вязкости жидкости вследствие низкой температуры наружного воздуха. При повышении давления масла в цилиндре сверх допустимого разгрузочный клапан открывается и, наряду с дросселированием, перепускает часть жидкости в междуцилиндровую полость. Работа гидравлического гасителя показана на диаграмме (рис. 5.22), в которой отражается зависимость силы сопротивления (усилия) гасителя Р от хода Н его поршня. Слева от вертикальной оси диаграмма характеризует работу гасителя при ходе поршня на сжатие, а справа – на отдачу, причем ход поршня представлен отрезком вертикальной оси, ограниченным пересечением кривых диаграммы с нулевым положением (начало координат) посередине хода. Нарастание сил трения в гидравлических гасителях колебаний происходит плавно, и рессорное подвешивание с такими гасителями болееэластично смягчает толчки, передаваемые кузову вагона. Рис. 5.22. Диаграмма работы гидравлического гасителя колебаний при различных частотах На гаситель колебаний завод-изготовитель составляет паспорт с записью характеристики, состава рабочей жидкости и рабочей диаграммы прибора. После ремонта гаситель колебаний испытывается с целью проверки его работоспособности, при этом записывается рабочая диаграмма. 4. Основные технико-экономические параметры тележек вагонов. Основными технико-экономическими параметрами тележек вагонов являются: собственная масса (тара); база - расстояние между центрами осей крайних колес (у двух- и трехосных тележек) и между серединами рессорных комплектов сочлененных тележек (у четырехосной конструкции); тип и параметры рессорного подвешивания; высота от уровня головок рельсов до плоскости опорного узла тележки; рессорная база расстояние между серединами упругих элементов, расположенных в продольном направлении; тип и конструкция тормоза; конструкционная скорость. В соответствии с техническими требованиями и назначением тележек они должны иметь необходимые ходовые качества для обеспечения безопасности движения: устойчивость против схода с рельсов, плавность при вписывании в кривые участки пути, минимальную величину вертикальных и горизонтальных динамических сил и ускорений при конструкционной скорости движения, требуемые показатели плавности хода вагона, гарантированную прочность и надежность в эксплуатации. 5. Тележки грузовых вагонов Тележка грузового вагона обеспечивает его движение, служит для опоры кузова на рельсы, передачи, восприятия и амортизации динамических нагрузок между кузовом вагона и рельсами, создания тормозной силы. В настоящее время на сети отечественных железных дорог эксплуатируется большой парк тележек грузовых вагонов (рис. 5.23). Риc. 5.23. Модели тележек грузовых вагонов Тележки моделей 18-1750, 18-2128, 18-9770, 18-9801, 18-7055 – конструктивные аналоги тележки модели 18-100. Тележки моделей 18-9771, 18-7020 – конструктивные аналоги тележки модели 18-578. Тележка модели 18-101 формируется из двух тележек модели 18-100. Тележки вагонов разных моделей, имеют свои конструктивные особенности. Вместе с тем, несмотря на многообразие конструкций тележек, каждая из них имеет: колёсные пары с буксовыми узлами; раму боковую; балку надрессорную; рессорное подвешивание; тормозную рычажную передачу; шкворень. Тележка модели 18-100 (до 1972 г. имела название ЦНИИ-Х3) является самым распространенным типом тележек грузовых вагонов (рис. 5.24). Она состоит из двух колёсных пар с буксовыми узлами – 1; двух боковых рам – 2; надрессорной балки – 3 с скользунами – 5 и подпятником – 8; шкворня – 4; двух комплектов центрального рессорного подвешивания с гасителем колебаний – 6 и фрикционной планкой – 7; тормозной рычажной передачи – 9. Технические характеристики тележки приведены в табл. 5.1. Колесная пара предназначена для направления движения тележки и кузова вагона по рельсовому пути и восприятия всех нагрузок, передающихся от вагона на рельсы и обратно. Колесная пара состоит из оси и двух колес с прессовой посадкой. В тележке модели 18-100 применяются два типа осей: РУ-1 и РУ-1Ш. Номинальный диаметр колёс по кругу катания 950 мм. Согласно ГОСТ 4835-2013 колёсная пара как сборочный узел рассматривается вместе с буксовыми узлами. 1 2 3 6 4 5 7 8 9 5 Риc. 5.24. Тележка модели 18-100 Таблица 5.1 Технические характеристики тележки модели 18-100 Параметр Масса, кг База, мм Скорость конструкционная, км/ч Максимальная осевая нагрузка, тс Тип оси колёсной пары Колеса цельнокатаные диаметром, мм Статический прогиб рессорного комплекта, мм Тип скользуна Наличие износостойких элементов в подпятнике Рама тележки Значение/данные 4800 1850 120 23,5 РУ1, РУ1Ш 957 46-50 зазорный бесконтактный нет нежёсткого типа Буксовый узел – элемент колёсной пары, предназначенный для передачи нагрузки от тележки и состоящий из корпуса буксы, подшипников, элементов торцевого крепления, уплотнений и смазки. Тип подшипников буксового узла тележки модели 18100 – роликовые с прессовой посадкой на шейку оси колёсной пары. Боковая рама предназначена для восприятия нагрузок передаваемых от кузова вагона, передачи их на колёсные пары. Боковая рама имеет объединенные пояса и колонны, образующиеся в средней части проема для размещения комплекта рессорного подвешивания, а по концам – буксовые проемы (рис. 5.25). Боковые рамы отливаются из стали по ОСТ 31.183-2001. На опорные проемы поверхности буксовых проемов устанавливаются износостойкие прокладки, состоящие из корпуса и приваренной к нему износостойкой пластины. Средний проем по бокам в верхней части с каждой стороны имеет направляющие, к которым прилеплены фрикционные планки толщиной 16 мм. Для установок подвесок триангеля на внутренней поверхности боковой рамы размещены кронштейны. Риc. 5.25. Боковая рама тележки Надрессорная балка – элемент тележки, выполненный в виде пустотелой балки, опирающийся на рессорные комплекты и снабженная подпятником и скользунами, что обеспечивает перераспределение нагрузок на рессорные комплекты. Она служит соединительным звеном между двумя боковыми рамами, поэтому двухосную тележку часто называют трехэлементной. Надрессорная балка (рис. 5.26) имеет подпятник 3, полку 4 для крепления кронштейна рычажной передачи тормоза, опоры 1 для скользунов 2, выемки 6 для размещения фрикционных клиньев, бурты 7, ограничивающие смещение внутренних пружин рессорного комплекта, и выступы 5, удерживающие наружные пружины от смещения. 1 3 2 4 7 5 6 Риc. 5.26. Надрессорная балка На подпятник 3 опирается пятник, прикрепленный к раме вагона, через центры, которых проходит шкворень. Шкворень служит осью вращения тележки относительно кузова, а также передает тяговые и тормозные силы от тележки раме вагона и обратно. Боковые перемещения надрессорной балки амортизируются поперечной упругостью пружин, на которые она опирается. Надрессорная балка отливается из стали по ОСТ 32.183-2001 Рессорное подвешивание – устройство, состоящее из двух комплектов пружин, размещенных в рессорных проемах левой и правой боковых рам. Элементы рессорного комплекта приведены на рис. 5.27. Рис. 5.27. Составные детали рессорного комплекта тележки 18-100 В каждый комплект входит семь двухрядных цилиндрических пружин и два клиновых фрикционных гасителя колебаний. Каждая двухрядная пружина состоит из наружной и внутренней пружин, имеющих разную навивку – правую и левую соответственно, чтобы пружины не сцеплялись между собой. Всего 14 пружин с одной стороны тележки. Количество двухрядных пружин в комплекте зависит от грузоподъемности вагона. Пять пружин ставят в тележки, подкатываемые под вагон грузоподъемностью до 50 т., шесть – до 60 т. и семь – более 60 т. Крайние боковые пружины комплекта поддерживают клинья гасителей колебаний. Фрикционный клиновый гаситель колебаний тележки имеет два фрикционных клина, размещенных между наклонными поверхностями надрессорной балки и фрикционными планками, укрепленными на колонках боковой рамы тележки. Клинья опираются на двухрядные цилиндрические пружины. В тележке фрикционные клинья при взаимодействии с фрикционными планками, надрессорной балкой и пружинами за счет работы сил трения осуществляют гашение колебаний обрессоренных масс вагона. Тормозная рычажная передача – представляет собой систему тяг и рычагов и служит для передачи усилия от тормозных цилиндров к тормозным колодкам (рис. 5.28). Рис. 5.28. Тормозная рычажная передача: 1 – тормозной башмак; 2 – подвеска; 3 – триангель; 4 – чеки; 5 – серьга; 6,9 – вертикальные рычаги; 7 – распорка; 8 – кронштейн Характерной особенностью конструкции тормозной рычажной передачи является одностороннее нажатие тормозных колодок на колеса и возможность применения чугунных и композиционных колодок. 6. Тележки пассажирских вагонов 6.1. Конструкция тележек пассажирских вагонов. Тележки пассажирских вагонов по конструкции разнообразны, но все они имеют раму, колесные пары с буксами, рессорное подвешивание, надрессорные и подрессорные балки и тормозное оборудование. Тележки в основном двухосные с двойным рессорным подвешиванием (надбуксовое и центральное). Так как центральное подвешивание, размещенное в люлечном устройстве, работает последовательно с надбуксовым, то обеспечивается общая гибкость рессорного подвешивания. Постоянное совершенствование конструкций тележек, вызванное повышением скорости движения, позволило значительно улучшить их ходовые качества. Вместо эллиптических рессор в центральном подвешивании применяются цилиндрические пружины, а для гашения колебаний в центральном подвешивании устанавливаются гидравлические гасители колебаний. В надбуксовом подвешивании применяются фрикционные гасители колебаний. Отличительной особенностью современных пассажирских тележек является то, что рама опирается на бесчелюстные буксы через упругие элементы, а буксовые направляющие отсутствуют. Функции направляющих выполняют сами упругие элементы, обладающие достаточной жесткостью в горизонтальной плоскости. Конструкции рам тележек пассажирских вагонов изменялись в целях повышения прочности и долговечности, а также упрощения их обслуживания и ремонта. 6.2. Особенности конструкций тележек различных моделей. ЦМВ (люлечная) – тележка пассажирских вагонов, рассчитанных на скорость до 120 км/ч. Эта тележка не имеет гасителей колебаний; в центральном рессорном подвешивании применены элиптические листовые рессоры Галахова; нагрузка от кузова передается через пятник вагона на подпятник надрессорной балки. База тележки (расстояние между осями колесных пар) – 2700 мм. Диаметр колесных пар 1050мм.Статический прогиб 120 мм. КВЗ-5 (люлечная) – тележка пассажирских вагонов, рассчитанных на скорость до 140 км/ч. Отличается от тележки КВЗ-ЦНИИ отсутствием поводков, в центральном рессорном подвешивании применены цилиндрические пружины; кузов опирается через пятник вагона на подпятник надрессорнойбалки. База тележки – 2400 мм. Статический прогиб 150 мм. КВЗ-ЦНИИ-I и II типов - (люлечная), конструкционная скорость – 160км/час, статический прогиб – 190 (154) мм, опора кузова на боковые скользуны тележки, изготовленные из чугуна или полимерного материала ДСПГ с высоким коэффициентом трения по стали, впервые применены поводки-предназначенные для удержания надрессорной балки в исходном положении при прохождении кривых участков пути и регулировки положения надрессорной балки. База тележки - 2400 мм. ТВЗ-ЦНИИ-М (люлечная) – модернизированная тележка КВЗ-ЦНИИ, рассчитанная на скорость до 160 км/ч. Отличается от тележки КВЗ-ЦНИИ устройством центрального рессорного подвешивания (увеличен общий статический прогиб до 220мм, увеличена длина серег, подвески ЦРП внутри продольной балки, изменена конструкция предохранительных скоб ЦРП), кузов опирается на боковые скользуны. База тележки – 2400 мм. 68-4071(68-4072) безлюлечная. База тележки-2500мм, опора кузова на боковые скользуны, конструкционная скорость – 160 км/час, буксовое подвешивание аналогичное КВЗ-ЦНИИ (но применены кассетные буксы), установлены дисковые тормоза и противоюзные датчики. Увеличен статический прогиб – 270(288) мм. Раздельное гашение вертикальных и горизонтальных колебаний с помощью гидравлических гасителей колебаний. Впервые применено безлюлечные подвешивание. 68-4075(68-4076) безлюлечная. База тележки – 2500 мм, опора кузова на боковые скользуны, конструкционная скорость – 200 км/час, изменено буксовое подвешивание, в нем применяются гидравлические гасители колебаний, связь буксы с рамой с помощью двух поводков, установлены дисковые и магнито-рельсовые тормоза, противоюзные датчики. Увеличен статический прогиб – 260 (280) мм. Раздельное гашение вертикальных и горизонтальных колебаний с помощью гидравлических гасителей колебаний. Всего на тележке 8 гидравлических гасителей колебаний. 68-4095(68-4096) бзлюлечная. База тележки – 2500 мм, опора кузова на боковые скользуны, конструкционная скорость – 160 км/час, в отличие от предыдущей в буксовом подвешивание нет гидравлических гасителей колебаний, нет магниторельсового тормоза. Всего на тележке 4 гидравлических гасителя колебаний. В остальном конструкция тележки аналогична 68-4075(68-4076) Тележки модели 68-4075 (68-4076) предназначены для движения со скоростью до 200 км/ч (рис. 5.29). В отличие от модели 68-4071 в буксовом подвешивании установлены вертикальные гидравлические гасители колебаний, двухрядные пружины и продольные поводки, которые обеспечивают упругую связь буксы с рамой в продольном и поперечном направлениях (рис. 5.29). Рама и надрессорная балка по конструкции аналогичны моделям 4071 и 4072. Тележка оснащена двумя видами тормозов - дисковым и магнитно-рельсовым. Причем дисковый тормоз работает при служебном, а совместно с магнитно-рельсовым - при экстренном торможении. Кроме того тележка имеет ручной тормоз. Магнитнорельсовый тормоз имеет башмаки и воздушные цилиндры-подъемники. Опускание башмаков обеспечивается сжатым воздухом, а подъем - пружинами, размещенными в подъемниках. Рис. 5.29. Тележка пассажирская модели 68-4076: 1 – рама; 2,3 – поводки; 4 – надрессорная балка; 5 – центральное подвешивание; 6 – магнитнорельсовый тормоз; 7 – буксовое рессорное подвешивание; 8,9 – колесные пары; 10 – дисковый тормоз; 11 – ручной тормоз Технические характеристики тележек приведены в табл. 5.2. Таблица 5.2 Показатель Масса, т База, мм Конструктивная скорость, км/ч Тип рессорного подвешивания Суммарный статический прогиб от массы брутто, мм Тормоз Габарит ГОСТ 9238 Модель Показатель 68-4071 68-4072 68-4075 68-4076 6,85 7,30 7,10 7,15 2500 2500 160 200 Двойное: центральное безлюлечное и буксовое 270 288 285 290 Дисковый 1-ВМ Дисковый, магнитнорельсовый 1-ВМ Двухосная тележка модели 68-4095 (68-4096) безлюлечного типа, с двойным рессорным подвешиванием, с буксами на подшипниках качения кассетного типа, с гидравлическими гасителями колебаний в центральном подвешивании. Под некотловую сторону вагона подкатываются тележки модели 68-4095, под котловую – модели 68-4096. Скорость эксплуатации до 160 км/ч. Тележки моделей 68-4095 и 68-4096 (с приводом редуктора) очень похожи на тележки 68-4076 и 68-4075, но рассчитаны на скорости движения до 160 км/час и не имеют магнитно-рельсовых тормозов (рис. 5.30). Рис. 5.30. Тележка модели 68-4095 7. Основные неисправности тележек При формировании состава запрещается ставить в поезда вагоны, в тележках которых имеется хотя бы одна из следующих неисправностей: - трещины в раме, надрессорной балке, деталях центрального люлечного подвешивания, подпятниках, скользунах, продольных поводках; - излом пружины; - течь масла из гидравлических гасителей колебаний; - зазор менее 9 мм между пятником и подпятником при опоре на боковые скользуны; - ослабление крепления болтов буксовых крышек, редукторов, генераторов, серег центрального подвешивания и т.д.; - неисправности тормозной рычажной передачи; - разность диаметров колес в одной тележке более 10 мм, а между тележками более 20 мм. Контрольные вопросы 1. Поясните назначение тележек вагонов. 2. Составьте блок-схему передачи нагрузок от кузова на рельсовый путь. 3. Назовите параметры, по которым классифицируются тележки. 4. Поясните классификацию тележек по назначению. 5. Поясните понятие одноступенчатого и двухступенчатого подвешивания. Какие тележки строятся с одноступенчатым и какие – с двухступенчатым подвешиванием? 6. Поясните, как классифицируются тележки по способу передачи нагрузки от кузова. 7. Поясните, как классифицируются тележки по технологии изготовления и конструкции рамы. 8. Назовите основные способы связи рамы тележки с колесными парами. 9. Поясните, что такое рессорное подвешивание и каково его назначение. 10. Из каких основных элементов состоит рессорное подвешивание тележки? 11. Поясните, каким образом происходит снижение силы динамических ударов от неровностей рельсового пути. 12. Какой тип упругих элементов наиболее распространен в рессорном подвешивании современных вагонов? 13. Из каких материалов изготавливаются пружины рессорного подвешивания? Поясните процесс производства и упрочнения материала пружин. 14. Поясните принцип работы фрикционных и гидравлических гасителей колебаний. 15. Назовите основные технико-экономические параметры (характеристики) тележек вагонов. 16. Назовите основные конструктивные элементы тележек вагонов. 17. Поясните устройство, назначение и принцип действия тормозной рычажной передачи. 18. Поясните, в чем заключается принципиальное отличие грузовых и пассажирских тележек. 19. Назовите основные неисправности тележек вагонов, при наличии которых запрещается постановка вагона в состав.