КОЛЕСНАЯ ПАРА ВАГОНА С НЕЗАВИСИМЫМ ВРАЩЕНИЕМ КОЛЕС

Изобретение предназначено для применения на железнодорожном транспорте и относится к движителям, предназначенные для направления движения вагона по рельсовому пути и восприятия всех нагрузок, передающихся от вагона на рельсы.
Известна типовая колесная пара железнодорожного подвижного состава[1]. Известная конструкция колесных пар железнодорожных транспортных средств подвижного состава представляет собой ось 1 (фиг.1), на подступичной части которой с натягом, под определенным усилием, запрессованы с обеих сторон симметрично два колеса 2 (фиг1), поверхности катания которых изготовлены по определенному профилю с выступающим гребнем на внутренней стороне колеса, предохраняющим от схода транспортного средства с рельсового пути, имеющие одинаковую частоту вращения. Для осуществления вращательного движения колесных пар на двух крайних шейках оси собираются буксовые узлы, в комплект которых входят корпус буксы, два роликовых подшипника, два лабиринтовых кольца, крепительная и смотровая крышки, торцевое крепление подшипников на оси и крепежные болты.
Колеса, укрепленные на одной оси, должны иметь минимальную разность диаметров поверхности катания. Это необходимо для уменьшения перекосов и скольжений колесной пары, которые повышают сопротивление движению, вызывают неравномерный и увеличенный износ поверхностей катания колес, а также скручивание оси [3].
Сборка колесных пар с тележкой осуществляется посредством соединения боковых рам, имеющих П-образные буксовые проемы, с буксовыми узлами, на которых имеются поверхности для соединения П-образных проемов и направляющие приливы, предохраняющие от сдвигов боковых рам в стороны.
Такая колесная пара имеет основной конструктивный недостаток, это тугая прессовая посадка колес на ось, при движении подвижного состава по криволинейным участкам пути различных радиусов и направлений, колеса, имеющие одинаковую частоту вращения, подтверждены проскальзыванию то одним, то другим колесом, что приводит к преждевременному неравномерному износу, как поверхности катания колеса - гребня, так и рельсового пути, что приводит к интенсивному их износу и снижению срока службы.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является «Колесная пара вагона для дифференциального вписывания в кривую» [3], независимость вращения колес которой обеспеченно путем добавления в конструкцию оси дополнительной степени свободы (фиг.2). Возможность введения дополнительной степени свободы достигается за счет разделения оси на две части левую 6 длиной А и правую 15 длиной Б. Между двумя частями оси устанавливается полимерная вставка 8 шириной С, предназначенная для обеспечения трения между двумя частями оси при различной частоте вращения каждого из колес и резиновый элемент 9 шириной Б, предназначенный для сжатия оси при возникновении поперечных сил, возникающих при вписывании колесной пары в кривую.
Полный трубчатый двухслойный элемент 7 садится на горячую посадку, на правую часть оси колесной пары, состоящую из полимерной вставки 8, резинометаллического элемента 9 и самой части оси 15.
Левая часть оси 6 заканчивается полусферой 14, которая упирается в полимерную вставку правой части оси колесной пары. Относительное вращение оси колесной пары обеспечивается подшипниковым узлом качения, который состоит из корпуса 5 (граната), в корпус устанавливается роликовый подшипник 12, предназначенный для обеспечения независимого вращения левой оси колесной пары относительно правой части оси, сальник 4 предназначенный для внутренней герметизации смазочного материала подшипника, стопорного кольца 11, предназначенного для фиксации подшипника в гранате, манжета 3, предназначенная для исключения попадания грязи, пыли и влаги в подшипник качения, полимерного кольца 10, предназначенного для наружной герметизации подшипникого узла. Полимерное кольцо вставляется в кольцевую проточку гранаты до упора в ступицу колесного центра (фиг.2). Приливы гранаты 13 в горячем состоянии насаживаются на трубчатый двухслойный элемент 7, внутрь которого вставляется левая часть оси колесной пары 6.
Недостатками данной колесной пары являются:
- сборка деталей дифференциальной оси колесной пары, при которой полый трубчатый двухслойный элемент 7 садится на горячую посадку, на правую часть оси колесной пары а, приливы гранаты 13 в горячем состоянии насаживаются на трубчатый двухслойный элемент 7, основана на перессово-тепловом методе. При данном методе соприкасающиеся поверхности деталей с натягом насаживаются друг на друга, что уменьшает надежность колесной пары в эксплуатации и усложняют ее сборку, последующий ремонт и техническое обслуживание. Так как технологический процесс запрессовки ответственных деталей является сложным, трудоемким и дорогостоящим процессом, требующим специального оборудования для контроля усилий пресса, формы длины и кривой на диаграмме для каждой детали в отдельности, размеров между деталями и относительности между собой. В результате прессовая посадка деталей имеет до 30% несоответствий конечных усилий нормам или отклонениям форм индикаторной диаграммы. Кроме того, при прессовой посадке иногда возникают механические повреждения сопрягаемых поверхностей, снижающие усталостную прочность и надежность колесной пары, что может привести к серьезной угрозе безопасности движения железнодорожного подвижного состава, снижении его надежности. Дополнительно насадка массивного двухслойного элемента 7 на правую часть оси происходит на ограниченной поверхности сопрягаемых деталей, что не обеспечивает надежность сборки деталей, потому что изгибающий момент, возникающий на шейке оси колесной пары от веса кузова в месте сопряжения вызывает максимальные напряжения так как расстояния (плечи сил) между сопрягающимися поверхностями и шейкой оси являются практически одинаковыми;
- наличие резиновых элементов манжеты 3 и резинового блока 9 выполняющих ответственные функции в конструкции колесной пары снижает надежность колесной пары в эксплуатации и уменьшает безопасность движения подвижного состава. Резина сильно подтверждена механическим повреждениям, утрачивает свои свойства с течением времени и сильно их меняет и при изменении температуры окружающей среды, в результате чего не выполняет свой технический результат, заложенный при проектировании конструкции;
- колесная пара соединена в тележке с боковыми рамами не связанными поперечной связью между собой, имеющими П-образные буксовые проемы с гарантированными зазорами, при движении происходит забегание боковых рам относительно друг друга (особенно на криволинейных участках) достигающие 15÷20 мм, при этом появляются осевые силы, действующие на каждое колесо в противоположных направлениях, которые пытаются одну часть оси отделить от другой по продольной линии оси колесной пары.
- единственным ограничителем в конструкции колесной пары препятствующим разделению оси является стопорное кольцо 11, прочности которого не достаточно при действии возникающих осевых нагрузок, что снижает надежность колесной пары [3];
- для обеспечения безопасного движения колесной пары в рельсовой колее, особенно по стрелочным переводам, при укреплении колес на оси, строго регламентируется расстояние между внутренними гранями колес. Для российских железных дорог это расстояние у ненагруженной колесной пары должно быть 1440 мм [4]. Во время движения колесной пары по кривому участку пути возникают направляющие усилия на гребне наружного в кривой колеса, при этом, чем круче кривая, тем больше направляющие усилия, что приводит к образованию на оси сжимающих сил действующих на резинометаллический блок 9 [3]. При сжатии резинометаллического блока 9 происходит уменьшение межбандажного расстояния и соответственно ширины колесной колеи. Дополнительно в кривых малого радиуса производят уширение рельсовой колеи. В совокупности уширение рельсовой и уменьшение колесной колеи при допустимых припусках и допусках в содержании колесных пар и верхнего строения пути может привести к провалу колеса внутрь рельсовой колеи, что угрожает безопасности движения подвижного состава.
Предлагаемая конструкция колесной пары, которая устраняет выше названные недостатки, в частности повышение надежности и долговечности (увеличение срока службы) железнодорожной колесной пары и обеспечение безопасности движения подвижного состава.
Поставленная задача достигается тем что, предлагаемая колесная пара включает в себя ось состоящую из двух частей с длиной Д и длиной Г (фиг.3). Правая часть оси 25 имеет цилиндрическую полость длиной Ж в которую вкладывается полимерная вставка 24 длинной Е. Левая часть оси 16 заканчивается полусферой, входит в цилиндрическую полость правой части 23 и упирается в полимерную вставку 24, которая предназначена для уменьшения трения между частями оси (фиг.3).
Полый трубчатый двухслойный элемент литой с корпусом для подшипникового узла 22, садится на горячую посадку, на правую часть оси 25 колесной пары. По сравнению с прототипом сопряжение контактных поверхностей двухслойного элемента 22 и правой части оси происходит по значительно большей площади, за счет удлинения правой части оси и введения цилиндрической полости, что обеспечивает надежность сборки за счет равномерного распределения и уменьшения концентрации напряжений, от действия веса кузова на шейки оси колесной пары (фиг.3).
На левую часть оси насажено лабиринтное кольцо 18, роликовый подшипник 20, который фиксируется на оси упорным кольцом 21 (фиг.3).
Соединение левой и правой части оси осуществляется крышкой 19, которую болтами 17 соединяют с корпусом подшипника. Крышка за счет выполненных на внутренней стороне проточек образует с лабиринтным кольцом 18 уплотнение (лабиринт), которое защищает подшипник от попадания пыли, влаги и грязи. Герметизация соединения крышки с корпусом подшипника осуществляется резиновым кольцом-прокладкой, которое одевается на крышку. Своим выступом крышка упирается в наружное кольцо подшипника.
В связи с такой конструкцией колесной пары независимость вращения будет обеспечиваться за счет подшипника качения 20 и полимерной вставки 24 (фиг.3).
При движении колесной пары по криволинейному участку пути, возникают осевые силы, которые действуют на каждую из частей оси в противоположных направлениях. Целостность оси в поперечном направлении обеспечивается упорным кольцом 21, жестко напрессованном на левую часть оси, выступом на крышке 19 и подшипником качения способным воспринимать осевые нагрузки. Во время движения левая часть оси стремиться выйти из правой части и упорным кольцом 21 упирается во внутреннее кольцо подшипника 20, далее через ролики усилие передается на наружное кольцо, которое упирается в выступ на крышке 19. Крышка 19 болтами 17 соединена с корпусом подшипника двухслойного трубчатого элемента 22, который жестко запрессован на правой части оси (фиг.3).
Технический результат предлагаемой конструкции достигается за счет:
- обеспечения низкой трудоемкости проведения технического обслуживания и ремонта в условиях ремонтного депо, путем исключения сложных технических операций при сборке и разборке с применением перессово-тепловых методов, съемка упорного кольца 23 (фиг.3) с левой части возможна путем применения типового съемника путем нагрева на принципе электро-магнитной индукций;
- повышение надежности и безопасности движения путем исключения из конструкции колесной пары резиновых элементов выполняющих важные технические функции, свойства которых значительно изменяются с течением времени и меняются при изменении температуры окружающей среды, что очень важно для железнодорожного транспорта, дороги которого расположены практически во всех климатических поясах;
- обеспечение целостности конструкции оси.
Список литературы:
1. ГОСТ 4835-2006 Колесные пары вагонов магистральных железных дорог колеи 1520 мм ИПК издательство стандартов Москва 2007;
2. Шадур Л.А., Челноков И.И., и др. Вагоны. Конструкция, теория и расчет: /ред. Л.А.Шадур и И.И.Челноков, Москва: Транспорт, 1965. - 439 с.
3. Колесная пара вагона для дифференциального вписывания в кривую. Пат.№74344, Рос. Федерация: МПК В61Н 7/00/ заявитель и патентообладатель Иркутский гос-ый ун-т путей сообщения. - №2008103584/22; заявл. 29.01.08; опубл. 27.06.2008 Бюл. №18.
4. ЦРБ-756 Правила технической эксплуатации железных дорог российской федерации (с изменениями и дополнениями, внесенными приказами МПС России: от 03.07.01 г. №16, от 27.05.02 г. №24) от 26 мая 2000 г.