Вагонные тележки и рессорное подвешивание

Вагонные тележки и рессорное подвешивание

Тележка объединяет в одно целое колесные пары, буксы, тяговые электродвигатели (ТЭД) с системой подвешивания и тяговые редукторы. Эти, ранее рассмотренные узлы, а также рессорное подвешивание, о котором речь пойдет далее, связаны друг с другом через раму тележки. На ней также размещаются устройства связи тележки с кузовом (рамой) тепловоза, которые выполняют ряд очень важных функций. К устройствам связи относят опорно-возвращающие устройства (опоры) и шкворневой узел тепловоза.

Классификация тележек. В конструкциях современных локомотивов стран мира наибольшее распространение получили тележечные экипажи. Тележки локомотивов различают по следующим основным признакам:

·      числу осей - двух-, трех- и четырехосные тележки;

·        типу рам - литые, с брусковыми боковинами и коробчатые (сварные);

·        конструкции связи колесных пар с рамой - челюстные и бесчелюстные тележки;

·        способу подвешивания ТЭД - опорно-осевое и опорно-рамное;

·        конструкции опорно-возвращающих устройств - роликовые с постоянным возвращающим моментом, комбинированные резино-роликовые опоры с упругим шкворневым устройством, маятниковые опоры с пружинными возвращающими аппаратами и пружинные устройства;

·        конструкции рессорного подвешивания - индивидуальное и сбалансированное.

Наибольшее распространение в тепловозостроении получили двух- и трехосные тележки. Четырехосные тележки применяют на магистральных тепловозах повышенной (4400 - 6000 кВт) секционной мощности, например, на опытных пассажирских тепловозах ТЭП80, маневрово-вывозных ТЭМ7, предназначенных для выполнения тяжелой горочной работы, и на опытных пассажирских электровозах ЭП200.

В процессе эксплуатации рамы тележек испытывают значительные статические (от веса кузова с оборудованием) и динамические нагрузки. Через раму тележки на главную раму и кузов тепловоза передаются тяговые и тормозные усилия, а также реактивные силы при работе ТЭД в режиме тяги. Поэтому в конструкцию рамы тележек тепловозов обычно закладывается коэффициент запаса прочности не менее 2.

Несомненно, что литые рамы и рамы с брусковыми боковинами обладают наибольшей прочностью и долговечностью. Тем не менее, несущие элементы рам тележек современных грузовых тепловозов, как правило, изготавливают коробчатыми, выполненными в виде сварных тонкостенных балок прямоугольного сечения. Это объясняется тем, что сварные конструкции имеют меньший вес и они дешевле в изготовлении. Следует оговориться, что в конструкциях коробчатых рам используются также литые и штампованные элементы (например, литая шкворневая балка), что обеспечивает им заданную прочность.

Особенности конструкций опорно-осевого и опорно-рамного подвешивания ТЭД, челюстных и поводковых (бесчелюстных) букс, а также их связи и размещение на рамках тележек тепловозов подробно рассмотрены в предыдущих статьях (см. «Локомотив» №9 и 10, 2007 г.)

Опорно-возвращающие устройства служат для передачи вертикальной нагрузки от веса кузова с оборудованием на тележки, удержания тележек во время движения тепловоза (например, при вилянии экипажа) в положении, при котором ее продольная ось совпадает с осью тепловоза. Также они обеспечивают ограниченный поворот тележек относительно оси кузова при прохождении тепловозом кривых участков пути, возвращают тележки в первоначальное положение при их отклонении от оси тепловоза.

На отечественных тепловозах нашли практическое применение все вышеперечисленные типы опорно-возвращающих устройств. Так, роликовые опоры с постоянным возвращающим моментом и моментом трения применены на тепловозах ТЭЗ, ТЭ7, 2ТЭ10Л, ТЭМ2; резино-роликовые опоры - на тепловозах 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2М62У, 2ТЭ116; маятниковые опоры - на тепловозах ТЭП60 и ТЭП70 № 001 - 007; пружинные опоры - на современных тепловозах ТЭП70.

Рассмотрим узлы связи кузова и рамы тележки на примере серийного грузового тепловоза 2ТЭ1ОМ. Нагрузка от кузова с оборудованием передается на раму тележки посредством четырех резинометаллических опор 2, расположенных на боковинах 1 рамы (. 79). Каждая из четырех подвижных опор 2 опорно-возвращающего устройства (. 80) состоит из литого стального корпуса 6, внутри которого находится подвижный механизм, состоящий из верхней опоры 1 и цилиндрических роликов 9, удерживаемых на опоре обоймами.

Нижняя опорная плита 8 подвижного механизма прикреплена болтами к корпусу 6 опоры, который, в свою очередь, размещен на боковине рамы 7 тележки.

Поверхности качения опорных плит выполнены наклонными, угол их наклона составляет 2°.

При движении тепловоза по колее, особенно в кривых участках пути, на поверхности роликов возникают большие контактные напряжения. Для обеспечения высокой надежности и заданного ресурса работы ролики подвижного механизма изготавливают из легированной стали 40Х и закаливают на глубину 3 мм до твердости по Роквеллу не ниже НRС 54 - 60.

На верхнюю опору 1 устанавливается упругий комплект, который состоит из семи резинометаллических элементов 2. Каждый такой элемент представляет собой резиновую шайбу толщиной 30 мм, привулканизированную к двум стальным пластинам. Шайбу изготавливают из резины 7-ИРП-1347. Рабочее положение упругого элемента фиксируется стаканом 3.

Передние (ближние к автосцепке) опоры 2 опорно-возвращающего устройства расположены (см. . 79) по радиусу 1632 мм относительно центра шкворня 4, задние - по радиусу 1232 мм. Такое расположение опор сделано для выравнивания нагрузок от колесных пар на рельсы.

Каждая опора выполняет функции опорно-возвращающего устройства и состоит из двух ступеней: нижняя жесткая ступень - роликовая опора качения, верхняя упругая - семь резинометаллических элементов. Роликовая опора качения обеспечивает поворот тележки относительно кузова (не более чем на 3 - 4°) и возврат ее в первоначальное положение благодаря наклонным I поверхностям опор, по которым перекатываются ролики.

Важное место в узлах связи тележек и кузова занимает шкворневое устройство (шкворень). Шкворень предназначен для передачи горизонтальных (тяговых и тормозных) и поперечных усилий от рамы тележки к кузову локомотива. Он также является центром поворота тележки относительно кузова.

Необходимо отметить, что на тепловозах старой постройки (ТЭЗ, М62, 2ТЭ10Л, ТЭМ2) тележки могли только поворачиваться относительно жесткого шкворня. Шкворневое устройство тележки тепловозов более поздних выпусков (2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2ТЭ116, 2М62У и др.) уже может перемещаться в поперечном направлении на ±40 мм. Это улучшает динамику экипажа при прохождении локомотивом кривых участков пути и позволяет обеспечить более плавное вписывание его экипажа, создает устойчивое положение тележек под тепловозом (уменьшается эффект виляния). При этом также снижается воздействие экипажа на путь и улучшаются динамико-прочностные показатели работы экипажной части тепловозов в целом.

Для уменьшения износа шкворневого узла, работающего в условиях трения скольжения, его поверхность смазывается осевым маслом с помощью специальной масленки.

Опорно-возвращающее устройство тепловозов 2ТЭ10М работает совместно со шкворнем следующим образом. При входе тепловоза в кривую его тележка поворачивается вокруг центра шкворня относительно продольной оси тепловоза. При повороте тележки ролики подвижного механизма каждой из четырех опор набегают на наклонные поверхности опорных плит.

Кузов тепловоза под действием центробежной силы F_цб от кривой радиусом R (F_цб=V²/R, где V - скорость движения) смещается в поперечном относительно оси пути направлении за счет сжатия упругих комплектов опор. При этом максимальное перемещение кузова ограничено жесткостью резины комплектов и составляет 20 мм. Затем вступает в работу пружина шкворневого устройства - за счет ее сжатия кузов может перемещаться в поперечном направлении дополнительно еще на 40 мм.

При вступлении тепловоза на прямой участок пути происходит возврат тележек в первоначальное (до входа в кривую) положение благодаря действиям возвращающего момента от горизонтальных сил, возникающих от наклонных поверхностей опор, и пружины шкворневого устройства. Необходимо заметить, что кроме возвращающего момента при повороте тележек, в опорах возникают и силы трения, которые способствуют уменьшению эффекта виляния экипажа при движении тепловоза, в том числе и на прямых участках пути.

После прохождения кривого участка пути ролики занимают среднее положение относительно наклонных поверхностей опорных плит.

На отечественных пассажирских тепловозах ТЭП70 применено опорно-возвращающее устройство, которое состоит из восьми высоких пружин и упругого шкворневого устройства с низким расположением шкворня. Возвращающая сила в таком устройстве возникает вследствие сопротивления пружин поперечному сдвигу. Пружины в этом случае выполняют двойную функцию: служат опорами и обеспечивают возврат тележек в первоначальное положение после прохождения тепловозом кривых участков пути.

Рессорным (упругим) подвешиванием называется совокупность упругих элементов, связанных с передачей вертикальных нагрузок в конструкции экипажной части тепловоза. При движении локомотива по рельсовой колее рессорное подвешивание выполняет следующие функции:

·      передает силы тяжести (вес) кузова и оборудования тепловоза на оси колесных пар;

·        смягчает (снижает) динамическое воздействие сил, действующих на локомотив со стороны пути, и гасит вертикальные колебания его экипажа;

·        более равномерно распределяет вес оборудования локомотива между осями колесных пар тележки при сбалансированном подвешивании.

Применение упругих элементов в конструкции экипажа смягчает удары, т.е. уменьшает динамическое воздействие неровностей пути на конструкцию локомотива (и членов локомотивной бригады) и виляние колесных пар локомотива в колее.

Энергия удара, получаемого тепловозом при прохождении стыка рельсов или неровности пути, преобразуется в энергию колебаний (вертикальных перемещений) кузова и тележек из-за упругой деформации элементов рессорного подвешивания.

Эти колебания характеризуются такими параметрами, как амплитуда и частота. Колебания экипажной части тепловоза должны носить затухающий характер, т.е. амплитуда каждого последующего вертикального перемещения упругих элементов рессорного подвешивания (за счет их сжатия или растяжения) должна уменьшаться.

Можно себе представить, насколько утомительной для пассажиров была бы поездка или работа локомотивной бригады на локомотиве, кузова которых постоянно совершают незатухающие колебания, не говоря о реальной возможности возникновения резонансных явлений. Для предотвращения этих опасных явлений в систему рессорного подвешивания современных локомотивов включают специальные устройства - гасители колебаний.

В качестве устройств, обладающих упругими свойствами, в рессорном подвешивании тепловозов нашли применение: винтовые пружины, листовые рессоры, резиновые элементы и пневматические устройства.

Рассмотрим эти упругие элементы рессорного подвешивания тепловозов.

Цилиндрическую винтовую пружину (.81) рессорного подвешивания тепловозов изготавливают из одного прутка круглого сечения кремнистой стали марок 60С2А или 65С2ВЛ. После термической обработки пружины рессорного подвешивания подвергаются упрочнению наклепом дробью, что улучшает их механические характетики (например, усталостную прочность) и устраняет мелкие дефекты на их поверхности.

Опорные поверхности пружин должны быть плоскими и расположены перпендикулярно оси пружины. Шаг навивки витков делают таким, чтобы при движении тепловоза при максимальном значении нагрузки на пружину не происходило смыкание ее витков, а между ними оставался зазор порядка 3 мм.

К геометрическим параметрам пружины относятся средний диаметр Д, высота в свободном состоянии h, число рабочих витков n, диаметр прутка d и др.

Пружина деформируется прямо пропорционально нагрузке Р (см. . 81,б) и имеет достаточно большой статический прогиб f_ст. Колебания экипажа в пружине гасятся очень медленно, что обусловлено отсутствием трения между витками. По этой причине в конструкциях рессорного подвешивания тепловозов одновременно с пружинами применяют специальные фрикционные гасители колебаний, резинометаллические амортизаторы или другие типы демпферов (гасителей колебаний).

Листовые рессоры 4 (. 82) тепловозов изготавливают из листов рессорной стали марки 60С2 с высоким содержанием кремния. Листы рессор подвергают термообработке. К сборке рессор допускаются листы с твердостью по Бринелю НВ 363 - 432. Минимальная толщина листов рессор после термообработки должна быть 15,5 мм.

Листовая рессора представляет собой комплект стальных листов, ступенчато уменьшающихся по длине. Нижние (самые длинные) 2 - 3 листа рессоры имеют одинаковую длину и их называют коренными. Комплект листов рессоры охвачен хомутом, который надевают на листы в нагретом состоянии. Для уменьшения износа листов рессор в работе и повышения чувствительности к изменению нагрузки поверхности листов смазывают смесью графита (50 %), солидола (25 %) и машинного масла (25 %).

Достоинством листовых рессор является их способность гасить энергию колебаний экипажа за счет сил трения скольжения между листами рессор. Однако они, по сравнению с пружинами, имеют достаточно большой вес и габариты, нечувствительны к небольшим по силе ударам и жестко передают их оборудованию тепловоза, имеют небольшой статический прогиб.

К основным характетикам винтовых пружин и листовых рессор, как и рессорного подвешивания тепловоза в целом, относятся статический прогиб f_СТ, жесткость Ж и гибкость Г.

Прогиб упругого элемента (см. . 3,6) под действием веса Р расположенных над ним узлов неподвижного тепловоза называется статическим прогибом f_ст. Принято, что рессорное подвешивание грузовых тепловозов должно иметь f_СТ = 120-130 мм, пассажирских-150-180 мм.

Отношение вертикальной нагрузки Р к прогибу f_СТ называется жесткостью Ж, т.е. Ж = Р/f_СТ. По жесткости Ж обычно характеризуют суммарную упругость рессорного подвешивания. Иными словами, жесткость представляет собой нагрузку, необходимую для прогиба упругих элементов на единицу высоты (обычно 1 мм).

Иногда для характетики упругих элементов используется понятие гибкость Г элемента, которая является величиной, обратной жесткости, т.е. Г = 1/Ж.

Резиновые элементы (виброизоляторы) получили самое широкое применение в экипажной части современных тепловозов. Они предназначены для защиты подрессоренных частей экипажа от высокочастотных вибраций (шумов), а также смягчения ударных нагрузок на экипаж тепловоза. В качестве упругого элемента используют морозоустойчивую и маслостойкую резину марок 7-НО-68-1 и 7-В-14. Температурный диапазон работы этих марок резины составляет от +100 до -55 °С.

Необходимо заметить, что резиновые элементы, изготовленные на основе синтетических каучуков, являются практически несжимаемым материалом, т.е. объем резинового элемента при деформации практически не изменяется. Для того чтобы обеспечить заданную величину прогиба резинового амортизатора, резина должна иметь возможность выпучиваться.

В рессорном подвешивании грузовых тепловозов 2ТЭ10М и 2ТЭ116 виброизоляторы установлены под пружинами 3 (см. . 79) и имеют вид кольцевых резиновых пластин высотой 20 мм. На пассажирских тепловозах ТЭПбО иТЭП70 (№ 001 -007) применены полые резиновые конусы, которые выполняют функции шкворневых устройств, точнее маятниковых опор кузова на тележки тепловоза.

В опытном порядке ряд секций тепловозов (ТЭ7-001, 2ТЭ1ОЛ-635, ТГМЗБ-2000, ТУ7-0088, 2ТЭ116-184 и ТЭМ7) были оборудованы пневматическим рессорным подвешиванием, в котором в качестве упругого элемента конструкторы применили эластичную резинокордную оболочку (пневмоэлемент). Применение в рессорном подвешивании пневмоэлементов (параллельно с цилиндрическими пружинами) позволило обходиться без демпферов, улучшить плавность хода тепловоза за счет регулируемого статического прогиба (65 - 180 мм) и уменьшить массу экипажной части. В этом типе подвешивания также отсутствует механический контакт и, как следствие, износ подрессоренных и неподрессоренных узлов и деталей экипажной части тепловоза.

Основные недостатки пневмоэлементов - большие габаритные размеры и значительная потеря упругости подвешивания в | случае потери давления воздуха в пневматической системе подвешивания. По этим и ряду других причин дальнейшее использование пневмоэлементов в конструкциях рессорного подвешивания тепловозов было приостановлено.

Гасители колебаний (демпферы) предназначены для обеспечения расчетного снижения амплитуды вынужденных колебаний подрессоренных масс тепловоза и предотвращения резонансных явлений.

Как уже отмечалось ранее, цилиндрические пружины - основной элемент рессорного подвешивания современных тепловозов. Они обладают малым внутренним сопротивлением (силой трения) и не способны в ограниченное время погасить колебания подрессоренных масс тепловоза. По этой причине в систему , индивидуального рессорного подвешивания тепловозов обязательно включают демпферы.

На отечественных тепловозах применяют два типа гасителей колебаний - фрикционный и гидравлический демпферы.

Фрикционный гаситель колебаний устанавливают в буксовой (первой) ступени рессорного подвешивания грузовых тепловозов 2М62У, 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2ТЭ116 и др. Такой тип демпфера обеспечивает преобразование механической энергии колебаний узлов тепловозов в работу сил трения, нагревания деталей демпфера и рассеивание тепловой энергии в окружающую среду.

Фрикционный демпфер состоит из стального корпуса, двух вкладышей и поршня со штоком. Корпус демпфера закреплен на ' боковине рамы тележки. Шток поршня через резиновые амортизаторы соединен с корпусом бесчелюстной буксы. Вкладыши демпфера имеют фрикционные накладки, которыми они с помощью пружины прижимаются к поршню.

Опыт эксплуатации тепловозов с фрикционными гасителями колебаний выявил ряд их недостатков: практически не гасятся высокочастотные колебания (шумы), не обеспечиваются заданная стабильность и надежность демпферов в работе. Так, из-за естественного износа пар трения демпфера значение силы трения может отклоняться от расчетной величины до 50 %. Как следствие, наблюдаются заметные расхождения в статических прогибах комплектов пружин колесных пар одной тележки, что приводит к снижению коэффициента использования сцепного веса и тяговых свойств тепловоза в целом.

Гидравлические гасители колебаний применены в кузовной (второй) ступени рессорного подвешивания пассажирских тепловозов ТЭП70 и маневрово-вывозных ТЭМ7.

Принцип их работы состоит в следующем. В рабочем цилиндре демпфера, который заполнен маслом и укреплен на кузове тепловоза, находится поршень, шток которого соединен с рамой тележки. При возникновении колебаний поршень поднимается вверх и вытесняет несжимаемую рабочую жидкость из полости над поршнем в полость под поршнем через дроссельное отверстие (канал) клапана. Фактически скорость истечения жидкости из цилиндра, зависящая от диаметра дроссельного отверстия, и является сопротивлением, на преодоление которого затрачивается энергия колебательного процесса. В процессе работы жидкость нагревается. Тепловая энергия от демпфера отводится в окружающую среду.

При обратном движении поршня (и подрессоренных масс) масло перетекает в полость над поршнем и дополнительно сливается в масляный резервуар, что значительно уменьшает силу сопротивления движению поршня демпфера. Таким образом, при колебаниях экипажа происходит последовательное перемещение поршня демпфера и перепуск жидкости через дроссельные отверстия клапанных устройств.

В целом гидравлические гасители колебаний работают более стабильно по сравнению с фрикционными демпферами. В устройстве значительно уменьшены силы трения скольжения и связанный с этим износ рабочих поверхностей пар трения.

Принципиальными недостатками гидравлического демпфера являются наличие больших усилий в штоке поршня гасителя при ударных и высокочастотных колебаниях экипажной части, а также сложность конструкции клапанных устройств, что снижает надежность работы тепловозов. По этим причинам такой тип демпфера не используется в буксовой ступени тепловозов вместо фрикционных гасителей колебаний.

Индивидуальное рессорное подвешивание имеют бесчелюстные тележки тепловозов 2ТЭ10М(В), 2М62У, 2ТЭ116 и др. При таком типе подвешивания каждая колесная пара тепловоза имеет независимые (индивидуальные) комплекты цилиндрических пружин 3 (см. . 1), расположенных между опорами рамы тележки и букс.

Для повышения прочности и надежности работы рессорного подвешивания каждый пружинный комплект вышеперечисленных серий тепловозов состоит из трех пружин разного диаметра (наружной, средней и внутренней), двух опорных подставок и регулировочных прокладок. Чтобы исключить касание пружин и защемление витков, пружины устанавливают в комплекте с зазором не менее 5 мм одна от другой и имеют противоположную навивку витков. Статическая нагрузка от подрессоренного веса тепловоза распределяется на три пружины комплекта в соотношении 65, 23 и 12 %.

Наибольшая допускаемая динамическая нагрузка (при движении тепловоза), которая может привести к смыканию витков пружин комплекта, составляет 63 кН.

Как уже отмечалось ранее, для гашения колебаний подрессоренного строения, неизбежно возникающих при движении тепловоза с индивидуальным рессорным подвешиванием, между рамой тележки и корпусом каждой буксы установлены фрикционные гасители колебаний (демпферы). Количество демпферов соответствует числу букс и колесных пар тепловоза.

К недостаткам индивидуального рессорного подвешивания можно отнести следующее: повышенная склонность тепловозов к боксованию при расхождении характетик пружинных комплектов колесных пар одной тележки и, как следствие, повышенный износ (прокат) бандажей колесных пар, некоторое снижение тяговых свойств локомотивов. Не случайно, с заменой грузовых тепловозов ТЭЗ и 2ТЭ10Л на тепловозы 2ТЭ10М(В) и 2ТЭ116, оборудованных индивидуальным рессорным подвешиванием, заметно увеличился прокат бандажей колесных пар. Поэтому дополнительно к существующим видам технического обслуживания локомотивов был введен ТО-4, предназначенный для обточки бандажей без выкатки колесных пар из-под тепловоза.

Сбалансированное рессорное подвешивание применено на тепловозах ТЭЗ, М62, 2ТЭ10Л, ТЭМ2, ТГМ6Д, ТГМ4В, ТГМ40 и др. Подвешивание каждой тележки образовано двумя самостоятельными сбалансированными комплектами упругих элементов. Каждый из комплектов расположен по одну сторону трехосной тележки и состоит (см. . 82) из трех балансиров 2, двух листовых рессор 4, четырех цилиндрических пружин 6 и 7, подвесок 1 и 3, валиков и втулок 10, предохранительных скоб 5, а также резиновых амортизаторов.

На буксы каждой колесной пары нагрузка передается через два балансира, установленных с наружной и внутренней сторон боковин рамы тележки. На каждой стороне тележки рессорное подвешивание сбалансировано в одну точку. Следовательно, двухтележечный тепловоз имеет 4 точки приложения результирующей силы веса тепловоза. Балансиры в системе рессорного подвешивания предназначены для выравнивания нагрузок между колесными парами при динамическом воздействии неровности пути на одну из них.

Тепловозы со сбалансированным рессорным подвешиванием менее склонны к боксованию, обладают более высокими тягово-сцепными свойствами, чем тепловозы с индивидуальным подвешиванием. Но они имеют быстро изнашиваемые узлы трения - балансиры, валики, втулки и наличники, которые надо смазывать в эксплуатации. Следует учитывать и то обстоятельство, что их замена на новые (или отремонтированные) при ремонтах тепловоза является очень трудоемкой операцией. Так, только на одной секции тепловоза 2ТЭ10Л насчитывается 48 комплектов валиков и втулок, которые требуют ухода в процессе эксплуатации. Также масса сбалансированного рессорного подвешивания примерно в три раза больше, чем индивидуального при одинаковой мощности тепловозов.

В конструкциях тепловозов различают также одноступенчатое и двухступенчатое рессорное подвешивание. Двухступенчатое подвешивание применяют на тепловозах с конструкционной скоростью выше 100 км/ч (2ТЭ121, ТЭП70, ТЭП75, ТЭП80 и др.), а также на маневровых тепловозах ТЭМ7 и ЧМЭЗ. Как отмечалось ранее, первая ступень подвешивания размещается между буксами и рамой тележки, вторая - между рамой тележки и кузовом тепловоза. Применение второй ступени позволяет увеличить суммарный статический прогиб рессорного подвешивания (до 180 мм), что необходимо при скоростном движении, и уменьшить динамическое воздействие экипажа на путь, но значительно усложняет конструкцию экипажной части тепловоза.

Учитывая особые требования, предъявляемые к экипажной части тепловозов по обеспечению безопасности движения, главный критерий любой ее конструкции - эксплуатационная надежность. Опыт эксплуатации тепловозов свидетельствует о более надежной работе трехосных бесчелюстных тележек с индивидуальным рессорным подвешиванием тепловозов 2ТЭ10В, 2М62У, 2ТЭ116 и др.

Вагоном называют единицу подвижного состава железных дорог, оборудованную средствами для включения в состав поезда и предназначенную для перевозки грузов и пассажиров.

Вагоны по назначению разделяют на грузовые и пассажирские. Парк грузовых вагонов (.) состоит из крытых вагонов, полувагонов, платформ, цистерн, вагонов изотермических и специального назначения. Парк пассажирских вагонов состоит из вагонов для перевозки пассажиров, почтовых, багажных, почтово-багажных вагонов, вагонов-ресторанов и вагонов специального назначения (вагоны-лаборатории, служебные и др.).

В зависимости от дальности перевозок пассажирские вагоны отличаются своим устройством. По назначению они бывают дальнего, межобластного и пригородного сообщения.

Крытые вагоны (. 83,а) предназначены для перевозки грузов, требующих сохранности и защиты от атмосферных воздействий. Кузов крытого вагона имеет в каждой из боковых стен задвижные двери, по два люка с металлическими крышками.

Грузоподъемность вагона 68 т., объем кузова 140 м³.

Полувагоны - наиболее распространенный вид вагонов грузового парка. Они служат для перевозки массовых навалочных, сыпучих грузов (уголь, песок, руда, щебень и др.). В полу кузова вдоль боковых стен предусмотрены разгрузочные люки, через которые сыпучий груз самотеком разгружается по обе стороны полувагона. Торцовые двери нужны для загрузки полувагона длинномерными грузами. В эксплуатации на железной дороге используют 4-х осные и 8-и осные полувагоны.

Разновидностью полувагонов являются вагоны - хопперы для перевозки только сыпучих грузов (щебень, гравий, цемент и др.) грузоподъемностью 50т. Хоппер имеет высокие боковые стены, а для перевозки цемента - крышу с загрузочными грузами. Торцовые стены наклонены .к середине вагона, где расположены разгрузочные люки.

На платформах перевозят длинномерные, громоздкие и тяжеловесные грузы. Их строят с невысокими откидными металлическими бортами, ппособлениями для установки стоек, необходимых при перевозке бревен, досок и т.п. Для перевозки крупнотоннажных контейнеров массой брутто 10, 20 и 30т. используют специальные 4-х осные платформы, оборудованные устройствами для установки и крепления контейнеров.

Жидкие грузы (нефть, керосин, бензин, сжиженный газ, кислоты и т.п) перевозят в цистернах. Цистерна представляет собой специальный металлический сварной резервуар (котел) цилиндрической формы, имеющий в верхней части люки для налива груза, а также для очистки и ремонта котла. В зависимости от перевозимых грузов могут быть разные конструкции цистерн.

Цистерны могут быть разделены на две группы:

общего назначения: для перевозки различных нефтепродуктов;

специальные: для перевозки отдельных видов грузов.

Цистерны общего назначения, служат для перевозки светлых (бензин, легроин и др.) и темных (нефть, минеральные масла и др.) нефтепродуктов.

Ввиду повышенной опасности светлых нефтепродуктов и ненадежной герметичности нижних сливных приборов цистерны для перевозки этих грузов оборудуют устройствами верхнего слива (клапанами).

В цистернах для темных нефтепродуктов предусмотрены нижние сливные приборы. Котлы цистерн для перевозки кислот изготовляют из кислотоупорных металлов - нержавеющей стали, алюминия.

Цистерны строят 4-х осными с объемом котла 72 м³ и 8-и осные (.) с объемом котла 134 м³.

Изотермические вагоны используют для перевозки скоропортящихся грузов. Для поддержания внутри вагонов необходимой температуры их оборудуют приборами охлаждения и отопления, а кузова имеют тепловую изоляцию.

Изотермические вагоны соединяют в рефрижераторные секции по 5 единиц. В одном вагоне размещают дизель-электростанцию, холодильное оборудование и обслуживающую бригаду механиков.

Вагоны специального назначения - предназначены для перевозки особых грузов. К ним относятся транспортеры - многоосные специальные платформы (12, 16, 20 и более осей) грузоподъемностью до 300 т. для перевозки громоздких и тяжеловесных машин и оборудования.

К специальным относятся также вагоны для перевозки автомобилей, вагоны-мастерские, вагоны-лаборатории, вагоны восстановительных и пожарных поездов.

Основными характетиками вагонов являются: число осей, грузоподъемность, тара, коэффициент тары, удельный объем кузова, удельная площадь пола, давление от колесной пары на рельсы, давление на 1м пути.

По числу осей вагоны подразделяют на 4-х, 6-и, 8-и и многоосные. От числа осей зависит грузоподъемность вагона - наибольшая масса груза, которая может быть перевезена по условиям прочности конструкции вагона. При большей грузоподъемности вагона будет меньше сопротивление движению поезда, а следовательно, сокращается расход электроэнергии и топлива на тягу поездов, сокращается расход материалов на 10-15% при строительстве, а также затрата на обслуживание и ремонт на 10-20% и другие преимущества.

Сумма грузоподъемности вагона (нетто) и собственного веса (тары) составляют полную массу вагона (брутто). Снижение тары вагона является одной из основных задач вагоностроения, так как при этом может быть увеличена грузоподъемность вагонов и достигнута экономия материалов при их постройке.

Важнейшим показателем технико-экономической эффективности вагона является коэффициент тары:

;

где Т - тара вагона, Р- его грузоподъемность.

Чем меньше , тем вагон экономичнее.

Для пассажирских вагонов  определяют отношением тары вагонов к числу мест.

Показателем вместимости вагонов является удельный объем кузова , а для платформ - удельная площадь  пола платформы:

; .

где  - объем кузова,м³;  - площадь пола платформы,м².

Воздействие вагонов на верхнее строение пути характеризуют нагрузкой, приходящейся на одну ось - q. Для грузовых вагонов она ограничивается значением q ≤ 228 кН (23т).

Таблица

Основные элементы вагонов

ходовые части, воспринимающие нагрузку от вагона и обеспечивающие безопасное и плавное движение;

рама вагона, воспринимающая нагрузку от кузова и передающая на ходовые части вертикальные и горизонтальные усилия, действующие на вагон;

кузов, предназначенный для размещения в нем пассажиров и грузов;

ударно - тяговые приборы, служащих для сцепления вагонов с локомотивом и между собой и смягчения растягивающих и сжимающих усилий;

тормозное оборудование для уменьшения скорости движения или остановки поезда;

Ходовые части тележки вагона включают колесные пары, буксы с подшипниками качения и рессорное подвешивание.

Рама вагона является основанием кузова и несущей конструкцией, состоящей из жестко связанных между собой предельных и поперечных балок. По концам рамы встроены автосцепные устройства.

Кузов вагона имеет форму в зависимости от его назначения. В грузовых вагонах металлическая обрешетка стен, жестко связанных с рамой, составляют несущую конструкцию. В пассажирских цельнометаллических вагонах боковые стены, пол и крыша являются несущими элементами.

Кузов вместе с рамой опирается на тележки (2-х, 3-х или 4-х осные). Тележки имеют возможность поворачиваться вокруг пятниковых опор на некоторый угол относительно рамы кузова для лучшего вписывания в кривые участки пути.

Вес вагона передается на буксы колесных пар, насаженные на шейки осей, через упругие элементы рессорного подвешивания.

Ударно - тяговые приборы служат для сцепления вагонов и локомотива, смягчения и передачи растягивающих и сжимающих усилий при движении поезда. На железных дорогах России используют автосцепку СА - 3.

Автотормозное оборудование, включающее пролетные трубы, концевые резиновые рукава, воздухораспределители, запасные резервуары, тормозные цилиндры, рычажную тормозную передачу и тормозные колодки, размещается под вагоном и на рамах тележек.

Для оценки принадлежности и роду работы вагона, его типа и технической характетики на все вагоны наносят знаки и надписи, в том числе и номер вагона.

Номер вагона, наносимый на боковой стене, у всех грузовых вагонов имеет восемь знаков. Он состоит из семи основных цифр, несущих информацию о типе вагона и его технических и коммерческих признаках, и восьмой - контрольный, предназначенный для проверки правильности номера в документах.

Первый знак номера кодирует тип вагона и ряд других технических средств на железнодорожном ходу: 0 - пассажирские вагоны; 1 - локомотивы, путевые машины, краны и другие механизмы; 2 - крытые грузовые вагоны; 3 - транспортеры, шестиосные вагоны, четырехколесные хоппер - дозаторы и думпкары; 4 - платформы; 5 -вагоны, находящиеся в собственности предприятий других ведомств; 6 - четырех и восьмиосные полувагоны; 7 - четырех и восьмиосные цистерны; 8 - изотермические четырехосные вагоны; 9 - прочие четырехосные вагоны.

Второй знак номера кодирует осность и основную характетику всех грузовых вагонов, кроме транспортеров; цифры от 0 до 8 второго знака обозначают четырехосные, а цифра 9 восьмиосные вагоны.

Третий, четвертый, пятый и шестой знаки номера у всех вагонов, кроме транспортеров, характетики не содержат, а седьмой знак кодирует наличие или отсутствие переходной площадки.

Номер пассажирского вагона состоит из восьми цифр. Первая из них 0 - определяет род вагона. Вторая и третья цифры - индекс приписки железной дороги. Четвертая цифра указывает на тип пассажирского вагона: 0 - мягкий или жестко - мягкий ; 1 - купейный; 2 - жесткий; 3 - межобластной с местами для сидения, 4 - почтовый; 5 - почтовый или почтово - багажный; 6 - вагон - ресторан; 7 - служебно - технический; 8 - принадлежащий другим ведомствам.

Пятая, шестая и седьмая цифры определяют разновидность основных типов пассажирских вагонов и их конструктивные особенности. Восьмая цифра - контрольный знак для проверки правильности считывания номера и его учета в ЭВМ.

Для удобства считывания номера он пишется на вагоне в виде дроби: числитель первые три цифры (тип вагона и дорога приписки), а знаменатель - основные пять цифр.

На каждый грузовой и пассажирский вагон составляется технический паспорт, в котором имеются записи дат проведения плановых видов ремонта, модернизации и указывается состояние вагона. Эти документы хранятся в отделах учета дорог и в Управлении статистики ОАО РЖД.

Общие сведения о локомотивном хозяйстве

Содержание ТПС в исправном состоянии, его техническое обслуживание и ремонт, организация эксплуатации локомотивных бригад обеспечивается деятельностью специальных предприятий и подразделений, имеющих необходимые сооружения, устройства и оборудование. Эти предприятия и подразделения образуют локомотивное хозяйство железной дороги.

Оно имеет:

основные локомотивные депо;

оборотные депо;

пункты оборота локомотивов.

Основное депо - предприятие, имеющее приписной парк локомотивов для выполнения поездной, хозяйственной и маневровой работы, а также необходимые технические средства для экипировки и выполнения ТО и ТР локомотивов.

Оборотные депо (пункты оборота) не имеют приписного парка локомотивов и предназначены для экипировки, технического осмотра (ТО1, ТО2) и мелкого ремонта локомотивов. (депо Владимир, Шахунья).

Депо подразделяются по видам приписных локомотивов, например:

«электровозное депо Московка»; «моторвагонное депо Железнодорожная».

Как правило депо имеют несколько видов подвижного состава, их называют «локомотивное депо».

Управление локомотивным хозяйством организовано по территориально-отраслевому принципу.

Железнодорожная сеть разделена на дороги. Дороги разделены на отделения. Управление и отделение руководят производственно-хозяйственной деятельностью подчиненных им предприятий и подразделений.

Оперативно-техническое руководство осуществлено по отраслевому принципу: - в управлениях - службы (Т), в отделениях - отделы (НОДТ).

Высший орган управления - Руководство компании ОАО РЖД, в составе которого имеются департаменты (главные управления) по отраслям хозяйства (ЦТ МПС, ЦВ, ЦД, ЦЭ…). ЦТ совместно с ЦД составляют планы размещения локомотивного парка в зависимости от объема перевозок, разрабатывает нормы локомотивов, технические мероприятия по улучшению использования локомотивов.

Разрабатывает и утверждает правила и технологические процессы ремонта локомотивов, участвует (совместно с другими департаментами) в разработке норм расхода материалов, топлива и электроэнергии, определяет техническую политику в локомотивостроении.

Служба (Т) осуществляет техническое руководство предприятиями локомотивного хозяйства, разрабатывает мероприятия по совершенствованию технологии эксплуатации и ремонта, техническому оснащению депо. Организует проведение комиссионных осмотров, ремонтных съездов.

Планирует проведение капитальных ремонтов локомотивов на ремонтных заводах, заключает договора на их проведение, разрабатывает планы модернизации локомотивов и реконструкции депо. Заключает договора на поставку технологического оборудования, капитальный ремонт, реконструкцию зданий и сооружений.

На НОДТ возложено планирование выдачи локомотивов под заданные размеры движения, контроль за выполнением норм пробега локомотивов между плановыми видами ТО и ТР, а также нормирование расхода топлива и электроэнергии.

Инвентарный - входят все локомотивы, состоящие на балансе депо, не зависимо от места их нахождения.

Перераспределение парка производят внутри дороги между депо по указанию начальника дороги по согласованию с ЦТ.

Исключение из инвентаря - если есть повреждения, стоимость восстановления которых превышает 60% первоначальной стоимости и при невозможности восстановления рамы кузова.

Опытные образцы - если дальнейшая эксплуатация нецелесообразна.

Составляется акт определенной формы, который через службу направляется в ЦТ МПС.

Локомотив считается исключенным из инвентаря после утверждения акта президентом или вице-президентом компании.

В таблице представлено распределение парка локомотивов по группам учета в зависимости от состояния и вида работ, а также по видам движения.

Не эксплуатируемый парк - включает исправный и неисправный подвижной состав.

отставленные по неравномерности движения (при уменьшении размеров движения - по приказу НОДа. Минимальный срок - 10 ч., максимальный - 10 суток. По истечении 10 суток они переводятся в резерв управления дороги (РУД).

в ремонте и на модернизации.

Учет наличия и состояния локомотивов ведет группа учета депо. Все изменения в наличии и состоянии локомотивного парка отражают в настольном журнале дежурного депо.

Кроме этого, исходными документами для учета являются: маршрут машиниста, график постановки локомотивов в ремонт и на модернизацию, книга готовности локомотивов к работе, акты на приемку или постановку локомотивов в запас МПС или РУД и некоторые другие.

Запас МПС и РУД

Постановка локомотивов в запас МПС и РУД производится по соответствующим инструкциям, с определенными параметрами (пробег, прокат, подготовительные работы (консервация).

Срок нахождения в запасе МПС и РУД не более 1 года. Локомотивы находящиеся в запасе МПС отправляют на базы запаса. В РУД требования менее жесткие. По приказу «Н» - могут оставаться на деповских путях.

Подвижной состав из запаса МПС выдают по приказу ОАО РЖД. Время готовности к отправлению с поездом - летом 12 ч, зимой 24 ч.

Участки работы локомотивов в грузовом движении сложились в процессе развития железных дорог (в зависимости от эксплуатационных возможностей паровозов) и получили название тяговых плеч.

Тяговое плечо - это участок железнодорожной линии между основным и оборотным депо (или между основными депо), на котором локомотив следует без отцепки от поезда, а локомотивная бригада без смены.

В целях повышения использования локомотивов и снижения их простоев на станциях основного и оборотного депо применяют кольцевую езду.

Схема плечевой езды - недостаток - частые отцепки локомотивов от поездов и заходы на территорию депо, вызывающие значительные потери времени. (. 85)

Схема кольцевой езды

В;Д - основное депо

А;Б;Г;Е - оборотные депо

Участки работы локомотивных бригад.

L_обр = 2L

Способ обслуживания поездов локомотивами, выбор длины тяговых плеч и участков обращения оказывают большое влияние на технико-экономические и эксплуатационные показатели работы дороги, депо (среднесуточный пробег, производительность локомотива, величину эксплуатируемого парка, маршрутную скорость и др.).

Некоторые показатели использования локомотивного парка

полный оборот локомотива на участке обращения - время с момента выхода его на контрольный пост до следующего выхода его на тот же контрольный пост.

- простой локомотива на станции основного депо (сортировочная станция)

- простой локомотива в пункте оборота

- простой локомотива на станции основного депо

- простой локомотива в пункте оборота (основное депо)

- коэффициент потребности локомотивов на пару поездов, он показывает число локомотивов для обслуживания одной пары поездов в сутки.

Если размеры движения  пар поездов в сутки, то потребное количество локомотивов на их обслуживание (эксплуатируемый парк) составит:

;

Для оценки деятельности железной дороги (отдельных депо) используют качественные и количественные показатели.

Качественные характеризуют объем выполненной работы - т.км.бр, лок.км.

Качественные - оценивают степень использования технических средств (локомотивов, вагонов): скорости движения поездов (V_y; V_т), оборот локомотива, среднесуточный пробег, средний вес поезда, производительность локомотива и др.

Маршрутная скорость - средняя скорость движения поезда между станциями формирования и назначения.

Участковая скорость - средняя скорость на участке обращения с учетом времени движения и стоянок на промежуточных станциях и на станциях смены локомотивных бригад.

,

где  - пробег поездов (общий), поездо-км,  - поездо-часы.

Величины  и  подсчитывают за определенный период времени по данным отчетности на основании маршрутов машинистов.

Техническая скорость - V_т

Средняя скорость движения по перегонам с учетом времени на разгон и торможение (без учета времени стоянок на станциях )(скорость в чистом движении).

   - поездо-часы в чистом движении.

Годовой пробег локомотивов, обслуживающий заданный участок обращения, млн.км/год

Потребное количество локомотивных бригад для обслуживания n пар поездов.

Явочное - фонд рабочего времени на 1 пару поездов

 - общее время в движении по участкам обращения.

 - дополнительное время работы локомотивных бригад на приемку и сдачу локомотивов (в депо- 0,5 ч., на станциях - 15-20 мин.).

n - число пар поездов

30,4 - среднее число суток в месяце

,4 - среднемесячная норма часов работы локомотивной бригады (норма выработки).

С учетом подмены бригад, находящихся в отпуске, командировке, больных и занятых на общественной работе, определяется списочное количество бригад (больше на 13%)

Литература:

1. Пассажирский тепловоз ТЭП70/Ю. В. Хлебников, Г.Е. Серделевич, Б.Н. Морош-кин. М.: Транспорт, 1976. 232 с.

2. Пойда А.А., Хуторяиский Н.М., Кононов В.Е. Механическое оборудование тепловозов: Устройство и ремонт. М.: Транспорт, 1986. 328 с.

3. Тепловоз ТЭЗ/К.А. Шишкин, А. Н. Гуревич, А. Д. Степанов и др. 6-е изд. М.: Транспорт, 1976. 284 с.

4. Тепловоз 2ТЭ,0Л/В. Р. Степанов, В.А. Береза, В. Е. Верхогляд и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1974. 320 с.

5. Тепловоз 2ТЭ10В: Руководство по эксплуатации и обслуживанию. М.: Транспорт, 1975. 432 с.

6. Тепловоз М62/С. П. Филонов, А.Е. Зиба-ров и др. М.: Транспорт, 1977. 280 с.

7. Тепловоз 2ТЭ116/С.П. Филонов, А.И. Гибалов и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1985. 327 с.

8. Тепловоз ТЭМ2/Руководство по эксплуатации и обслуживанию/П. М. Аронов, 2-е изд., исправл. и доп. М.: Транспорт, 1983. 239 с.

9. Тепловозы СССР. Каталог/ЦНИИТЭИ-тяжмаш. М.: 1988. 210 с.

вагон тележка упругое подвешивание