Конструктивные особенности тележки

Тягово-ходовая экипажная часть тепловоза выполнена тележечной на двух движущих тележках с осевой характеристикой 3₀—3₀. По­этому от конструкции тележек в значительной степени зависят передача и реализация силы тяги, плавность хода и взаимодействие экипажной части и пути, безопасность движения и другие динамические характеристики тепловоза. На тепловозе применена унифицированная бесчелюстная тележка, разработанная и освоенная в серийном производстве ПО Ворошиловградтепловоз для отечественных магистральных грузовых тепловозов 2ТЭ116, 2ТЭ116А, 2ТЭ10В, ТЭ10М, ТЭ130, 2М62, маневровых — ТЭМЗ и экспортных грузо-пассажирских — ТЭ109 (модификаций 130, 131, 132, 142), ТЭ114, М62 мощностью 1470—2210 кВт в секции с конструкционной скоростью 100 км/ч —- 140 км/ч на колею 1520 мм  или   1435 мм.

Для исполнения такой широкой по назначению модификации тепловозов конструкция унифицированной бесчелюстной тележки предусматривает:

·         возможность изменения передаточного числа тягового редуктора с 4,41 (75/17) до 3,04 (70/23) при одном и том же тяговом электродвигателе, т.е. обеспечивается постоянство межцентрового расстояния тягового редуктора;

·         изменение ширины колеи с 1520 до 1435мм с вписыванием в габарит О-2Т за счет изменения положения дисков колесных центров или их сдвижки на колесной паре;

·         установку тормозного оборудования тележки двух систем тормозов — типа Матросова для грузовых тепловозов и для тепловозов с конструкционной скоростью 120 км/ч и выше со ступенчатым нажатием типа Кнорр и др.;

·         тягово-прочностные качества тележки из расчета максимально допустимой нагрузки от колесной пары на рельсы 226 кН (23 тс).

Тележка в исполнении для тепловоза 2ТЭ116  состоит из следующих основных частей: рамы тележки , трех колесно-моторных блоков 19, рессорного подвешивания 4, опорно-возвращающего устройства 12, рычажной передачи тормоза 2, воздухопровода тормозного 11, трубопровода песочного 1. Она представляет собой унифицированную бесчелюстную трехосную тележку с индивидуальным приводом каждой колесной пары через односторонний и одноступенчатый тяговый редуктор от тягового электродвигателя постоянного тока ЭД-118А или ЭД-118Б с циркуляционной принудительной системой смазки моторно-осевых подшипников. Установка двигателей на тележке выполнена опорно-осевой с рядным их расположением. Такое расположение двигателей является одним из средств улучшения использования сцепной массы за счет однозначного распределения нагрузок по осям от тяги при движении тепловоза. Как показали испытания, улучшилось использование сцепной массы тепловоза на 10—12 %.

  Рис.5. Тележка тепловоза 2ТЭ116:

1-песочная труба; 2-тормозная рычажная передача; 3-тормозная колодка;

4-пружинный комплект; 5-короткий кронштейн под буксовый поводок;

6-букса; 7-фрикционный гаситель колебаний; 8-длинный кронштейн под

буксовый поводок; 9-тормозной цилиндр; 10-контрольная риска на бандаже

колесной пары; 11-тормозной воздухопровод; 12-роликовая опора; 13-лест-

ница; 14-моторно-осевой подшипник; 15-рама тележки; 16-шкворневая бал-

ка; 17-шкворневое устройство; 18-колесная пара; 19-тяговый электродвига-

тель; 20-кронштейн подвески тягового электродвигателя; 21-клица вывод-

ных кабелей тягового электродвигателя.

Связь между рамой тележки и колесными парами осуществляется .через поводковые бесчелюстные буксы с жесткими осевыми упорами качения одностороннего действия. Такая связь позволяет передавать от колесных пар на раму тележки упруго, без наличия трения скольжения и зазоров, силу тяги и торможения, поперечные силы при набегании на рельс, а также обеспечивать симметричность и параллельность осей колесных пар в раме тележки и относительные вертикальные колебательные перемещения рамы тележки. Кроме того, для .уменьшения воздействия тепловоза на путь увеличена поперечная подвижность средней колесной пары за счет установки ее в буксах со свободным осевым разбегом ±14 мм.

Положение рамы тележки относительно колесных пар определяется пружинными комплектами индивидуального буксового рессорного подвешивания. Рессорным подвешиванием без учета поводков обеспечивается статический прогиб 126 мм и зазор 40—50 мм между корпусом буксы и боковиной рамы тележки, необходимый во избежание ударов при колебаниях надрессорного строения, возникающих при движении тепловоза и зависящих от состояния пути. Каждый пружинный комплект устанавливается с прокладками, которые служат для регулирования распределения нагрузок по осям тепловоза.

Параллельно индивидуальному буксовому рессорному подвешиванию включены фрикционные гасители колебаний сухого трения, которые способны одновременно гасить все три вида колебаний: подпрыгивание, галопирование и поперечную качку. Демпфирование колебаний регулируется изменением силы трения и на основании испытаний тепловоза обеспечивается в диапазоне 5—6 % к подрессоренному весу, что соответствует коэффициенту демпфирования 4—5, представляющему собой отношение работы сил трения фрикционных гасителей к работе упругих сил системы рессорного подвешивания при изменении прогиба от нуля до статического. Ведутся работы по внедрению гидравлических гасителей колебаний вязкостного трения.

В конструкции тележки применен пневматический, индивидуальный (для каждого колеса) колодочный тормоз с двусторонним нажатием чугунных гребневых тормозных колодок на колеса тепловоза. Каждое колесо обслуживается одним тормозным цилиндром через рычажную передачу. Рычажная передача имеет повышенную жесткость в поперечной плоскости благодаря установке между тормозными колодками поперечных триангелей для более надежного удержания колодок от сползания с бандажей и возможности применения безгребневых секционных тормозных колодок. Установочный выход штока тормозного цилиндра составляет 55 мм при зазоре 7 мм между колодкой и бандажом. Эксплуатационный выход штока должен быть в пределах 55 — 120 мм. Для его регулировки на продольных тягах рычажной передачи установлены типа «винт—гайка» регуляторы выхода штока тормоз­ного цилиндра. Проводятся опытно-конструкторские работы по внедрению тормозных цилиндров ТЦР-10'' со встроенными регуляторами выхода штока, позволяющие без ручных регулировок поддерживать постоянный бандажный зазор до полного предельного износа тормозных колодок.

Нагрузка от надтележечного строения тепловоза передается на четыре комбинированные с резинометаллическими элементами роли­ковые опоры, которые размещены на боковинах рамы тележки. Каждая опора по отношению центра поворота тележки установлена так, что роликовой частью обеспечивается поворот тележки и возвращающий момент, а поперечное перемещение кузова (относ) достигается за счет поперечного сдвига каждого комплекта из семи резинометаллических элементов, установленных на верхней плите роликовой опоры. Как возвращающий момент, так и момент упругих сил опор обеспечивают гашение относительных колебаний кузова и тележек в горизонтальной плоскости без установки дополнительных демпферов при движении тепловоза со скоростью до 120 км/ч. При таком опорно-возвращающем устройстве возможен устойчивый максимальный поворот тележки (с учетом относа) относительно кузова до 5°, а упругое опирание кузова позволяет получить дополнительный прогиб до 20 мм в рессорном под­вешивании тепловоза.

Сила тяги от рамы тележки на кузов передается шкворневым узлом, обеспечивающим поперечную свободноупругую подвижность шкворня кузова ±40 мм. Шкворень также является осью поворота тележки в горизонтальной плоскости. Вследствие минимального одинакового зна­чения поколесной базы тележки 1850х2 мм и рядного расположения двигателей шкворневой узел размещен на продольной балке, расположенной над боковинами рамы тележки. Хотя такое расположение устройства передачи силы тяги и снижает ее реализацию, но благодаря рядному расположению двигателей, сосредоточению основного прогиба рессорного подвешивания в первой ступени, поводковых бесчелюстных букс и упругого опирания кузова на раму тележки теоретический коэффициент использования сцепной массы тепловоза составляет 0,89, что значительно выше по сравнению с тепловозами 2ТЭ10Л, ТЭЗ, 2М62.

Тележка тепловоза прошла всесторонние испытания по своим динамико-прочностным и по воздействию на путь качествам   при участии ведущих научно-исследовательских институтов. По результатам испытаний были доведены:

·         прочностные качества корпусов букс, рамы тележки до обеспечения коэффициентов запаса прочности не менее 2;

·         показатели надежности и долговечности тягового редуктора до 1,2—1,8 млн. км пробега за счет замены жесткой зубчатой передачи с модулем 11 мм на передачу с модулем 10 мм и упругим зубчатым колесом;

·         показатели вертикальной и горизонтальной динамики, обеспечивающие без ограничения по ходовой части экипажа прохождения тепловозом прямых, крутых кривых участков пути и стрелочных переводов в результате замены жестких опор кузова на комбинированные с резино­металлическими элементами роликовые опоры.

Техническая характеристика тележки
Нагрузка от колесной пары на рельсы, кН  (тс)	226 (23)
Скорость, км/ч:
конструкционная	100
транспортируемая	120
Тип тяговых электродвигателей	ЭД-118А/ЭД-118Б
Число тяговых электродвигателей	3
Жесткость рессорного подвешивания, Н/м   (кгс/мм)	4435-103 (452)
Статический прогиб рессорного подвешивания, мм	126
Тяговый привод	односторонний, с опорно-осевой подвеской тяговых электродвигателей
Зубчатая передача	одноступенчатая, пря­мозубая,   с   модулем 10 мм, с упругим зубчатым колесом
Передаточное число зубчатой передачи	4,41 (75/17)
Тип и диаметр тормозных цилиндров	усл. № 553, 8''
Число тормозных цилиндров	6
Передаточное число рычажной передачи тормоза	7.78
Передаточное число рычажной передачи ручного тормоза	4,14
Расчетное нажатие тормозных колодок на ось при давлении воздуха 0,38 МПа  (3,8 кгс/см2), кН (тс)	140 (14,24)
Система опор кузова	четырехточечная, опоры роликовые, с резинометаллическими элементами
Поперечный разбег шкворня кузова, м:
общий	0,04
первоначальный свободный	0,02
последующий упругий	0,02
Тяговые свойства:
коэффициент использования сцепной массы	0,89
коэффициент тяги: сила тяги/нагрузка от колесной пары на рельс	0,18

Обе тележки (передняя и задняя) тепловоза по своей конструкции одинаковы, за исключением наличия на передней рычажной передаче ручного тормоза, подножек для входа в тепловоз и привода скоростемера. Ниже приведены конструктивные исполнения основных узлов и деталей тележки, их эксплуатационно-ремонтные особенности.

Рама тележки

Рама тележки предназначена для размещения колесно-моторных блоков с рессорным подвешиванием, тормозного исполнительного оборудования, опорных устройств надтележечного строения и механизма передачи силы тяги на кузов тепловоза. При эксплуатации рама тележки, кроме статических нагрузок от веса кузова с оборудованием, силы тяги (торможения) и реакций от тяговых двигателей, подвергается большим динамическим вертикальным и горизонтальным нагрузкам. Поэтому конструкция рамы тележки по основным элементам должна иметь на основании эксплуатации тележечных локомотивов и принятой ВНИИЖТ методике расчета коэффициент запаса прочности не менее 2 и 1,2 по пределу текучести материала при проверке ее на возможное соударение с продольным ускорением до 3g.

 

Рис.6. Рама тележки.

На рисунке показана рама тележки сварной конструкции. Основу рамы образуют две боковины 7 и 14, жестко связанные поперечными балками 8, 10 и 12, переднее концевое крепление 6 и шкворневая балка 11. Боковина в поперечном сечении представляет собой замкнутый профиль коробчатого сечения, сварена из стальных листов толщиной: боковых 10 мм, верхнего 14 мм, нижнего 22 мм. Сверху на боковины установлены платики 15 опор, снизу приварены литые кронштейны 5 и сварно-штампованные 4 с трапециевидными пазами для крепления буксовых поводков и установки опор пружин. Для повышения усталостной прочности (снижение коэффициентов концентрации) к нижнему несущему листу боковины кронштейны приварены внахлестку фланцами, имеющими минимальную толщину и параболическую форму поперечных граней. Кроме того, после приварки кронштейнов зоны основания сварных швов подвергают механическому упрочнению с помощью наклепа. Внутри боковин установлены диафрагмы, приваренные к боковым листам, для увеличения жесткости сечения в местах примыкания поперечных балок междурамного крепления. Снаружи на боковые листы боковин приварены через подкладки корпуса 1 фрикционных гасителей колебаний, кронштейны 2 тормозных цилиндров и имеются сквозные овальные отверстия, усиленные полыми вставками 9, для прохода горизонтальных рычагов рычажной передачи тормоза.

Поперечные балки 8, 10 и 12 междурамного крепления сварной конструкции также замкнутой коробчатой формы выполнены из стальных листов толщиной 14 мм и жестко связывают между собой боковины. Своими вертикальными ребрами поперечные балки приварены к внутренним боковым листам и специальным выступам нижних листов боковин. Сверху приварены проставочные листы 13, которые связывают поперечные балки с верхними листами боковин, образуя замкнутое сварное междурамное крепление. К нижним листам поперечных балок приварены литые кронштейны 3 для опор электродвигателей.

На средние балки междурамного крепления сверху строго на продольной оси рамы установлена и закреплена с помощью электросварки продольная литая шкворневая балка 11. Шкворневая балка имеет в средней части массивное шкворневое гнездо и развитые горизонтальные полки по концам для повышения жесткости ее крепления, так как через нее и шкворень передается сила тяги на раму кузова. В шкворневом гнезде монтируется подвижной в поперечном направлении шкворневой узел тележки, а в боковых стенках гнезда выполнены отверстия для установки пружинных комплектов упругих упоров шкворневого узла.

Переднее концевое крепление 6 выполнено сварным коробчатого сечения неотъемным, но изогнутым в средней части для удобства демонтажа фрикционного аппарата автосцепки. Оно своими торцами с помощью электросварки сопрягается с боковинами, связывая их для придания жесткости конечной части рамы тележки, и несет на себе кронштейны тормозной рычажной передачи тележки. Боковины, междурамные крепления, концевые балки изготовляют отдельно, подвергают термообработке (отжигу) для снятия напряжений от сварки и затем их сваривают. На собранную и сваренную из основных узловраму устанавливают и приваривают шкворневую балку 11 с окончательной механической обработкой по шкворневому узлу, корпуса 1 фрикционных гасителей колебаний, кронштейны 2 тормозных цилиндров и подвесок рычажной передачи тормоза, платики 15 под установку опор кузова. Затем производят ее механическую обработку по кронштейнам 5 и 4 крепления буксовых поводков и опор пружин с протяжкой трапециевидных пазов и по платикам 15 под установку опор кузова.

На каждую окончательно готовую раму тележки составляют паспорт, где отражается качество металла, сварных швов и их структура, монтажно-установочные размеры. Основные сварные соединения подвергают дефектоскопии (ультразвуковой, рентгеновской). Сварочные дефекты (трещины, непровары и включения с надрезом) не допускаются как весьма опасные для эксплуатации сварной конструкции рамы тележки, которая связана с безопасностью движения, работает в условиях высокой динамической нагруженности и должна обеспечивать надежную работу в течение всего срока службы тепловоза.

 

Колесные пары и буксы

Колесные пары тепловоза воспринимают и передают на рельсы массу кузова и тележек со всем оборудованием, а также собственную массу с деталями, смонтированными непосредственно на колесных парах (неподрессоренную). При движении тепловоза каждая колесная пара, взаимодействуя с рельсовой колеей, воспринимает удары от неровностей пути и направляющих сил и в свою очередь сама жестко воздействует на путь. Кроме того, колесной парой передается вращающий момент тягового электродвигателя, а в месте контакта колес с рельсами реализуется сила тяги и торможения. Величина и характер воздействия статических и динамических сил зависят от условий движения и состояния рельсового пути, конструкции и параметров ходовой экипажной части тепловоза.

Рис.11. Унифицированная колесная пара.

  1-зубчатое колесо; 2-шейка оси под моторно-осевой подшипник; 3-средняя

часть оси; 4-диск колесного центра; 5-обод колесного центра; 6-подступич-

ная часть оси; 7-центровое отверстие; 8-предподступичная часть оси;

9-шейка оси под буксовый подшипник; 10-ступица колесного центра; 11-бан-

даж; 12-бандажное кольцо.

Таким образом, колесная пара является одним из ответственных узлов ходовой экипажной части, от состояния которой зависит безопасность движения поездов. В связи с этим к выбору материала, изготовлению отдельных элементов и формированию колесной пары предъявляются особые требования. В условиях эксплуатации за состоянием колесных пар необходимы тщательный уход, своевременные осмотры и ремонт. Унифицированная колесная пара имеет ось, изготовляемую из осевой стали. На оси имеются: буксовые шейки для установки подшипников букс; предподступичные части; подступичные части, на которые напрессовывают колесные центры и зубчатое колесо; шейки моторно-осевых подшипников; среднюю часть. Все переходы с одного диаметра оси на другой во избежание концентрации напряжений выполняют плавными переходными галтелями радиусом 20- 60 мм. Подступичные части и шейки оси упрочняют накаткой стальными роликами при усилии на ролик 30 40 кН (3- 4 тс), создавая тем самым в поверхностном слое высокие остаточные напряжения сжатия, которые в 1,5- 2 раза повышают предел выносливости оси в зонах неподвижных посадок и делают ось менее чувствительной к концентрации напряжений. Глубина упрочненного слоя после накатки достигает 6-7мм, поверхностная твердость металла повышается на 25- 30 °/о. Шейки осей накатывают сферическими роликами, затем шлифуют или подвергают обработке цилиндрическим роликом для сглаживания поверхности. На концах оси выполнены: кольцевая канавка для установки стопорного кольца, предохраняющего внутреннее кольцо роликового буксового подшипника от сползания с шейки; проточка, на которую напрессовывается кольцо подшипника осевого упора буксы. В торцах оси выполнены центровые отверстия нормативных размеров, позволяющие в процессе эксплуатации производить обточку колес для восстановления профиля бандажей колесных пар и устанавливать вкладыши-втулки привода скоростемера, датчиков электродинамического тормоза и гребнесмазывателей. На пояске торца оси наносят знаки: дата и номер завода-изготовителя, номер плавки, порядковый номер оси, клейма ОТК и приемщика МПС.

 Рис.12. Клейма на торце оси:                                  

  1-клеймо приемщика МПС; 2-условный номер пункта, перенесшего знаки; 3-условный номер завода-изготовителя; 4-месяц изготовления оси; 5-год изготовления оси; 6-номер плавки;7-номер оси; 8-клеймо ОТК; 9-знак формирования колесной пары; 10-условный номер ремонтного пункта; 11-клеймоОТК; 12-клеймо приемщика МПС; 13-месяц форми- рования колесной пары;14-год фор- мирования колесной пары.

Зубчатое колесо тягового привода насаживают на ось в нагретом состоянии до температуры ступицы не более 443 К (170"С)с натягом 0,16—0,22мм. Для предупреждения коррозии посадочных поверхностей их покрывают лаком марки ВД4-3 или ГЭН-150.

Рис.13. Колесная

пара с электродви-

гателем ЭД-118Б:

  1-лабиринтное кольцо уплотнения циркуляционной системы смазки;

2-зубчатое колесо привода насоса смазки.

 

Оси колесных пар под тяговые электродвигатели ЭД-118Б, ЭД-125Б с циркуляционной системой смазки осевого подшипника в средней части имеют утолщение для крепления венца зубчатого колеса привода насоса смазки. Шейки оси под осевые подшипники двигателей выполнены диаметром 210мм вместо 215мм для ЭД-118А. На выходах шеек напрессовывают лабиринтные кольца уплотнения циркуляционной системы смазки.