Пассажирская тележка в габарит 1-ВМ

Размещено на Allbest.ru

1. История развития пассажирских тележек

1. 1 Развитие отечественных тележек пассажирских вагонов

тележка пассажирский вагон

Пассажирский вагонный парк является одним из важнейших видов железнодорожного подвижного состава. От его технического состояния и способности удовлетворять потребности в перевозках зависит качество обслуживания и своевременность доставки пассажиров, производительность и экономические показатели работы железных дорог.

Пассажирский вагон является неотъемлемой частью пассажирского комплекса железных дорог, обеспечивая возрастающий спрос на сервисные услуги железнодорожного транспорта. Критерии оценки обслуживания пассажиров характеризуются такими показателями, как комфортабельность и плавность хода вагона.

История развития пассажирских тележек тесно связана с общим развитием железнодорожного транспорта. Годом рождения отечественного вагоностроения является 1846г. Первые пассажирские вагоны были построены для железной дороги между Петербургом и Царским Селом, которая предназначалась для увеселительных поездок столичной знати. Уже при создании первых вагонов (1846г.) уделялось большое внимание конструкции, прочности и надежности тележек пассажирских вагонов.

Строительство тележек характеризуется четырьмя периодами:

1) 1846-1874 гг. - организация производства на отечественных машиностроительных заводах зарубежных аналогов пассажирских вагонов, отличавшихся конструкционным разнообразием, период постройки первых тележек и последующего совершенствования их, причем вторая часть этого периода отмечается полным затишьем в постройке новых типов тележек и вагонов;

2) 1875-1917 гг. - создание отечественной вагоностроительной промышленности, формирование пассажирского вагонного парка, зарождение науки о вагонах, годы общего подъема вагоностроения, когда появился ряд новых тележек, заменивших и вытеснивших тележки первого периода;

3) 1918-1945 гг. - формирование единой научно-технической политики по пассажирскому вагоностроению, проектированию и эксплуатации вагонов, преобладает постройка тележек для пассажирских вагонов и сокращается строительство их для товарных вагонов;

4) 1946-2006 гг. - создание и модернизация цельнометаллических пассажирских вагонов, а также вагонов и тележек нового поколения и организация их производства.

Тележка первых пассажирских вагонов, сконструированная американцем Уайненсом, носила его имя (рисунок 1). Тележка состояла из двух колесных пар, на наружные шейки которых были надеты две коробчатые буксы простейшего типа с медными подшипниками. Буксы обеих осей при помощи болтов снизу связывались продольным брусом из полосового железа. Расстояние между осями составляло 1228 мм. К средней части рессоры двумя хомутами прикреплялся поперечный деревянный брус, армированный железом. В брусе имелось отверстие для шкворня и ползуны по краям. На этот брус опирался кузов вагона имевший для этого особый надтележечный брус.

Р и с у н о к 1 - Тележка первых вагонов Петербурго- Московской ж. д.

(1846-1850гг.)

В 70-х годах начальником Александровского завода инж. Рехневским были спроектированы тележки новой системы (рисунок. 2). К жесткому соединявшему буксы брусу была подвешена продольная рессора на серьгах. На эту рессору, опиралась другая плоская рессора, выгнутая в противоположную сторону; на ней лежал шкворневый брус с ползунами, и к ней же на серьгах подвешивался кузов вагона.

Р и с у н о к 2 - Тележка пассажирских вагонов Петербурго- Московской ж. д. инж. Рехневского (1865г.)

На тележке инж. Рехневского впервые было осуществлено двойное подвешивание вагона на рессорах, чем ослаблялась толчки и достигался более плавный ход вагона. Она была поставлена под многими пассажирскими вагонами. Распространения тележка инж. Рехневского не получила, так как четырехосные вагоны в это время уже не строились.

В 80-х годах истекшего века известным американским вагоностроительным заводом Пульмана была сконструирована сохранившаяся до наших дней двухосная тележка для пассажирских вагонов. В ней было применено двойное подвешивание кузова при помощи поперечных плоских и спиральных круглых рессор (рисунок 3). Существенным отличием ее явилась возможность некоторой свободы колебаний в поперечном направлении кузова вместе со шкворневым брусом. Применение четырех спиральных рессор на продольном балансире способствовало поглощению толчков от рельсовых стыков. Все это сделало ход вагонов на тележках Пульмана весьма спокойным, и они получили самое широкое распространение во всех странах.

Р и с у н о к 3 - Первая тележка Пульмана, построена Александровским заводом для пассажирских вагонов (1872г.)

В 1873 г. они были применены на Петербурго-Московской ж. д. под пассажирскими вагонами I и II классов. В 1879 г. по заказам Главного общества российских железных дорог Ковровские мастерские строили четырехосные вагоны уже на пульмановских тележках.

По типу тележки Пульмана Александровским заводом была спроектирована и построена в 1885 г. первая четырехосная тележка для двух вагонов длиной 25 250 мм, построенных в 1850 г. Она имела семирядные поперечные плоские рессоры, которые при помощи люльки передавали вес вагона на раму тележки, опиравшуюся четырьмя спиральными рессорами на балансиры между двумя парами колес. Эта тележка для длинного вагона являлась очень спокойной на ходу.

В 1882 г. пассажирские вагоны на тележках Пульмана стал строить Русско-Балтийский завод в Риге. В этот период завод выработал два новых типа тележек для пассажирских вагонов, которые были им применены при редких в то время заказах четырехосных пассажирских вагонов.

На рисунке 4 показана тележка с двойной подвеской, с плоскими продольными рессорами над буксами и поперечными - под брусом. Впоследствии державки длинных шпинтонов у продольных рессор были подняты вверх, а под нижние части поставлены спиральные пружины с навинченными на концы шпинтонов гайками и чашечными шайбами. Таким образом, получился тип тележки с тройным подвешиванием, по плавности хода и смягчению толчков не уступающий тележке Пульмана. Тележки с тройным подвешиванием строились в нескольких вариантах. Особенностью этого типа тележек были впервые примененные плоские рессоры так называемого экипажного типа с загнутыми в ушко концами.

Р и с у н о к 4 - Первая тележка Русско-Балтийского завода с двойным подвеши вание (1882г.)

На рисунке 5 показана упрощенной конструкции тележка Русско-Балтийского завода, изготовленная им в 1884 г. Она, так же как и предыдущая, не имела пульмановского тяжелого надбуксового балансира; рама ее была деревянная, армированная железом. Вместо железных тормозных триангелей в ней впервые были поставлены треугольного вида деревянные брусья, к которым железными хомутами прикреплялись подвески тормозных колодок.

Р и с у н о к 5 - Тележка Русско- Балтийского завода с двойным подвешиванием (1884г.)

Тележки Пульмана и тележки Балтийского завода получили широкое применение при постройке пассажирских вагонов в 1890-1910 гг.

Большое распространение в пассажирских вагонах имела тележка системы Фетте с двойным подвешиванием, созданная в 1912г. (рисунок 6).

Р и с у н о к 6 Тележка системы Фетте с двойным подвешиванием, 1912г.

По существу она является тележкой Пульмана, но длинный и тяжелый балансир у нее заменен легким коротким изогнутым рычагом над каждой буксой. Поэтому вместо двух четырехрядных спиральных пружин с каждой стороны (как это имеется в тележках Пульмана) в тележке Фетте над короткими рычагами каждой оси поставлено по две двухрядных спиральных пружины. Достоинством тележки Фетте, так же как и тележки Пульмана, является осевое расположение рамы и пружин над серединой буксе и подшипника. Этим предотвращаются всякое перекашивание направляющих букс, заедание их, неравномерный износ щек и наличников, а также изломы и трещины рам, имеющие место в тележках при внеосевой передаче давлений и нагрузок.

В 1926-1928гг. Путиловский завод разработал конструкцию тележки тройного подвешивания для жестких купейных вагонов, использовавшихся для перевозки курортников. Такая тележка, получившая название курортного типа, строилась Калининским заводом.

С появлением новых типов пассажирских вагонов, увеличением скоростей движения, веса и длины поездов было установлено, что основными причинами утомляемости человека в пути следования являлись колебания, которые вызывали изменение относительного положения частей тела. Поэтому с конца 1930-х гг. стали создавать и испытывать тележки различных конструкций с целью обеспечения плавности хода, восприятия неровностей пути, смягчения передаваемых от них на кузов колебаний.

Первые бесчелюстные тележки были построены в 1940г. на Калининском заводе для мягкого вагона длиной 20, 2м. их проектировали на базе тележек ЦВТК, но отличались от последних конструкцией буксового узла (рисунок 7). Они имели более простую конструкцию и меньшую массу - 8т., поэтому в 1948г. была построена опытная партия бесчелюстных тележек. Бесчелюстные тележки свободны от свойственного другим конструкциям существенного недостатка - интенсивного износа букс и их направляющих. Поэтому бесчелюстная тележка с 1950г. принята в качестве типовой для вагонов длиной 23, 6м.



Р и с у н о к 7 - Бесчелюстная тележка

С 1952г. такие тележки строились с литыми надрессорными балками. С 1951г. было начато изготовление опытных бесчелюстных тележек с роликовыми подшипниками в буксах.

Еще лучшими ходовыми качествами обладала тележка, созданная Калининским заводом и названная тележкой типа КВЗ - ЦНИИ (рисунок 8). Серийный ее выпуск начат в 1962г. От прежних конструкций тележка типа КВЗ - ЦНИИ отличалась также увеличенным статическим прогибом рессорного подвешивания (190 вместо 120 - 150 мм). Тележка обеспечивала необходимую плавность хода при скорости движения 160 км/ч. Однако возникла задача создания вагонов, позволяющих увеличить скорость движения поездов. Эту задачу решал Калининский завод совместно с научными организациями. Так была создана модернизированная тележка типа КВЗ-ЦНИИ-М, отличающаяся увеличенным статическим прогибом рессорного подвешивания, изменением формы люлечных подвесок. Модернизация включала в себя установку наклонных гидравлических гасителей колебаний в центральном рессорном подвешивании, замену клиновых фрикционных гасителей колебаний в буксовой ступени рессорного подвешивания резиновыми прокладками определенной жесткости.

Р и с у н о к 8 - Тележка типа КВЗ-ЦНИИ

Все пассажирские вагоны с 1950 по 1960г. строились на тележках типа ЦМВ, рассчитанных на скорость до 120 км/ч. Эти тележки не имеют гидравлических и фрикционных гасителей колебаний; в центральном рессорном подвешивании вместо пружин применена листовая эллиптическая рессора Галахова.

В период 1960 по 1962г. вагоны строились на тележках КВЗ-5 рассчитанных на скорость движения до 140 км/ч. Тележка КВЗ-5 легче тележки ЦМВ на 1200 кг за счет уменьшения базы с 2700 до 2400 мм и диаметра колес с 1050 до 950 мм. По устройству она отличается от тележки КВЗ-ЦНИИ конструкцией фрикционного гасителя колебаний, параметрами пружин, отсутствием поводков.

Дальнейшее совершенствование тележек пассажирских вагонов связано со значительным повышением в перспективе скоростей пассажирских поездов (до 200-250 км/ч). На перспективу прототипом тележки пассажирского вагона может служить тележка ТСК-1 (рисунок 9), спроектированная для вагонов скоростного поезда РТ-200. Эта тележка рассчитана на скорость движения 200 км/ч.



1 - колесная пара; 2 - буксовое подвешивание;

3 - надрессорная балка; 4 - пневматическая рессора;

5 - рама; 6 - магниторельсовый тормоз

Р и с у н о к 9 - Тележка типа ТСК-1

С появлением новых типов пассажирских вагонов, увеличением скоростей движения, веса и длины поездов было установлено, что основными причинами утомляемости человека в пути следования являлись колебания, которые вызывали изменение относительного положения частей тела. Поэтому с конца 1930-х гг. стали создавать и испытывать тележки различных конструкций с целью обеспечения плавности хода, восприятия неровностей пути, смягчения передаваемых от них на кузов колебаний.

Вывод: Таким образом, в конце ХIХ в. пассажирские вагоны отличались улучшенной плавностью хода благодаря применению тележек системы Фетте и тройного рессорного подвешивания. Двухосные тележки, которые чаще других использовались в конструкциях пассажирских вагонов начала ХХ в., имели улучшенные показатели рессорного подвешивания. Во второй половине XX в. пассажирский вагон стал легче (за счет применения новых материалов при сохранении прочности, повышении долговечности), что способствовало повышению скорости движения на железных дорогах и росту пассажирооборота (за счет увеличения вместимости вагона).

Во второй половине 1990-х гг. был разработан проект комплексной модернизация тележки типа КВЗ-ЦНИИ. Модернизация включала в себя установку наклонных гидравлических гасителей колебаний в центральном рессорном подвешивании, замену клиновых фрикционных гасителей колебаний в буксовой ступени рессорного подвешивания резиновыми прокладками определенной жесткости.

При создании вагонов нового поколения были освоены принципиально новые тележки безлюлечного типа с дисковыми и магниторельсовыми тормозами, обеспечивающими безопасность движения и плавность хода при скоростях до 200 км/ч.

Наличие большого количества вариантов тележек пассажирских вагонов затрудняет выбор лучших технических решений и направлений их модернизации с целью обеспечения плавности хода.

1.2 Особенности тележек пассажирских вагонов за рубежом

Одной из важнейших целей, которая ставится перед пассажирскими перевозками, является скорость доставки пассажира из одного пункта в другой, при безусловном соблюдении безопасности движения и создания комфортных условий. Скоростное движение, в настоящее время, широкое распространение получило Японии, в развитых странах Западной Европы, США.

Железнодорожные вагоны в различных странах мира существенно различаются конструкцией ходовых частей. В странах Западной Европы парк пассажирских вагонов в основном состоит из четырехосных. Вместе с тем на железных дорогах стран Западной Европы наблюдается тенденция увеличения производства пассажирских вагонов.

Конструкции тележек пассажирских вагонов в странах Европы, Америки и Азии очень разнообразны и существенно различаются в зависимости от класса вагона или поезда. За типовую для вагонов дальнего следования на железных дорогах Западной Европы принята тележка, прототипом которой послужила тележка «Мин-ден-Дейтц».

Р и с у н о к 1. 1 - Тележка Минден- Дейц

Эта тележка имеет двойное подвешивание. В конструкции буксового подвешивания, выполненного бесчелюстным, предусмотрены устройства, обеспечивающие связь колесных пар с рамой тележек в продольном и боковом направлениях. Достаточно жесткая связь колесных пар с рамой способствует тому, что виляние колесных пар совершается со значительной длиной волны, составляющей в зависимости от величины проката колес 17-24 м.

Подобная конструкция буксовых связей применена в тележках отечественных вагонов. При сборке тележек с такой конструкцией связи колесных пар с рамой особое внимание обращают на точность установки колесных пар (базу тележки выверяют с точностью до 0, 1 мм).. Поводки связи колесных пар с рамой крепят к корпусам букс и к раме тележки так, чтобы под номинальной нагрузкой брутто в них практически не возникало напряжений. Этого достигают в результате тщательной сборки тележки и высокой точности изготовления деталей.

Характерной особенностью рассматриваемой тележки является ее универсальность. Тележки этого типа можно подкатывать под вагоны весом 30-72 тс. В зависимости от веса вагона меняют лишь пружины, продольные буксовые поводки и тормозное оборудование. В последние годы в конструкцию тележки введены опоры на скользуны и продольные тяги, связывающие надрессорную балку с рамой тележки.

В настоящее время во многих странах мира в подвешивании вагонов все шире применяют пневматические упругие элементы. Наиболее широко пневматическое подвешивание используют на железных дорогах Японии, где пневморессоры применяют в тележках не только пассажирских, но и грузовых вагонов.

С открытием в Японии новой линии Токио - Осака начался очередной этап развития железнодорожного транспорта. В регулярную коммерческую эксплуатацию была введена первая в мире высокоскоростная железнодорожная магистраль, так называемая Новая линия Токайдо. Наиболее известна тележка с пневматическим подвешиванием модели ДТ-200 (рисунок 1. 2) вагонов скоростного поезда линии Нью-Токайдо (Япония), предназначенных для движения со скоростями до 240 км/ч. Тележка оборудована двумя тяговыми двигателями мощностью по 185 кВт. Подвешивание в тележках двойное: буксовое из витых пружин с гидравлическими гасителями колебаний и центральное безлюлечное из диафрагменных упругих пневмоэлементов, воспринимающих как вертикальные, так и горизонтальные (боковые) усилия. Вертикальные колебания в центральном подвешивании гасятся при помощи дросселей, установленных между упругими пневмоэлементами и дополнительными резервуарами. Горизонтальные колебания гасятся горизонтальными гидравлическими гасителями телескопического типа.



Р и с у н о к 1. 2 - Тележка DT-200

Рама тележки имеет замкнутую конструкцию и состоит из двух продольных, двух концевых и одной средней балок. Колесные пары тележки имеют цельнокатаные колеса с диаметром по кругу катания 910 мм и снабжены буксовым узлом с тремя подшипниками: двумя цилиндрическими роликовыми и одним упорным шариковым. В буксах применено жидкое минеральное масло. Тележка предназначена для колеи 1435 мм.

В мировой практике вагоностроения известны и другие конструкции тележки с пневматическим подвешиванием. Это тележки пригородных вагонов типа «Пионер» для железных дорог США, тележки Г28 для магистральных железных дорог Франции, ФРГ и др.

В июле 1995 г. вагоностроительный завод в Гёрлице выпустил пятитысячный «двухэтажный пассажирский вагон». В этих вангонах использовали тележки, разработанные в Гёрлице и получившие обозначение Gorlitz I. После второй мировой войны строились крупнейшие двухэтажные вагоны серии DBv с тележками типа Gorlitz III, затем Gorlitz V и Gorlitz VI с буксовыми поводками из полиэфирного стеклопластика и модифицированным тормозным обрудованием. Была принята в качестве стандартной и применялась при постройке двухэтажных вагонов серии DBme выпускавшихся заводом в Гёрлице с 1973 г. Последние двухэтажные вагоны с кабинами управления, оснащенные тележками этого типа, завод изготовил 1992-1993 гг. в количестве 100 единиц.

Параллельно с выполнением этого заказа в 1992 г. приступили к разработке тележки Gorlitz VIII с пневматическим рессорным подвешиванием, серийное изготовление которой началось с октября 1994 г. До конца 1996 г. железным дорогам Германии (DBAG) поставлено более 600 таких тележек. Предварительные теоретические исследования этой тележки были проведены отделением железнодорожной техники Высшей школы транспорта им. Фридриха Листа в Дрездене с использованием разработанной собственными силами и доказавшей свои достоинства в течение многих лет математической модели Simula для расчетов конструкций подвижного состава. 8 модели учтены нелинейные взаимозависимости в системе колесо - рельс, разбег колесной пары в колее и неровности пути в плане и профиле. Для скорости до 250 км/ч использован подход с известными высоким и низким уровнями искажений. Динамику двухэтажных вагонов моделировали из расчета движения со скоростью до 300 км/ч при низком уровне искажений.

Это позволило точно определить параметры тележки с пневматическим подвешиванием, характеристики которого, согласно результатам расчетов и моделирования, обеспечивали высокую плавность хода, безопасность движения с точки зрения схода с рельсов и сведение к минимуму износа в контакте колес и рельсов. Было признано целесообразным сохранить испытанную конструктивную концепцию тележек Gorlilz.

Серийная тележка типа Gorlitz VIII (рисунок 1. 3) имеет в первой ступени подвешивания металлические спиральные пружины, во второй - пневматические и оснащена дисковыми тормозами.



Р и с у н о к 1. 3 - Серийная тележка типа Gorlitz VIII с качающими рычагами

Ее основными конструктивными элементами являются:

- Н-образная рама из стали марок S 355 и ST 52-3, в конструкции которой предусмотрена сравнительно малая жесткость на кручение, что обеспечивает хорошие динамические характеристики при движении по неровностям пути;

- колесные пары типа ВА 018 с колесами диаметром 920 мм и профилем поверхности катания S1002 по Памятке МСЖД 510-2 колесная база тележки равна 2500 мм;

- буксовые узлы с качающимся рычагом, внутренним концом упруго закрепленным в раме тележки с помощью ультрабуксы. Каждая букса имеет оптимизированное в продольном и поперечном направлениях первичное рессорное подвешивание. Букса включает подшипниковую втулку с комплектом цилиндрических роликоподшипников 130*240 мм, вставленную в разъемный корпус, верхняя часть которого выполнена заедино с качающимся рычагом. После демонтажа нижней части корпуса обеих букс возможна замена колесной пары без раскрытия подшипникового узла и снятия конструктивных элементов рессорного подвешивания, что экономит затраты труда, времени и средств при текущем обслуживании и ремонте;

- первая ступень рессорного подвешивания между буксами и рамой тележки, в состав которой для каждой буксы входят два комплекта стальных спиральных пружин, смонтированных с использованием звуко и электроизолирующих промежуточных деталей. Первичное подвешивание с помощью гидравлических амортизаторов на наружных концах качающихся рычагов динамически отделено от рамы тележки;

- вторая ступень рессорного подвешивания между рамой тележки и кузовом средней пониженной части рамы смонтированы два опорных узла с полостями, в которых установлены поперечно два баллона пневматических рессор, изготовленные фирмой Phoenix. Сверху на баллоны уложена горизонтальная плита с роликами внизу, на которую опирается кузов. Параллельно каждому баллону установлена пара дополнительных резиновых рессор. Имеются также два упора ограничителя боковой качки. Гашение вертикальных колебаний осуществляется самими баллонами (для чего предусмотрены специальные дроссели, обеспечивающие перепуск сжатого воздуха), поперечных колебаний - двумя амортизаторами.

Компания Siemens Transportation Systems of Erlangen и ее австрийский партнер фиpмa SGR занимаются пассажирскими вагонами и поездами с наклоном кузовов вагонов. Последняя разработка тележка Siemens Comfort для создаваемого поезда Siemens Comfort Train. Фирма Siemens SGR Verkehrstechniko одна из ведущих изготовителей тележек в Европе.

Для этой тележки характерным является:

- модульная конструкция;

- четкое взаимодействие с кузовом вагона;

- максимальная скорость 250 км/ч;

- оптимальный уровень комфорта при движении;

- низкий уровень шума;

- механизмы регулирования наклона кузова;

- наличие современных средств диагностики и систем управления

(SIBAS32) ;

Тележки Siemens применяются на поездах ICE второго поколения. На тележке с активной системой наклона кузова необходимый уровень комфорта обеспечивают электромеханическая система наклона, активная система поперечного подвешивания и полуактивные демпферы. Вся система обеспечивает наклон кузова на угол 8°, причем скорость изменения угла наклона может составлять до 7°в 1 с.

В пассажирских вагонах Франции применяют тележки Y32 с двухступенчатым рессорным подвешиванием. Их рама состоит из двух выгнутых в средней части боковых продольных балок связанных между собой двумя поперечными балками трубчатого сечения, соединённые по осевой линии тележки продольной балкой трубчатого или швеллерного сечения. В средней части продольные балки V-образной формы имеют гнёзда для установки однорядных цилиндрических пружин характеристики которых могут изменяться в зависимости от загрузки вагона. В буксовом подвешивании используют двухрядные цилиндрические пружины параллельно с которыми шарнирно установлены гидравлические гасители колебаний.

Тележка Y32 (рисунок 1. 4) снабжена также гасителями боковой качки поперечных колебаний. Соединительная балка опирается на упругие элементы центрального подвешивания.

Колёсные пары изготовленные из стали с повышенным до 0, 52% содержанием углерода, оборудованы буксами с коническими роликовыми подшипниками. Тележка Y32 оборудована дисковым и колодочным тормозами, а прототипы её, кроме того, и противогазным устройством, позволяющими повысить скорость движения более 160 км/ч. После реализации первых тележек Y32 в 1973 г. было изготовлено большое число прототипов таких конструкций, часть из которых экспортирована в некоторые европейские страны, а части из них были выданы лицензии на их изготовление.



1 - дисковый тормоз; 2 - гаситель колебаний боковой качки; 3 - соединительная балка;

4 - гаситель поперечных колебаний; 5 - упругий элемент центрального подвешивания;

6 - упругий элемент буксового подвешивания; 7 - продольная боковая рамы; 8 - гаситель вертикальных колебаний центрального подвешивания;

9 - гаситель колебаний буксового подвешивания.

Р и с у н о к 1. 4 - Тележка Y 32

Успех тележки Y32 и её модификаций заключается в отсутствии жёстких связей в буксовом подвешивании (отсутствие челюстей). Пружины позволяют упругие движения во всех направлениях и имеют тенденцию к восстановлению под вагоном в исходное положение. Кроме того, стальные пружины в отдельных вариантах тележек заменяют пневматической подвеской, что позволяет гасить вибрации и снижать уровень шума.

По выбору заказчика тележка Y32 может быть оборудована электромагнитным тормозом, счётчиком пройденного пути, тахометром, смазчиком гребней колёс и противоюзным устройством. Пассажирские вагоны, оборудованные тележками Y32 с противоюзным устройством, эксплуатируются со скоростями до 200 км/ч, а испытательный вагон, снабжённый тележками Y32 типа ETS, реализует скорость движения 300 км/ч и более.

В США, во Франции и в некоторых других странах находятся в эксплуатации вагоны с маятниковым подвешиванием. В качестве упругих элементов центральной ступени рессорного подвешивания тележек применены пружины большой высоты, плоскость опоры кузова на которые расположена выше центра его тяжести.

В результате при движении вагона по кривому участку пути сжимаются внутренние пружины, кузов отклоняется внутрь кривой, чем устраняет неприятное ощущение у пассажиров. Подобная конструкция обеспечивает также значительную устойчивость кузова при большой гибкости пружин и создаёт спокойный ход.

Существуют тележки, оборудованные дисковым тормозом, рабочие элементы которых находятся с наружной стороны колёс, что обеспечивает свободный доступ для осмотра и обслуживания. Эти тележки имеют пневматическое подвешивание, роликовые буксовые узлы, расположенные между колёсами, что позволяет облегчить поперечную балку и снизить собственную массу тележки, В тележках вагонов всё шире применяют резиновые упругие элементы в виде рессор и различного вида прокладок, что обеспечивает гашение высокочастотных шумовых колебаний и повышение комфорта пассажирам.

Для высокоскоростных электропоездов железных дорог Германии (DBAG) на базе облегченной тележки В 5000 разработана тележка TR 400, рассчитанная на скорость до 350 км/ч. Она прошла стендовые и ходовые испытания под промежуточным вагоном поезда ICE 2 в Германии и под вагоном поезда Синкансен серии Е2 в Японии. В рамках совместного проекта железнодорожной компании Japan Rail East и железных дорог Германии. В Германии эти работы выполнила Bombardier Transportation разработана тележка TR 400 (рисунок 1. 5), в Японии - корпорация Sumitomo тележка TR 9005 (рисунок 1. 6). Компания Bombardier при разработке своего варианта (тележка TR 400) использовала системные достоинства тележки В 5000 с внутренним опиранием. Корпорацией Sumitomo была разработана тележка TR 9005 традиционной конструкции, в которой с целью достижения заданных характеристик проводилась многократная оптимизация деталей. Технические характеристики обеих тележек приведены в таблице 1. 1

Р и с у н о к 1. 5 - Тележка TR 400 (Германия)

Р и с у н о к 1. 6 - Тележка TR 9005 (Япония)

Вывод: Отечественные пассажирские вагоны, по сравнению с зарубежными аналогами, имели упрощенную форму кузова и крыш трех типов (плоскую с незначительной выпуклостью посередине, полукруглую и с продольным световым фонарем по длине вагона). Модернизация кузова пассажирского вагона шла в направлении: увеличения его объема за счет изменения габарита, что позволяло создать удобный интерьер, рациональную внутреннюю планировку и здоровый микроклимат; устройства закрытых тамбуров; применения входных дверей, открывавшихся вовнутрь, и переходных мостиков для прохода в соседний вагон.

Комфортабельность пассажирского вагона рассматривается как единство конструкции кузова, планировки, дизайна и внутреннего оборудования, предназначенного для улучшения условий проезда пассажиров. Показатель плавности хода характеризует динамические качества вагона исходя из условий физиологического воздействия вибрации (превышения уровня допустимых ускорений и частот колебаний) кузова пассажирского вагона на организм человека.

Внедрение сборных металлических и цельнометаллических кузовов, применение в конструкциях внутреннего оборудования сплавов легких металлов и пластмасс позволило снизить вес вагонов, что создало условия для размещения дополнительных устройств энергоснабжения, водоснабжения, отопления, кондиционирования и вентиляции, способствующих комфортным условиям проезда пассажиров.

1.3 Неисправности тележек возникающие в эксплуатации и причины их возникновения

Одним из наиболее ответственных этапов проектирования вагонных конструкций является расчет и проектирование элементов ходовых частей вагона, которые во многом определяют безопасность движения. В ходе эксплуатации к ходовым частям предъявляются наиболее жесткие требования, так как они являются наиболее ответственным узлом.

В ходе эксплуатации возникает неисправности пружин в рессорном подвешивании, неисправности элементов колесных пар, люфт в головках гидравлических гасителей колебаний, возникновение трещин, износ, уменьшение толщины металла деталей тележки в процессе эксплуатации, особенно в частях подверженных воздействию агрессивной среды (в районе расположения туалетов и т. п.), изменяется состояние сварных швов рам и надрессорных балок, появляются неисправности центрального и надбуксового рессорного подвешивания, отсутствие валиков, втулок в шарнирных соединениях деталей износа скользунов, уменьшается надежность крепления поводков и соответствие зазоров в деталях тележек допустимым нормам.

Особое внимание должно уделяться исправности колесных пар, буксового и гидравлических гасителей колебаний, на состоянии поводков, предохранительных болтов и скоб, креплению узла гасителя колебаний. Во фрикционном гасителе колебаний не допускается зазор между шпинтоном и втулкой. Зазор может образоваться в отсутствии или неправильной установке тарельчатой пружины или ослаблении гайки крепления. При правильной установке тарельчатая пружина меньшим диаметром должна упираться во втулку, а гайка должна быть зашплинтована. При проверке защитных болтов центрального подвешивания необходимо убедиться в наличии зазора между поддоном и резиновой шайбой. В состав деталей крепления входят металлические шайбы гайка и шплинт. Частой неисправностью пассажирских тележек является ослабление затяжки резинометаллических пакетов продольных поводков, необходима их просадка. Как следствие этого, нарушаются зазоры между вертикальными скользунами. Для устранения неисправности гайки поводков подтянуть до исчезновения вогнутости или до появления выпуклости не более 3 мм. У поводков с резьбовым необходимо проверить детали и сварные швы и отсутствие трещин и изломов, которые не допускаются. Следует так же проверить исправность стопорных шайб и плотность затяжки резьбовых соединений (размер 110/1 мм).

Возможны неисправности гидравлических гасителей колебаний, датчиков противоюзных устройств, скоростных регуляторов нажатия тормозных колодок. Возможно ослабление плотности крепления фрикционного гасителя. Износ вкладышей горизонтальных скользунов допускается до толщины 35 мм. Изнашиваются или поражаются коррозией места рам, допускается оставшаяся толщина металла не менее 50% от чертёжного размера. Шпинтоны с износом цилиндрической поверхности более 4 мм не пригодны к эксплуатации. Правильное расположение шпинтонов на раме оказывает существенное влияние на безаварийную работу не только рессорного подвешивания, но и колесных пар и букс.

Детали центрального рессорного подвешивания не должны иметь задиров

и выкрашивания металла на трущихся поверхностях. Износ трущихся поверхностей тяги, рамки, серьги должны составлять не более 3 мм, опорных шайб - не более 1, 5 мм, а износ валиков и втулок - не более 1 мм. Износ тяг подвесок тележек не должен превышать 2 мм. Поводки должны быть разобраны и тщательно осмотрены. Просевшие по толщине более 5 мм резинометаллические пакеты поводков, а также пакеты с отслоением резины от армировки на глубину более 5 мм непригодны к эксплуатации. При капитальном ремонте вагона резинометаллические пакеты заменяют новыми. Трещины в сварных швах тяг поводков, а также изношенную резьбу ремонтируют сваркой. Штанги поводков с трещинами или сквозными повреждениями коррозией необходимо заменить.

В надрессорных сварных балках чаще всего, встречаются трещены в зоне расположения подпятника. Основными причинами таких трещин являются динамические воздействия на балку, возникающие вследствие просадки пружин и неровностей пути.

При сборке тележек должны быт строго выдержаны зазоры между боковыми вертикальными скользунами надрессорной и поперечной балок рамы тележки, величина зазоров не должна превышать 2мм на сторону. Должна быть соблюдена параллельность всех четырех вертикальных скользунов между собой и к продольной оси надрессорной балки.

Колесные пары являются наиболее ответственной частью вагона. Они воспринимают от него всю нагрузку. В процессе работы и особенно при прохождении по кривым участкам пути, рельсовым стыкам, стрелочным переводам и крестовинам, колесные пары изнашиваются и повпеждаются.

Важнейшим элементом колесных пар является ось, которая при движении

вагона подвергается непрерывному воздействию знакопеременной нагрузки от вертикальных и горизонтальных сил.

Перенапряжения в осях, способствующие появлению начальных трещин, вызываются также грением букс; неисправностями рессорного подвешивания и пути; неправильной загрузкой вагонов; наличием раковин и ползунов на поверхности катания колес и др. Грубая обработка резанием, неправильные геометрические формы и механические повреждения поверхностей оси, также создают условия для концентрации напряжений и вызывают образование трещин в осях.

Наиболее интенсивно изнашиваются поверхности катания ободов цельнокатаных колес и бандажей вследствие трения о рельсы. Такой износ называется прокатом. Образование проката глубиной 1 мм происходит после пробега колесной пары 18-20 тыс. км.

Механизм износа бандажей и ободов цельнокатаных колес представляет собой процесс отделения от поверхности катания частиц металла, претерпевших структурные изменения от силовых и тепловых воздействий при проскальзывании колеса по рельсу, причем структурные изменения от тепла трения протекают одновременно с пластической деформацией металла поверхностного слоя.

Значительный износ гребней вызывается следующими основными причинами:

- отклонениями размеров базы одной стороны тележки или двухосного вагона по отношению к другой стороне свыше допускаемой величины;

- перекосом рамы двухосного вагона или боковин вагонной тележки;

- неправильной установкой буксовых лап или шпинтонов у тележек пассажирских вагонов;

- разницей диаметров колес, насаженных на одну ось, более 2 мм;

- различной твердостью металла бандажей или колес, насаженных на одну ось (нарастание проката у колес с меньшей твердостью металла происходит значительно интенсивнее, в результате чего образуется разность диаметров колес свыше допускаемых размеров) ;

- неправильной насадкой колесных центров на ось по отношению к середине оси;

- смещением подпятника или пятника от продольной оси вагона свыше допускаемых размеров;

- вывертыванием боковой продольной балки двухосного вагона вследствие ослабления заклепок, соединяющих угольников или отрыва сварных швов, что приводит к неправильному расположению буксовых лап;

- изгибом буксовой лапы вагона;

- неправильной постановкой буксовых челюстей или обработкой пазов буксы.

Каждая из указанных причин создает перекос колесной пары при движении вагона и вызывает отклонение оси колесной пары от перпендикулярного положения к оси пути на угол, называемый углом перекоса. При движении вагона перекос колесной пары приводит к тому, что гребень колеса приближается к рельсу до полного соприкосновения, и в результате трения будет происходить износ этого гребня и боковой грани головки рельса. В то же время у гребня колеса, который прижимается к рельсу при сбегании колеса, будет образовываться остроконечный накат.

2. Обоснование и выбор основных параметров проектируемой тележки

2.1 Обоснование конструкции проектируемой тележки

Проектируемая тележка предназначена для использования на скоростных пассажирских вагонах со скоростью движения до 160км\чаc. Тележка обеспечивает реальное увеличение скорости движения, уменьшая уровень шума и динамического влияния рельсы, существенно увеличивает плавность хода.

При обосновании конструкции необходимо учитывать наличие следующих устройств:

- устройствами поглощения высокочастотной составляющей вертикальных в буксовой и вертикальных и горизонтальных колебаний в центральной ступени подвешивания;

- дисковым тормозом с устройством контроля за проскальзыванием колес относительно рельс;

- датчиками активного измерения температуры буксовых узлов в настоящем масштабе времени;

- механизмами передачи продольных и поперечных усилий между кузовом и тележкой, которые имеют разные жесткостные характеристики, обусловленные их функциональным назначением.

При выборе конструкции проектируемой тележки для уменьшения массы техники изменяем конструкцию рамы, выполняя её боковые балки укороченными, корытообразная форма рамы позволит изменить центр тяжести тележки. В связи с изменением конструкции рамы изменяется форма надрессорной балки. Применяем надрессорную балку Z-образной формы, усиленную в консольной части, поскольку в существующих конструкциях рамы такого типа имеют трещины.

Применение двухрядных роликов кассетных подшипников в буксовом узле имеет ряд достоинств: приспособленность к комбинированному погружению высокого уровня, что гарантирует больший пробег, компактное конструктивное исполнение. Применение буксового узла кассетного типа уменьшит массу одного буксового узла на 50 кг, а так же потребует меньшее количество смазки на заправку узла и значительно сократит время на монтаж подъёмников.

Целесообразно применить гидравлический гаситель колебаний, имеющий одинаковую силу сопротивления как при движении поршня вверх, так и при его движении вниз (с симметричной характеристикой сопротивления).

Применение вместо одного гасителя колебаний, предназначенного для гашения вертикальных и горизонтальных колебаний, двух гасителей - одного вертикального и горизонтального, будет способствовать повышению плавности хода, повышению безопасности движения. Для гашения высокочастотных колебаний в буксовом подвешивании следует применить гидравлический гаситель колебаний.

Применение дискового тормоза приведет к уменьшению износа поверхности катания колеса. Эксплуатация дискового тормоза приводит к изменению конструкции оси - тормозные диски из стальной ступицы, выточенной из осевой стали должны быть напрессованы на ось.

2.2 Выбор основных параметров проектируемой тележки

Параметрами тележки, характеризующие технико-экономические показатели являются:

- масса тележки;

- база;

- тип рессорного подвешивания;

- расстояние от головки рельсов до опоры кузова на тележку;

- максимальная допускаемая скорость движения.

Основные линейные размеры тележки:

-база, длина, ширина проектируемой тележки принимаем равными

2 l р=2, 5 м;

2LТ= 3, 98 м;

2B =2, 90 м.

Длинна консольной части:

n =0, 200 м.

Расстояние от головки рельсов до опоры кузова на тележку h = 0, 99.

Типы и параметры рессорного подвешивания тележки.

Рессорное подвешивание принимаем двойным:

- центральным;

- буксовым.

Центральное подвешивание безлюлечное с четырьмя однорядными цилиндрическими и четырьмя гидравлическими гасителями колебаний.

Для обеспечения высоких ходовых качеств в центральном подвешивании предусмотрено разделительное гашение вертикальных и горизонтальных гидравлических гасителей колебания

Буксовое подвешивание состоит из 4-х комплексов. Каждый комплект включает двух рядовую пружину и гидравлические гасители колебаний.

Суммарный статистический прогиб рессорного подвешивания под весом

вагона брутто установлен заданием на проектирование и составляет 240 мм.

Масса тележки определяется по массе отдельных элементов. При этом учитывается, что в проектируемой тележке применяются пустотелые оси, что обеспечивает снижение массы тележки на 0, 2 т. Тогда масса тележки составит 7, 1т.

3. Проверка вписывания пассажирской тележки в габарит 1-ВМ

3. 1 Вписывание тележки с базой 2l = 2, 56 м в габарит 1 - ВМ.

Исходные данные:

база тележки 21 = р =2, 56 м.

длина консольной части тележки n = 0, 2 м.

При расчете на вписывание тележки наибольшие поперечные размеры тележки устанавливают уменьшением размеров габарита подвижного состава в горизонтальной плоскости и увеличением размера габарита понизу на величинуи . Поэтому расчет на вписывание тележки в заданный габарит сводится к определению , и построению горизонтальной и вертикальных рамок проектных очертаний основных элементов тележки.

Ограничение полуширины для элементов тележки в пределах верхнего очертания (для точек с координатами 1675; 450 мм и всех вышерасположенных точек, определяют по формулам:

(3. 1)

(3. 2)

где Е0П, ЕВП, ЕНП - ограничения полуширины соответственно для основного, внутреннего и наружного сечений в прямой, мм;

sп - максимальная ширина колеи в прямой, мм;

q - наибольшее возможное поперечное перемещение из центрального положения в одну сторону рамы тележки относительно колесной пары, q=8 мм;

W - наибольшее возможное поперечное перемещение из центрального положения в одну сторону кузова относительно рамы тележки. Для надрессорной балки W = 43 мм, для поддона W = 22 мм, для рамы тележки, колесной пары и буксы W = 0 мм;

n- длина консольной части тележки.

Тогда, ограничения полуширины Е0П, ЕВП, тележки в пределах верхнего очертания:

- для обрессорных частей:

а) надрессорной балки и укрепленных на ней частей -

Р и с у н о к 3. 1 - Нижнее очертание габарита 1-ВМ

б) предохранительного стержня, серег и поддона -

в) рамы тележки и укреплённых на ней частей -

Ограничения полуширины Ео, Ес и Ен тележки в пределах верхнего очертания;

- для необрессоренных частей:

а) буксы-

б) колесной пары -

Ограничения полуширины Е0, Ес и Ен для элементов тележки в пределах нижнего очертания для точек с координатами 1575; 430 определяются по формулам:

(3. 3)

(3. 4)

(3. 5)

где p - база тележки, на которую допускается выход подвижного состава 1-ВМ за очертание этих габаритов в кривой R = 200 мм.

Тогда, ограничения для точки 1575, 430 мм тележки в пределах нижнего очертания:

- для обрессорных частей:

а) надрессорной балки и жестко укрепленных на ней частей -

б) предохранительного стержня, серёг и поддона -

Согласно ГОСТ 9238-73 при отрицательном значении Е его принимают равным нулю, т. е. Ес=0.

в) рама тележки и жестко укреплённых на ней частей -

т. е. Ес=0,

т. е Ес=0,

т. е Ес=0.

-для необрессореных частей:

а) буксы-

т. е. Ес=0

б) колесной пары-

т. е. Ес=0

Для точек, расположенных на расстояниях 115; 540 и 960 мм от оси пути Е0, Ес и Ен, определяемыми по формулам:

(3. 6)

(3. 7)

- для обрессоренных частей:

а) надрессоренной балки и жестко укрепленных на ней частей -

б) предохранительного болта, серёг поддона -

в) рамы и укрепленных на ней частей-

- для необрессоренных частей:

а) буксы -

б) колесной пары -

Для точек, расположенных на расстояниях 871, 5 (8315) и 718, 5 (678, 5) мм от оси пути, ограничения полуширины, определяемые по формулам (при Ki = 0) :

(3. 8)

. (3. 9)

-для обрессореных частей:

а) надрессорной балки и жестко укрепленных на ней частей -

б) предохранительного болта, серег поддона -

в) рамы и укрепленных на ней частей-

- для необрессоренных частей:

а) буксы -

б) колесной пары-

Для точек с координатами 1520; 430 мм и точек, расположенных на расстояниях 1215-1225 мм от оси пути Е0, Ес и Ен, определяемыми по формулам:

- для обрессоренных частей:

а) надрессорной балки и жестко укрепленных на ней частей -

б) предохранительного стержня, серёг и поддона -

в) рама тележки и жестко укрепленных на ней частей-

б) колесной пары-

Все полученные для построения строительных очертаний частей тележки ограничения габарита подвижного состава в точках, расположенных на расстояниях 718, 5 и 871, 5 мм от оси пути, менее 76, 5 мм.

Поэтому в пространство, ограниченное этими точками, могут опускаться детали тележки, расположенные в любом ее поперечном сечении.

Наименьшие вертикальные размеры строительного очертания Ht тележки, которые они могут занимать в эксплуатации, определяют по формуле:

(3. 10)

где - суммарное статическое параллельное понижение для соответствующего элемента вагона

Суммарные понижения:

- надрессорной балки и укрепленных на ней частей -

(3. 11)

где Рэк - все экипировки вагона;

Рэк = 0, 083 мН.

- гибкость подвешивания тележки

- поддона и серег

(3. 12)

- рамы тележки и укрепленных на ней частей

(3. 13)

- буксы и колесной пары - 45 мм.

Результаты расчета и приведем в таблице 3. 1

Наименование частей тележки	Ограничение полуширины габарита подвижного состава	Увеличение вертикальных размеров габарита понизу мм
	Для точек с координатами 1675; 430 (450) мм и всех выше расположенных точек	Для точек с координатами 1575; 410 (430) мм	Для точек с координатами 1520; 540 (430) мм	Для точек с координатами 115; 540; 910 и 960 мм	Для точек с координатами 871, 5 (831, 5) и 718, 5 (678, 5) мм
Надрессорная балка и укрепленные на ней части	-	64	-	-	7	-	-	57	-	-	30	-	-	54	-	106
Предохранительный болт, серьги и поддон	-	43	-	-	0	-	-	36	-	-	19	-	-	33	-	68
Рама и укрепительные на ней части	21	21	15	0	0	0	11	14	17	8	8	21	8	11	14	58
Буксы	14	0	0	0	-	-	4	-	-	1	-	-	1	-	-	45
Колесные пары	13	0	0	0	-	-	3	-	-	0	-	-	0	-	-	45

4 Техническое описание конструкции проектируемой тележки

4. 1 Назначение тележки

Тележка служит для подкатки под пассажирские вагоны магистральных железных дорог для скорости движения до 160 км/ч. Тележка спроектирована в соответствии с нормами и требованиями эксплуатации подвижного состава на железных дорогах СНГ и норм содержания верхнего строения железнодорожной колеи. Тележка должна обеспечивать безопасность движения вагона по рельсовому пути с необходимой плавностью хода и наименьшим сопротивлением движению.

4. 2 Технические характеристики

Технические характеристики должны соответствовать таблице 4. 1

Т а б л и ц а 4. 1 - Технические характеристики проектируемой тележки

Показатель	Модель 68-4096
Масса, т	7, 1
База по колесным парам, мм	2500
База по рессорным подвешиваниям буксовому, мм центральному, мм	2036 2470
Наибольшая длина тележки, мм	3515
Наибольшая ширина тележки, мм	3084
Конструктивная скорость, км/ч	160
Тип рессорного подвешивания	Двойное: центральное безлюлечное и буксовое
Суммарный статический прогиб от массы брутто, мм	285
Тормоз	Дисковый
Габарит ГОСТ 9238	1- ВМ

4. 3 Состав проектируемой тележки

В состав тележки входят основные составные части и системы приведенные в таблице 4. 2

Т а б л и ц а 4. 2 - Основные составные части тележки

Наименование составной части	Тип (вид) составной части	Кол. на изделие
Рама		1
Колесная пара	С тормозными дисками и противоюзным осевым датчиком	1
Колесная пара	С тормозными дисками, противоюзным осевым датчиком и редуктором на средней части оси 32 кВт	1
Подвешивание буксовое	С цилиндрическими пружинами и поводковой связью буксы с рамой; при помощи кронштейнов на буксе устанавливаем гидравлический гаситель колебаний	4
Подвешивание центральное	Безлюлечное с цилиндрическими пружинами и гидравлическими гасителями колебаний	1
Брус надрессорный		1
Тормоз	Дисковый с тормозными блоками	1

4. 4 Устройство, описание и работа тележки

Тележка 68-4096 (см чертеж ДП. МВ-51. 0001. 2010. 01. 00 СБ) безлюлечного типа, с двойным рессорным подвешиванием, с буксами с подшипниками кассетного типа, с гидравлическими гасителями в буксовом и центральном подвешивании.

Тележка состоит из:

- 2-х колёсных пар;

- 4-х буксовых узлов;

- рессорного подвешивания;

- рамы;

- надрессорной балки;

- тормозного оборудования.

Рама 3 тележки через буксовые пружины, поводки 4 связана с двумя колесными парами 5 и гидравлическим гасителем колебаний 6. На пружины центрального подвешивания 7, установленные в поддонах рамы, опирается надрессорный брус 8, связанный с рамой в продольном направлении диагонально расположенными поводками 9, в поперечном направлении горизонтальной жесткостью пружин и гидравлическими гасителями колебаний вертикальными 10 и горизонтальными 11. На поперечных балках рамы закреплены по два тормозных блока 12 с клещевыми механизмами и тормозными цилиндрами со встроенным регулятором выхода штока, а на одной из них имеется дополнительный кронштейн с установкой рычагов и тяг привода ручного тормоза.

4.4.1 Рама тележки

Рама тележки показанная на листе ДП. МВ - 51. 0001. 2010. 02. 00 СБ сварной коробчатой конструкции из листового проката состоит из двух продольных 1, двух поперечных 2 балок. Продольные балки в центральной части имеют выгибы в вертикальной плоскости с вваренными в них консольно-вынесенными в наружные стороны поддонами, на которые устанавливаются пружины центрального подвешивания, а по концам имеют вваренные цилиндрические втулки для установки пружин буксового подвешивания.

Продольные балки соединяются между собой поперечными балками трапецеидального сечения. Кроме того, на раме монтируются кронштейны 3 и 4 для установки поводков, кронштейны 5 и 6 для установки вертикальных гасителей, кронштейны 7 для горизонтальных гасителей, кронштейны 8 для крепления тормозных блоков, скользуны 9 и 10 для ограничения перемещения надрессорного бруса, кронштейн 11 привода ручного тормоза, кронштейн 12 для...