Рессорное подвешивание. 
Устройства грузовых и пассажирских тележек

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Иркутский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПО ИрГУПС)

Эксплуатация железных дорог

Кафедра «Нетяговый подвижной состав»

«РЕССОРНОЕ ПОДВЕШИВАНИЕ. УСТРОЙСТВА ГРУЗОВЫХ И ПАССАЖИРСКИХ ТЕЛЕЖЕК»

Контрольная работа

К. 470 300.19040101.65. 415−2013

Выполнил

студент гр. ЭЖД.1.11−1-2

Чебодаева Е.П.

Проверил

Рычков Н.П.

Иркутск 2013

Аннотация

Контрольная работа 44 с., 22 рис., 5 источников.

РЕССОРНОЕ ПОДВЕШИВАНИЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ, НАЗНАЧЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ТЕЛЕЖЕК.

Нормативные ссылки

1. Классификация и особенности конструкции рессорного подвешивания вагонов

1.1 Упругие элементы рессорного подвешивания

1.2 Гасители колебаний

1.3 Возвращающие и стабилизирующие устройства

2. Основные положения проектирования и расчета рессорного подвешивания вагонов

2.1 Параметры элементов рессорного подвешивания вагонов

3. Классификация, назначение и особенности конструкций тележек

3.1 Тележки грузовых вагонов

3.2 Тележки пассажирских вагонов

Заключение

Список использованных источников

Нормативные ссылки

ГОСТ 2.105−95 ЕСКД Общие требования к текстовым документам;

ГОСТ 2.106−96 ЕСКД Текстовые документы;

ГОСТ 2.108−68 ЕСКД Спецификации;

ГОСТ 2.111−68 ЕСКД Нормоконтроль;

ГОСТ 2.301−68 ЕСКД Форматы;

ГОСТ 2.302−68 ЕСКД Масштабы;

ГОСТ 2.303−68 ЕСКД Линии;

ГОСТ 3.1116−79 ЕСТД Нормоконтроль;

ГОСТ 7.1−2003 СИБИД Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления;

ГОСТ 7.12−93 СИБИД Библиографическая запись. Сокращение слов на русском языке. Общие требования и правила;

У многоосных вагонов элементы ходовых частей объединяются группами в отдельных узлах, называемых тележками. Такое конструктивное оформление ходовых частей позволяет решить задачу равномерного распределения вертикальных нагрузок между осями колесных пар многоосных вагонов, улучшить условия прохода вагонами кривых участков пути, так как тележки имеют возможность поворачиваться относительно кузова и база их существенно меньше базы вагона. В тележках удается более просто осуществлять компоновку рессорного подвешивания. Наличие тележек облегчает выполнение ремонтных операций на узлах ходовых частей.

Тележки вагонов относятся к числу узлов, которые наиболее интенсивно совершенствуются. Повышение осевых нагрузок, скоростей движения, ужесточение требований по созданию комфортных условий для пассажиров и уменьшению динамических воздействий на перевозимые грузы и путевые устройства, в первую очередь, отражаются на ходовых частях вагонов. Отдельные узлы тележек, такие как рессорное подвешивание, достаточно быстро претерпевают изменения, тогда как, колесные пары являются довольно консервативными конструкциями в течение длительного времени. Буксовые узлы, рамы, надрессорные балки и элементы механической части автотормозов, располагающиеся на тележках, по интенсивности модифицирования занимают промежуточное положение между рессорным подвешиванием и колесными парами.

1. Классификация и особенности конструкции рессорного подвешивания вагонов

Рессорное подвешивание является одним из важнейших элементов ходовых частей, от которого зависит плавность хода при движении вагона, в особенности при прохождении стыковых соединений и продольных неровностей рельсов, крестовин и др. В этих случаях происходит колебание подвижного состава и возникают динамические силы, действующие на элементы конструкции вагона, пассажиров и перевозимый груз. В целях обеспечения плавности хода, повышения безопасности движения поездов, создания комфортных условий для пассажиров, сохранение качеств грузов при перевозках применяют специальные устройства в ходовых частях вагонов — рессорное подвешивание.

1.1 Упругие элементы рессорного подвешивания

рессорный подвешивание вагон тележка

Упругие элементы смягчают толчки и удары, действующие на движущийся вагон со стороны рельсового пути. В качестве упругих элементов вагонов применяют витые стальные пружины, резиновые, пневматические, торсионные, тарельчатые, кольцевые и другие типы упругих элементов.

Пневматические рессоры применяют в тележках пассажирских вагонов скоростных поездов. Основным преимуществом их перед другими типами упругих элементов является способность поддержания положения кузова на определенном уровне относительно головок рельсов независимо от величины нагрузки. Однако они сложнее по конструкции и обслуживанию в эксплуатации, так как требуют наличия источника питания рессор воздухом, системы трубопроводов и арматуры. Получили распространение пневматические рессоры баллонного (рис. 3.23, а), диафрагменного (б) и смешанного (в) типов.

Наиболее широко из них применяются рессоры диафрагменного типа, так как они позволяют получать регулируемые характеристики вертикальной и горизонтальной жесткостей. На пневморессору опирается надрессорная балка 1 (рис. 3.23, б), которая соединяется с диафрагменным баллоном 2, прикрепленным к корпусу 3. Внутри рессоры имеется резиновый ограничитель 4, предусмотренный на случай резкого падения давления в системе или большой просадки надрессорной балки под действием динамических нагрузок.

Пневматические рессоры работают в системе пневматического подвешивания вагона. Схема такого подвешивания обычно состоит из пневматической рессоры 3 (рис. 3.24) с дополнительным резервуаром 1, снабженным дросселем 2, регулятора положения кузова 4, трубопровода 5, главного резервуара 6 и компрессора 7. Работа такой системы заключается в следующем. Повышение нагрузки P от кузова приведет к сжатию пневматической рессоры 3 и перемещению вниз золотника регулятора 4 так, что его отверстие б соединится с каналом а. В результате сжатый воздух из главного резервуара 6 поступит в пневматическую рессору 3 и приподнимет кузов на прежнюю высоту. Разгрузка кузова и уменьшение силы Р приведет к тому, что приподнимется вверх золотник и посредством его выточки в часть воздуха из пневматической рессоры удалится в атмосферу. В результате давление воздуха в пневматической рессоре уменьшится, и кузов вагона опустится и займет прежнюю высоту, при которой все отверстия в золотнике будут перекрыты. Таким образом, подобная система пневматического подвешивания обеспечит автоматическое поддержание кузова на определенной высоте при изменении нагрузки, что необходимо для вагонов, имеющих повышенную гибкость рессорного подвешивания.

Резиновые и резинометаллические упругие элементы находят применение в тележках вагонов, так как они обладают хорошими амортизирующими свойствами, а также способностью гасить вибрационные и звуковые колебания.

Торсионные рессоры применяют в системе подвешивания вагонов. Такая рессора представляет собой прямой стальной стержень (торсион) 4 (рис. 3.25, а), один конец которого закреплен в кронштейне 5, а другой жестко связан с рычагом 1, который шарнирно соединяется с обрессорной частью вагона (надрессорная балка, например). Второй опорой служит подшипник 2, установленный в кронштейне 3, причем в подшипнике может быть создано необходимое трение, способствующее затуханию колебаний вагона. Кронштейны 5 и 3 могут быть укреплены на раме тележки. Торсион 4, изготавливаемый из специальной хромоникельмолибденовой термически обработанной стали, по концам крепится жестко, например с помощью шлицевых соединений.

Нагрузка Р на торсионную рессору вызывает поворачивание рычага 1, а следовательно, скручивание торсиона 4, вызывая упругие деформации кручения. Торсионные рессоры получили распространение в некоторых тележках вагонов зарубежных стран.

Тарельчатая рессора (рис. 3.25, б) состоит из набора упругих стальных тарелей, имеющих вид усеченного конуса с углом подъема y и высотой h, соединенных в секции по две, четыре и т. д. штук в каждой. В результате действия силы Р тарели распрямляются и угол у уменьшается. При этом рессора получает прогиб, смягчая ударную нагрузку. Тарельчатые рессоры в вагоностроении применяются редко.

Кольцевая рессора (рис. 3.25, в) состоит из наружных 1 и внутренних 2 стальных колец, опирающихся друг на друга своими конусными поверхностями. Под действием нагрузки Р рессора прогибается вследствие упругих деформаций растяжения наружных и сжатия внутренних колец, так как на конусных их поверхностях возникают значительные поперечные силы. Кольцевые рессоры обладают очень высокой амортизационной способностью, достигающей 60−7-% работы, т. е. могут воспринимать большие нагрузки и применяться в рессорном подвешивании тяжеловесных вагонов и ударно-тяговых приборах.

Витые пружины. В ходовых частях современных вагонов наибольшее распространение получили витые цилиндрические пружины (рис. 3.26, а). Такие пружины могут смягчать горизонтальные толчки и удары, что не могут листовые рессоры; пружины также гораздо проще в изготовлении и ремонте, чем листовые рессоры. Конические пружины (рис. 3.26, б) имеет более благоприятную силовую характеристику, но сложны в изготовлении и ремонте. Поэтому они не нашли широкого распространения в вагоностроении.

1.2 Гасители колебаний

При движении вагона по периодическим неровностям пути со скоростью, когда частоты вынужденных и собственных колебаний близки по величине, могут возникать большие амплитуды колебаний кузова на рессорах (резонанс), если в системе рессорного подвешивания отсутствуют или малы силы сопротивления. Поэтому в систему рессорного подвешивания вводят специальные гасители, которые позволяют снизить амплитуды и ускорения колебательного движения. Многочисленные разновидности конструкций гасителей колебаний, применяемых в подвижном составе железных дорог, можно объединить в две большие группы: фрикционные и вязкого сопротивления. Рассмотрим некоторые из них.

Фрикционные гасители колебаний наиболее широко применяются в тележках грузовых вагонов.

В двухосных тележках типа ЦНИИ-ХЗ фрикционный гаситель колебаний состоит из двух фрикционных клиньев 2(рис. 3.27,а), размещенных между наклонными поверхностями концов надрессорной балки 1 и фрикционными планками 3, укрепленными на колонках 4 боковой рамы тележки. Клинья опираются на двухрядны цилиндрические пружины 5.

Работа таких гасителей заключается в следующем. При вертикальных колебаниях надрессорной балки 1 совместно с обрессоренными массами вагона фрикционные клинья 2 перемещаются вниз и вверх относительно фрикционных планок 3. В результате между клиньями и планками возникают силы трения, создающие сопротивление колебательному движению. При этом величина силы трения, прямо пропорциональна прогибу пружин и возрастает с его увеличением, так как клинья прижимаются с большей силой. Работа сил трения преобразуется в тепловую энергию, которая рассеивается в окружающую среду. Такого типа гаситель называют фрикционным с переменной силой трения, зависящей от прогиба.

Фрикционный гаситель колебаний с постоянной силой трения, показанный на рис. 3.27, б, усвоен так, что сила трения не зависит от прогиба рессорного подвешивания. В пазах 5 концов надрессорной балки установлены башмаки 2, в которых размещены стаканы 3 с пружинами 4. Стакан 3 прижат предварительно сжатой пружиной 4 к фрикционной планке 1 боковой рамы тележки. Сила трения, возникающая при колебании надрессорной балки совместно с опирающимися на нее частями, постоянна и зависит только от жесткости и величины предварительного сжатия пружины, а также коэффициента трения между взаимодействующих плоскостей стаканов и фрикционных планок.

Фрикционный гаситель колебаний, применяемый в трехосных тележках типа УВЗ-9М (рис. 3.27, в), создает силы трения, пропорциональные прогибу рессорного подвешивания. Нагрузка от надрессорной балки тележки через прокладку 1 и нажимной конус 2 передается на два раздвигающих клина 3. При деформациях рессорного подвешивания. Нагрузка от надрессорной балки тележки через прокладку 1 и нажимной конус 2 передается на два раздвигающихся клина 3. При деформациях рессорного подвешивания пол действием скошенных поверхностей нажимного конуса 2 раздвижные крылья 3 прижимаются к внутренней поверхности фрикционного стакана 6. Между трущимися поверхностями раздвижных клиньев 3 и стакана 6 при их взаимном перемещении возникают силы трения, пропорциональные прогибу пружины 5, размещенной между фланцем стакан 6 и опорным кольцом 4.

К гасителям колебаний с постоянной силой трения относится дисковый фрикционный гаситель (рис. 3.28, а), телескопический фрикционный гаситель колебаний фирмы Крайслер (рис. 3.28, б) и телескопический гаситель колебаний типа БИТМ (Брянский институт транспортного машиностроения) (рис. 3.28, в). Гаситель колебаний типа БИТМ обладает большей стабильностью по сравнению с гасителем фирмы Крайслер, поскольку усилия на главные трущиеся поверхности передаются через упругие элементы.

Телескопические гасители колебаний устанавливаются как вертикально, так и наклонно относительно оси упругих элементов подвешивания. При наклонном их расположении гасятся, вертикальны и горизонтальные колебания вагона. Важным преимуществом телескопических гасителей является простота и быстрота замены неисправного гасителя исправным.

Гидравлические гасители колебаний. В телескопических поршневых гидравлических гасителях колебаний сила сопротивления создается за счет перетекания жидкости из одной полости в другую через узкие калиброванные (дроссельные) отверстия. Сила сопротивления гасителя в этом случае зависит от вязкости жидкости, размером дроссельных отверстий и пропорциональна скорости перемещения поршня.

Силовую характеристику в этих конструкциях создают на основе требований к ходовым качествам вагона путем подбора вязкости жидкости и размеров дроссельных отверстий и пропорциональна скорости перемещения поршня.

Гидравлический гаситель колебаний (рис. 3. 29). Работа гидравлического гасителя колебаний заключается в следующем. При движении поршня 6 вниз (ход сжатия) верхний клапан 7 приподнимается и жидкость из подпоршневой полости цилиндра 4 перетекает в надпоршневую 12 через большие отверстия 11. Одновременно вследствие движения штока 1 вниз давление под поршнем 6 повышается и часть жидкости с сопротивлением перетекает из полости 10 через дроссельное отверстие клапана 8 в резервуар 5.

В это время давление жидкости в надпоршневой 12 и подпоршневой 10 полостях цилиндра 4 выравнивается, так как полости 10 и 12 соединены между собой через большие отверстия 11 поршня и приподнятого вверх клапан 6. При движении поршня 6 вверх (ход растяжения) верхний клапан 7 закрывается под действием повышенного давления в надпоршневой полости 12 и жидкость с сопротивлением перетекает через дроссельные каналы в подпоршневую полость 10. Одновременно в полости 10 наступает разрежение, вследствие чего нижний клапан 8 поднимается и пропускает жидкость из резервуара 5 в подпоршневую полость 10, восполняя недостающий объем жидкости, вытесняемой штоком 1 из цилиндра при движении поршня 6 вниз, а также является сборником жидкости, просачивающейся через кольцевой зазор между штоком и направляющей втулкой 2. Для предотвращения выдавливания жидкости наружу гаситель имеет уплотнение 13.

1.3 Возвращающие и стабилизирующие устройства

В тележках вагонов применяют возвращающие устройства, которые служат одновременно для смягчения боковых толчков, возникающих вследствие набегания гребней колес при извилистом движении колесных пар на прямых участках пути и при входе вагона в кривые, а также для возвращения отклоненного кузова под действием поперечных сил в среднее положение.

Возвращающие устройства бывают двух типов. К первому типу относятся конструкции, имеющие ролики (катки), размещенные между наклонными плоскостями (рис. 3.30,а).

Использования силы тяжести кузова, относится также люлечное подвешивание (рис. 3.30, б).

Одной из важнейших мер для улучшения плавности хода вагона в вертикальном направлении является увеличение гибкости рессорного подвешивания. В подвешивании могут быть использованы рычажные, торсионные и другие типы стабилизаторов боковой качки вагонов.

Рычажный стабилизатор (рис. 3.31, а) противодействует наклону надрессорной балки тележки и препятствует боковой качке кузова, не влияя на вертикальные перемещения.

Торсионный стабилизатор (рис. 3.31, б) обеспечивает восстанавливающие моменты от скручивания торсионов при боковом отклонении кузова и противодействует его наклону.

2. Основные положения проектирования и расчета рессорного подвешивания вагонов

Система рессорного подвешивания должна обеспечивать необходимую плавность хода, динамическую устойчивость вагона при движении со скоростями, достигающими конструкционный по техническому заданию. Это достигается благодаря рациональным параметрам рессорного подвешивания, основными из которые являются статистический прогиб и его распределение по ступеням подвешивания; конструктивный запас прогиба и коэффициент сопротивления (трения) демпферов. В целях обеспечения необходимых качеств хода вагонов определяют параметры упругих элементов и гасителей колебаний, а также прочностные характеристики элементов рессорного подвешивания с целью обеспечения надежной их работы в эксплуатации.

2.1 Параметры элементов рессорного подвешивания вагонов

Упругие элементы подвешивания характеризуются жесткостью и гибкостью.

Жесткость с упругого элемента численно равна силе, вызывающей единичный его прогиб:

где Рвнешняя сила, приходящаяся на упругий элемент, Н;

fпрогиб упругого элемента под давлением силы Р, м.

Гибкость — обратная величина жесткости, численно равная прогибу упругого элемента под действием единичной силы:

Жесткость резиновой рессоры определяется по формулам:

при сжатии;

при сдвиге;

Где F, h-соответственно площадь поперечного сечения и высота резинового элемента;

E, G-модуль упругости резинового элемента соответственно при сжатии и сдвиге.

Таким образом, при малых деформациях резиновая рессора имеет линейную силовую характеристику (зона 1), а при больших прогибах становится нелинейной (зона 11). Площадь замкнутой фигуры ОА АО численно равна работе внутренних сил сопротивления резиновой рессоры, идущей на гашение энергии колебаний. При параллельно расположенных двух элементах резиновых рессор и совместной их работе на сжатие и сдвиг (рис. 6.11,г) жесткость определяется по формуле:

Где — угол наклона резиновых пакетов.

Силовая характеристика пневматической рессоры (рис. 6.11,д) имеет линейную зависимость при статическом нагружении (зона 1) и нелинейнуюв процессе динамики (зона 11). Жесткость пневматической рессоры без учета динамической нагруженности:

Где рноминальное давление воздуха в пневмоэлементе;

n-показатель политропны, n=1,2…1,3

F-эффективная (несущая) площадь пневмоэлемента;

V-суммарный объем пневмоэлемента и дополнительного резервуара;

kкоэффициент, учитывающий жесткость материала оболочки и каркаса пневмоэлемента, k=1,05…1,1

В упругих элементах, обладающих переменной жесткостью, различают расчетный статический прогиб f и полный прогиб под той же силой (рис. 6.11,е). В этом случае приведенную жесткость С определяют по формуле:

Где Рстатическое усилие брутто, приходящееся на упругий элемент.

При этом различают мягкую ОА и жесткую ОВ характеристики упругого элемента (см. рис. 6.11,е).

Система рессорного подвешивания обычно состоит из параллельно или последовательно расположенных упругих элементов, тогда жесткость комплекта может быть определена по формулам:

При параллельном расположении;

При последовательном;

где iчисло упругих элементов в комплекте.

Жесткость отдельного упругого элемента рессорного подвешивания определяется по следующим выражениям.

Вертикальная жесткость с листовой незамкнутой рессоры определяется по формуле:

Эллиптической рессоры типа Галахова;

где b, h-соответственно ширина и толщина листа рессоры;

m-число коренных и подкоренных листов;

n-число листов ступенчатой части рессоры;

l-половина рабочей длины рессоры;

i-число рядов в эллиптической рессоре;

Eмодуль упругости при растяжении.

При определении вертикальной жесткости эллиптических рессор m и n принимаются в расчете на одну половину ряда.

Вертикальная жесткость цилиндрической пружины сжатия:

где dдиаметр прутка;

D-средний диаметр витка пружины;

n-число рабочих витков, n=n-1 (n-общее число витков пружины);

G-модуль сдвига, G=0,385E;

— коэффициент, =cos (-угол подъема винтовой линии прутка нагруженной пружины).

Горизонтальная жесткость цилиндрической пружины при одновременном действии вертикальной и горизонтальной сил (рис. 6.12,а):

Где Нвысота пружины под действием вертикальной нагрузки, Н=Н-d-f (H-высота пружины в свободном состоянии);

— коэффициент Пуассона.

Важнейшим параметром рессорного подвешивания является статистический прогиб f, вызываемый нагрузкой вагона брутто. От его величины во многом зависят ходовые качества вагона. На основании результатов расчетов и многократных испытаний рекомендуются следующие рациональные величины статистического прогиба рессорного подвешивания.

В пассажирских вагонах общего назначения под тарой f=150…200 мм — для скоростей движения до 45 м/с (160 км/ч);f=230…280 мм — для скоростей движения до 55 м/с (200 км/ч).

В почтовых и багажных вагонах под силой тяжести брутто f=130…180 мм — для скоростей движения до 45 м/с.

В изотермических вагонах, эксплуатируемых со скоростями до 45 м) с, f=80…120 мм.

В грузовых вагонах общего назначения под силой тяжести брутто f=45…60 мм. В крытых грузовых вагонах, предназначенных для перевозки живности или для грузов, не полностью использующихся грузоподъемность, f>25 мм.

Величина статистического вертикального прогиба рессорного комплекта определяется по формуле:

;

Где Ррасчетная вертикальная нагрузка, приходящаяся на рессорный комплект.

Величина статистического прогиба проверяется на условие ограничения валкости кузова. Например, при двойном рессорном подвешивании должно соблюдаться условие:

;

Где b, b-поперечные расстояния от продольной оси до равнодействующей соответственно буксового и центрального рессорного подвешивания;

h-высота центра тяжести кузова над уровнем осевых линий колесных пар вагонов;

X-отношение прогиба буксового подвешивания к общему прогибу f: в пассажирских вагонах общего назначения рекомендуется X=0,2…0,3.

Не соблюдения условия (6.18) может привести к тому, что при боковой качке кузов не будет иметь, достаточной возвращающей силы и будет находиться в отклоненном положении. Тогда необходим стабилизатор боковой качки.

Горизонтальный прогиб пружины (рис. 6.12,а) подсчитывается по формуле:

;

Где Т-горизонтальная сила, действующая на надрессорную часть пружины.

Наибольший полный расчетный прогиб f рессорного подвешивания вагона должен быть не менее величины статического прогиба, умноженного на коэффициент конструктивного запаса, т. е.

Где k-коэффициент конструктивного запаса прогиба, величина которого должна быть не менее: для грузовых вагонов — при f50 мм k=1,8, при f>50 мм k=1,7; для изотермических-k=1,65; для пассажирских вагонов общего назначения, почтовых и багажных k=1,5.

Важными параметрами рессорного подвешивания являются коэффициент относительного трения упругого элемента, обладающего внутренним трением, и коэффициент сопротивления гидравлического гасителя колебаний, устанавливаемого параллельно с упругими элементами, не обладающим внутренним трением.

Величина трения в рессоре оценивается коэффициентом относительного трения, равным отношению силы трения F к силе P, создающей упругую деформацию f рессоры (см. рис. 6.11, в), т. е.

Где F-сила внутреннего трения упругого элемента.

На основании результатов исследований рекомендуется определять потребную величину относительного трения при демпфировании вертикальных колебаний сухим трением по формуле:

;

где b-коэффициент, учитывающий влияние числа колесных пар в тележке или группе тележек под одним концом вагона, определяемый по формуле (3.13);

k-коэффициент, принимаемый, равным 0, 8 для рессор центрального и 1-для буксового подвешивания;

hамплитуда периодической неровности продольного профиля пути, для среднего состояния пути-4…5 мм;

— суммарный статический прогиб рессорного подвешивания (с учетом дополнительной деформации конструкции вагона и пути, принимаемой для грузовых вагонов в пределах 6…10 мм); = f+(6…10), мм.

Если в рессорном комплекте включены фрикционные демпферы, то их сила трения должна составлять (8…10)% расчетной статической нагрузки вагона брутто.

Коэффициент относительного трения при параллельном расположении демпферов определяется по формуле:

;

а при последовательном;

;

где h, nжесткости упругих элементов, составляющих рессорный комплект;

— коэффициенты относительного трения составляющих рессорных комплектов.

Коэффициент относительного трения листовых рессор определяется по формуле

;

h, n-соответственно толщина листа и число листов рессоры, для эллиптическихчисло листов в одной половине ряда

L-рабочая длина рессоры;

— коэффициент трения между листами, при отсутствии опытных данных принимается: =0,4- для листов, смазанных графитом,=0,8-для несмазанных листов. В винтовых пружинах относительные трение мало: =0,005, поэтому оно в практических расчетах не учитывается.

3. Классификация, назначение и особенности конструкций тележек

Тележки вагонов относятся к ходовым частям. Они предназначены для обеспечения безопасного движения вагона по рельсовому пути с необходимой скоростью, плавностью хода и наименьшим сопротивлением движению. Конструкции тележек включают в себя колесные пары, буксы, рессорное подвешивание, возвращающие и стабилизирующие устройства.

Кроме перечисленных выше элементов тележка имеет раму, на которой крепятся детали рессорного подвешивания и тормозного оборудования, а также надрессорные и иные балки с подпятниками и скользунами, непосредственно воспринимающими нагрузки от рамы кузова вагона.

Высокая эффективность большегрузных вагонов и повышенной населенности пассажирского подвижного состава вызвала необходимость увеличения числа колесных пар, так как ограничена норма максимальной нагрузки от каждой колесной пары на рельсы. Однако, имея увеличенные продольные размеры, многоосные бестележечные вагоны не обеспечивали свободного прохода кривых участков железнодорожного пути малого радиуса. Это обстоятельство привело к необходимости объединения колесных пар в самостоятельные группы, то есть в тележки.

В результате при современных условиях эксплуатации железных дорог широкое распространение получили тележечные вагоны, которые по сравнению с нетележечными конструкциями, обеспечивают хорошее вписывание в кривые участки пути и меньшие вертикальные перемещения при передвижении по неровностям рельсов.

Кроме того, в конструкциях тележек более рационально размещаются система упругих элементов, гасители колебаний, стабилизирующие устройства и исполнительные органы тормозного оборудования, что позволяет проектировать вагоны с хорошей плавностью хода и устойчивым положением кузова при движении поездов с высокими скоростями.

3.1 Тележки грузовых вагонов

Современные грузовые вагоны магистрального и промышленного транспорта имеют двух-, трех-, и четырехосные тележки, а большегрузные транспортеры оснащены многоосными тележками, состоящими из набора перечисленных выше конструкций.

Двухосные тележки. В связи с недостатками поясных тележек, включая сложность изготовления и ремонта, а также низкую надежность в эксплуатации, их заменили тележками с литыми боковыми рамами типа МТ-50 (рис. 3.34, а), а затем более совершенными типа ЦНИИ-ХЗ-О (ЦНИИпрежнее название ВНИИЖТа, разработавшего конструкцию, Хпервая буква фамилии автора-Ханина, 3-третий вариант, 0-облегченная по результатам исследований МИИТа) (рис. 3.34, б), имеющими рессорные комплекты из пружин и клиновых фрикционных гасителей колебаний (модель 18−100) и являющиеся типовыми, и др.

Тележка модели 18−100 (рис. 3.34, б), рассчитанная на конструкционную скорость движения 120 км/ч, состоит из двух колесных пар 6 с четырьмя буксовыми узлами 5, двух литых рам 1, надрессорной балки 2, двух комплектов центрального подвешивания с фрикционными гасителями колебаний 4 и тормозной рычажной передачи 7.

Боковая рама (рис. 3.35, а) отлита из низколегированной стали марок 20 ФЛ или 20ГЛФ. Она имеет объединенные пояса и колонки, образующие в средней части проем для размещения комплекта центрального рессорного подвешивания, а по концам — буксовые проемы. Надрессорная балка (рис. 3.35,б) литая из стали марок 20ФЛ или 20ГФЛ, имеющая полую конструкцию замкнутого поперечного сечения и форму, близкую к брусу равного сопротивления изгибу. Она отлита вместе с подпятником, служащим опорой кузова вагона, и опорами для скользунов.

Тележки модели 18−115 (рис. 3.36), используемая в специализированных грузовых вагонах, обращающихся со скоростями до 140 км/ч, имеет улушенные динамические качества. Особенностями конструкции буксового узла тележки модели 18−115 является то, что на опорной цилиндрической части корпуса установлена перфорированная резиновая прокладка переменной толщины.

Рессорное подвешивание тележки модели 18−115 центральное, состоит из двух комплектов, устанавливаемых в средних проемах литых боковых рам. Каждый из них включает в себя семь тройных (двойных) пружин, расположенных по схемам, принятым в тележке 18 — 100. в качестве гасителя колебаний использован усеченный фрикционный клин, наклонная площадка которого развернута под углом 60 градусов к продольной оси тележки, что обеспечивает лучшую связь боковых рам в плане, чем клин тележки 18 — 100. наклонные поверхности фрикционных клиньев взаимодействуют с наклонными поверхностями надрессорной балки, а вертикальные — с фрикционными планками, укрепленными на колонках боковой рамы.

Для грузовых вагонов с нагрузкой от колесной пары на рельсы 25 т разработаны усиленные двухосные тележки моделей 18- 131, 18 -120 и 18 -755. в них конструкции применены нетиповые колесные пары с усиленными осями, шейки которых имеют диаметр 140 мм.

В тележке моделей 18 -120 кузов вагона посредством пятника опирается на подпятник надрессорной балки, а в тележке 18 — 755, кроме того, через упруго — фрикционные скользуны с моментом трения в горизонтальной плоскости 8 — 12 кН/м. литые боковые рамы и надрессорные балки тележек усилены. По своим прочностным и ходовым качествам тележки отвечают требованиям, обеспечивающим эксплуатацию со скоростями движения до 120 км/ч.

Тележка КВЗ-И2 (рис. 3.37, а) предназначена для рефрижераторных вагонов, эксплуатирующихся в поездах со скоростями до 120 км/ч. ее рама 1 опирается на буксовые узлы 2 колесных пар 5, проходя две ступени рессорного подвешивания (центральное 3 и буксовое 6) тормозное оборудование 4 с двухсторонним нажатием колодок.

Рама (рис. 3.37, б), в отличие от рассмотренных выше литых конструкций, сварена из двух продольных 1, двух средних 2 и двух концевых 3 поперечных, а также четырех вспомогательных продольных балок 4.

Буксовая ступень рессорного подвешивания (рис. 3.37, в) включает в себя два шпинтона 5, на которых размещаются однорядные пружины 2, опирающиеся через резиновые шайбы 6 на кронштейны 1 корпуса буксы. Каждый шпинтон 5 крепится к продольной балке рамы 3 болтами 4. снизу на нарезную часть шпинтона навертывается гайка 7 так, чтобы между шайбой и кронштейном 1 буксы оставался зазор а.

Трехосные тележки. Разработаны для шестиосных вагонов и применяются в основном на путях промышленного транспорта. Среди них лучшей является тележка типа УВЗ — 9 м (модель 18 — 102) конструкции Уральского вагоностроительного завода, третий модернизированный вариант. Последующие типы — УВЗ — 11 И УВЗ — 11 спроектированы с повышенной до 25 и 30 т осевой нагрузкой, которые затем объединены моделью 18 -0 102.пртведенные выше типы трехосных тележек разрабатывались на основе длительного опыта эксплуатации тележек, начиная с 1955 г. в тележке типа КУВЗ, разработанной совместно Крюковским и Уральским вагоностроительными заводами, часть недостатков устранили. Все эти тележки оснащены центральным рессорным подвешиванием. Трехосную тележку типа УВЗ — 10 м с буксовым подвешиванием разработал Уралвагонзавод, на каждом буксе которой размещалось по две двухрядных пружины с фрикционными гасителями колебаний.

Тележка типа УВЗ — 9 м (рис. 3.38) признана лучшей из трехосных конструкций.

Каждый из четырех комплектов рессорного подвешивания состоит из четырех двухрядных цилиндрических пружин одного пружинно-фрикционного гасителя колебаний. Пружины взаимозаменяемые с пружинами тележки модели 18 — 100. все литые детали, включая боковые рамы, надрессорные и шкворневые балки, балансиры, изготовлены из углеродистой стали марки 20Л1 пределом прочности 420 МПа.

Четырехосные тележки. Применяются в большегрузных восьмиосных полувагонах и цистернах, а также транспортерах. Они состоят из двух типовых двухосных тележек, объединенных соединительной балкой. Причем в полувагонах соединительные балки литой, а в цистернах — штампосварной конструкции.

Тележка модели 18 — 101 (рис. 3.39) имеет две двухосные тележки 1 модели 18 — 100, связанные между собой соединительной балкой 2. наиболее рациональной конструкцией, по сравнению с литой, является штампосварной вариант соединительной балки (рис. 3.40).

Основная техническая характеристика тележек грузовых вагонов приведена в таблице 3.1.1

Таблица 3.1.1 Техническая характеристика тележек грузовых вагонов

3.2 Тележки пассажирских вагонов

Тележка типа КВЗ-ЦНИИ (рис. 3.41) обладает лучшими ходовыми качествами по сравнению с КВЗ-5, большинство узлов и деталей которой использовано в новой конструкции.

Отличительной особенностью тележки типа КВЗ-ЦНИИ является опирание кузова на скользуны 1 (рис. 3.41, а), а не на подпятник, как это принято в ранее проектируемых конструкциях вагонов. Кроме того, в тележке КВЗ-ЦНИИ увеличен статический прогиб рессорного подвешивания до 190 мм вместо 120 -150мм в предшествующей конструкции. В результате удалось повысить конструкционную скорость движения до 160 км/ч при обеспечении необходимой плавности хода вагона. Этот способ отпирания кузова на тележки позволил снизить массу надрессорной балки 2, а с целью не допущения перекоса ее при действии момента сил трения между скользунами предусмотрены поводковые устройства 3, связывающие надрессорную балку 2 с боковыми продольными балками 4 рамы тележки.

Рама (рис. 3.41, б) тележки КВЗ-ЦНИИ сварная Н-образной формы, состоит из двух боковых продольных 1, двух средних поперечных 2, четырех укороченных концевых поперечных 4 и четырех вспомогательных продольных балок 3, предназначенных для крепления тормозной рычажной передачи. В средней части продольные балки замкнутого сечения из двух швеллеров № 20 сверху и снизу усилены листами стали толщиной 14 мм. По концам этих балок приварены планки 5 с кольцами 13, служащие для центрирования и крепления шпинтов, а посередине — кронштейны 9 для крепления гасителей колебаний и вертикальные скользуны 8 для ограничения поперечного перемещения надрессорной балки. Отверстия 10, предназначены для установки подвесок люльки и отверстия 11, служащие для крепления предохранительных болтов центрального подвешивания, усилены накладками, ребрами и обечайками. В средних поперечных балках 2 также имеются усиленные шайбами и ребрами жесткости отверстия 12 для крепления предохранительных скоб надрессорной балки.

Для подвешивания деталей тормозной рычажной передачи к поперечным средним 2 и 4 приварены кронштейны 6, в отверстия которых вварены втулки. Для ограничения продольных смещений надрессорной балки предусмотрены вертикальные скользуны 7, приваренные к средним поперечным балкам 2.

Надрессорная балка (рис. 3.41, в) тележки КВЗ-ЦНИИ сварная коробчатого сечения. Концевые ее части уширены для обеспечения хорошей опоры на трехрядные пружины центрального подвешивания и снабжены отверствиями 8, служащими для пропуска предохранительных болтов. Посередине балки укреплен подпятник 5, к которым сбоку прикреплены вертикальные скользуны 3, взаимодействующие со скользунами средних поперечных балок рамы тележки. По концам надрессорной балки расположены кронштейны 1 для гидравлических гасителей колебаний. Вертикальная нагрузка от кузова вагона передается через горизонтальные скользуны 4 надрессорной балки, а между пятником и подпятником, соединенными замковым шкворнем, должен быть вертикальный зазор 9 мм. В этом случае пятник и подпятник совместно с замковым шкворнем, состоящим из двух полушкворней, являются осью вращения тележки относительно кузова и служат для передачи тяговых и тормозных от тележки к кузову, а также восприятия сил, возникающих от момента трения при прохождении кривых участков пути.

Рессорное подвешивание (рис. 3.42) тележки КВЗ-ЦНИИ двухступенчатое (аналогичное подвешиванию тележки КВЗ-5)

Буксовая ступень (см. рис. 3.42,а) включает в себя два одинаковых параллельно работающих комплекта, каждый из которых состоит из шпинтона 2, наружной 3 и внутренней 4 пружин и фрикционного гасителя колебаний. С целью уменьшения шумовых высокочастотных колебаний между наружной пружиной 3 и поддоном корпуса буксы 15, приваренном к кожуху 6, предусмотрены резиновые прокладки 7 и 9, защищаемые от истирания металлическими кольцами 5 и 8. в состав гасителя колебаний входят: сменная фрикционная шпинтонная втулка 13, вокруг которой расположены шесть фрикционных конусных секторов (клиньев) 14, расположенных между верхним и нижним опорными коническими кольцами 10. на верхнее кольцо воздействует внутренняя пружина 4, нижнее кольцо 10 через резиновую прокладку передает нагрузку на поддон корпуса буксы 15 происходит взаимное перемещение и возникновения сил трения между клиньями 14 и шпинтонной втулкой 13, фиксация которой осуществляется корончатой гайкой 11 и тарельчатой пружиной 12.

Центральная ступень подвешивания (рис. 3.42,б) оборудована люлькой, состоящей из двух параллельных комплектов, на которых расположена надрессорная балка 15. каждый комплект включает две трехрядные пружины 13, опирающихся через прокладку 10 на поддон 12, подвешенный шарнирно к продольным балкам рамы посредством серег 4 и подвесок (тяг) 3. благодаря шарнирной опоре через валик 2 наличию радиальной поверхности верхней проушины подвесок 3 люлька может качаться поперек и вдоль вагона, создавая плавное отклонение кузова.

На случай обрыва подвесок 3 или серег 4 предусмотрены предохранительные болты 9 с Т-образными головками, опиращимися вверху через резиновую прокладку 6 на продольные балки рамы., а на нижние концы навернуты гайки 11. от падения надрессорной балки предусмотрена предохранительная скоба 14. от ее перекоса и смягчения продольных ударов, возникающих при прохождении кривых участков пути, каждый конец балки связан с рамой тележки упругим продольным поводком 1.

Центральное подвешивание снабжено гидравлическими гасителями колебаний 7, размещенными с каждой стороны тележки шарнирно укрепленными с каждой стороны тележки и шарнирно укрепленными верхними концами ЦК кронштейнам 5 боковых рам, а нижними — к кронштейнам 8 надрессорной балки. Расположенные под углом 35−45 градусов к горизонтали они способны гасить вертикальные и горизонтальные колебания надрессорной балки и кузова вагона.

Опора кузова на тележку (рис. 3.43, а) состоит из скользунов кузова 1 и тележки 2, взаимодействующих между собой. Скользун 2 через резиновую прокладку 4 опирается на дно коробки 3, укрепленной болтами к опре 6 надрессорной балки, где она центрируется с помощью штыря 5. такая опора повышает плавность хода вагона зс счет уменьшения боковой качки и гашения извилистого движения тележки. При этом момент трения межлу скользунами должен находиться в пределах 20−28Н/м, обеспечивающий поворот тележки относительно кузова при прохождении вагона в кривых участках пути. Это достигается применением рвзнородных материалов. Для скользуна кузова 1 применена сталь марки 40Х, а для тележки 2 скользун выполнен из серого чугуна СЧ 23−40. с целью не допущения задиров рабочей поверхности скользунов шливуют и смазывают.

Подобная конструкция опоры потребовала применения дополнителього устройства-направляющего упругого повадка (рис. 3.43, б), предназначенного для упругого ограничениягоризонтального перемещения надрессорной балки и возвращения ее в центральное положение. Он состоит из трубчатой тяги 6 с левой и правой цапфами на концах, резиновых пакетов 2, заключенных между тарелей 3 и шайбой 4. зазоры между вертикальными продольными скользунами надрессорной и поперечными балками регулируют при помощи гаек 1 и 5 в пределах запаса резьбы на левой цапфе тяги 6.

Тележки КВЗ-ЦНИИ выпускаются двух типов:1 тип предназначен для вагонов с массой брутто до 60 т; 2 тип-до 72 т. тележка 2 типа аналогична по конструкции и отличается от 1 типа более мощной рамой, имеющей концевые поперечные балки. Она оборудована усиленными люлечными подвесками, удвоенным числом гидравлических гасителей колебаний, пружинами, имеющими больший диаметр прутков и др. масса усиленной тележки увеличена на 0,4 т, она имеет меньший статический пробег по сравнению с тележкой 1 типа.

Для вагонов массой брутто до 108 т Калининский завод в 1959 г. построил трехосную тележку (рис. 3.44) с двухступенчатым рессорным подвешиванием, статический прогиб которого равен 168 мм. Отдельные комплекты центрального и буксового подвешивания аналогичны соответствующим конструкциям тележек КВЗ-ЦНИИ.

Центральное люлечное подвешивание трехосной тележки состоит из четырех комплектов, на пружины которых своими концами опираются две надрессорные балки, объединенные шкворневой балкой Н-образной формы. Нагрузка от кузова передается на подпятник, расположенный в центре шкворневой балки. Между скользунами кузова и надрессорными балками должны быть нормированные зазоры. В центральном подвешивании применены гидравлические гасители колебаний. Крайние комплекты буксового подвешивания аналогичны по устройству с тележками КВЗ-5, а средние выполнены без фрикционных гасителей колебаний и не имеют внутренних пружин. Внутренняя колесная пара загружена на 80% по сравнению с крайними, под пружины буксовых комплектов которых во время сборки подкладывают 10-миллиметровые прокладки. Кроме того, с целью улучшения плавности хода колесные пары трехосных тележек имеют уклон поверхности катания 1/40 вместо 1/20. Рычажная передача-с двухсторонним нажатием тормозных колодок.

Необходимость повышения скорости движения потребовали разработки усовершенствованных конструкций. В результате решений этой задачи Калининским (ныне Тверским) заводом совместно с ВНИИЖТ, ВНИИВ, ЛИИЖТ и др. была создана модернизированная тележка КВЗ-ЦНИИ-М, допускающая повышение скорости движения до 180 км/ч. Она отличается от рассмотренных выше тележек типа КВЗ-ЦНИИ увеличенным статистическим прогибом рессорного пдвешивания, более наденой однозвенной конструкцией люлечных подвесок вместо двухзвенных и др. С 1986 г. Калининский (Тверской) завод строит вагоны с модернизированным тележками. Для вагонов скоростных поездов (до 200 км) ч) Калининским вагоностроительным заводом разработана новая тележка типа ТСК-1 (тележка скоростная калининская, 1-й вариант).

Тележка типа ТСК-1 (рис. 3.45,а) предназначена для пассажирских вагонов скоростных поездов (до 200 км/ч).

В центральном подвешивании установлены вертикальные и горизонтальные гидравлические гасители колебаний. Кузов вагона опирается на скользуны. Буксовое подвешивание 2 аналогично по конструкции с тележкой КВЗ-ЦНИИ, но имеет гидравлические гасители колебаний и поводки, связывающие кронштейны букс с рамой тележки. Колесные пары 1 специальные, имеющие новый профиль поверхности катания с конусностью 1:100; 1:20; 1:7 и углом скоса рабочие грани гребня 65 вместо 60 в типовых колесных парах. Шейки оси удлинены для размещения третьего упорного подшипника.

Надрессорная балка 2 (рис. 3.45., б) сварная коробчатой формы с посадочными площадками по концам для установки пневматических рессор 4 центрального подвешивания, а в средней части имеет шкворневое устройство 1 с упругой посадкой. Балка снабжена подрезиненными, пластмассовыми скользунами 3, на которые опирается кузов вагона.

Тележка ТСК-1 оснащена дисковым 5 и магнитно-рельсовым 6 тормозами. Причем дисковый тормоз предназначен для производства служебного торможения, а совместно с магнитно-рельсовым — для экстренного торможения. Тележка оборудована колодочными устройством для очистки поверхности катания колес пред торможением.

В таблице 3.2.1 приведена основная техническая характеристика тележек пассажирских вагонов.

Таблица 3.2.1

Техническая характеристика тележек пассажирских вагонов

Заключение

Ходовые части — один из главнейших узел вагонов. Их функциональное назначение заключается в обеспечении безопасного взаимодействия вагона с железнодорожным путем во всем диапазоне скоростей движения.

Ходовые части современных вагонов обычно объединяются в одну унифицированную для большого числа типов конструкцию, которая называется тележкой вагона. Такая унификация осуществляется в пределах двух основных групп вагонов. Под грузовыми вагонами большинство типов устанавливается тележка грузовых вагонов, а под пассажирскими — пассажирских.

Условия работы деталей ходовых частей еще более сложные, чем у кузовов вагонов. Через них осуществляется передача статических нагрузок от вагона на элементы пути, от них зависят динамические процессы, возбуждаемые при движении вагонов по железнодорожному пути. Отдельные элементы ходовых частей, обладая высокой массой, испытывают в движении большие ускорения, а следовательно, помимо статистических нагрузок, на них действуют значительные силы инерции. Взаимодействие многих основных деталей ходовых частей реализуется через поверхность контакта, имеющую небольшую площадь. Это предопределяет вид их повреждений и износов. Ходовые части также подвержены воздействиям среды, в которой они работают (перепад температуры, влага, агрессивные компоненты груза в грязевых образованиях на деталях ходовых частей и т. д.).

Важнейшие требования к ходовым частям — обеспечение безопасности движения вагонов. Ходовые части играют основную роль в обеспечении комфортных условий, и по этому показателю они должны отвечать определенным требованиям.

Список использованных источников

1. Вагоны. Общий курс. Учебник для вузов. Лукин В. В. и другие.

2. Конструирование и расчет вагонов. Лукин В. В. и другие.

3. Вагоны. Основы конструирования и экспертизы технических решений. Азовский и другие.

4. Технология производства и ремонта вагонов. Учебник для вузов. Моторилов и другие.

5. Правила технической эксплуатации железных дорог.