1. Колесные пары (практические занятия 1,2)
Цель занятий - изучить условия работы, классификацию и устройство колесных пар электроподвижного состава.
1.1. Краткие теоретические сведения
Колесные пары являются одним из наиболее ответственных элементов механической части локомотивов, так как от их состояния непосредственно зависит безопасность движения. Колесные пары передают нагрузку от массы локомотива на рельсы, направляют движение локомотива по рельсовой колее, обеспечивают реализацию силы тяги. Колесные пары также воспринимают динамические силы, связанные с колебаниями локомотива и ударами при движении по рельсовому пути. Для снижения этих сил целесообразно уменьшать массу колесных пар.
Силы воздействия колес и рельсов зависят от конфигурации профиля бандажа, которую следует выбирать так, чтобы обеспечивалась безопасность движения.
Взаимное проскальзывание колес, связанное с разностью их диаметров, снижает реализуемую силу тяги, поэтому целесообразно выбирать такой профиль колеса, чтобы износы поверхности катания в процессе эксплуатации были минимальными.
В зависимости от конструкции колесного центра принята следующая классификация колесных пар:
– спицевые (электровозы ВЛ19, ВЛ22м, моторные вагоны электропоездов);
– дисковые литые (электровозы ВЛ23, ВЛ8, ВЛ60, ВЛ80);
– дисковые катанные (электровозы Ф и Фп );
– цельнокатаные.
Спицевые, дисковые литые и дисковые катаные колеса являются сборными. Они обычно состоят из колесного центра, бандажа и заводного (бандажного) кольца. Дисковые цельнокатаные колесные пары являются безбандажными.
Рис. 1.1. Колёсная пара электровоза ВЛ10:
1 — ось; 2 — колёсный центр; 3— зубчатое колесо; 4 —бандажное кольцо; 5 — бандаж
Поскольку условия работы отдельных частей колесной пары существенно различаются, ее формируют из оси, колесных центров, бандажей и зубчатых колес. Колесные пары локомотивов с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей достаточно широко унифицированы. Колесная пара электровозов ВЛ60, ВЛ10, ВЛ80 (рис. 1.1) состоит из оси 1, двух движущих колес, состоящих из колесных центров 2 и бандажей 5 с бандажными кольцами 4. Зубчатые колеса 3 насажены на удлиненные втулки колесных центров.
Рис. 1.2. Колесная пара электровозов ЧС1, ЧС2, ЧСЗ
Односторонняя зубчатая передача применена на пассажирских электровозах ЧС1, ЧС2, ЧСЗ (рис. 1.2). Здесь венец зубчатого колеса 1 прикреплен болтами 2 к корпусу 3 колесного центра. Удлиненная ступица 4 служит для посадки подшипников качения редуктора зубчатой передачи.
Аналогичную конструкцию имеют колесные пары моторных вагонов электропоездов ЭР (рис. 1.3). Подшипники 2 под редуктор 1 зубчатой передачи насажены непосредственно на ось. Кольцо 3 предназначено для заземления.
Рис. 1.3 а. Колесная пара моторного вагона электропоезда
Рис. 1.3 б. Колесная пара моторного вагона электропоезда
1.2. Оси колесных пар
Наиболее ответственная часть колесной пары - ось - работает при вращении колесной пары по симметричному знакопеременному циклу, т. е. при каждом обороте колеса напряжение изгиба меняет свой знак. В результате в материале оси возникают усталостные явления.
При работе по симметричному циклу особенно опасна концентрация напряжений, которая появляется в местах перехода от одного сечения к другому. Ось имеет различный диаметр по длине в зависимости от испытываемых усилий и назначения отдельных ее участков, а также от типа подшипников, числа и способа насадки зубчатых колес. Если переход между цилиндрическими поверхностями разных диаметров имеет форму ступеньки, то в этих местах формируются концентраторы напряжений, которые показаны на рисунке 1.5 а. Концентратор напряжений снижает ресурс детали на 40 ÷ 50%, но самое опасное состоит в том, что концентратор напряжений может стать причиной излома детали в непредсказуемый момент. Поэтому во избежание концентраторов напряжений все переходы с одного диаметра оси на другой сопрягают плавными кривыми – галтелями рис. 1.5 б.
Оси выполняют из заготовок, прокатанных из специальной углеродистой стали Ос. Л ГОСТ 3281-86. Для повышения предела усталости цилиндрические поверхности оси (кроме средней части) и их галтели упрочняют накаткой роликами с усилием 30-40 кН. При этом предел выносливости стали повышается примерно в три раза.
На наружной поверхности заготовок не должно быть трещин, расслоений и других дефектов. Ось изготавливают ковкой с последующей нормализацией и отпуском.
Ось унифицированной колесной пары электровозов ВЛ10, ВЛ60, ВЛ80 (рис. 1.4) имеет две буксовые шейки 1, предподступичные части 2 (на них насаживают лабиринтные кольца осевой буксы), подступичные части (на них напрессовывают колесные центры), шейки моторно-осевых подшипников 4 и среднюю часть.
Рис. 1.4. Ось унифицированной колесной пары электровозов ВЛ60, ВЛ10, ВЛ80
У осей колесных пар колесные центры соединяют с осью запрессовкой оси в центр в холодном состоянии. Процесс запрессовки контролируется индикаторной диаграммой рис.1.6.
Сформированная колесная пара может быть допущена к эксплуатации, если индикаторная диаграмма отвечает следующим требованиям: сила запрессовки должна постоянно увеличивается без резких колебаний, в конце запрессовки между внутренними торцовыми поверхностями бандажей колес должно быть расстояние соответствующее значению колесной колеи, согласно ПТЭ – 1440 ± 3 мм; в конце запрессовки значение силы запрессовки должно быть в интервале значений 1050 ÷ 1155 кН. При не выполнении указанных требований колесная пара не допускается к эксплуатации.
Зубчатые колеса напрессовывают на втулку колесного центра с усилием 500-800 кН. Допускается насадка в нагретом состоянии с натягом 0,20-0,28 мм при температуре 200-250°С.
Посадку проверяют контрольным усилием, равным 300-400 кН.