Колесные пары. Правила технической эксплуатации

Каждая колесная пара должна удовлетворять требованиям, установленным Инструкцией по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию колесных пар подвижного состава, и иметь на оси четко поставленные знаки о времени и месте формирования и полного освидетельствования колесной пары, а также клейма о приемке ее при формировании.

Знаки и клейма ставятся в местах, предусмотренных правилами маркировки.

Колесные пары в установленном порядке должны подвергаться осмотру под подвижным составом, обыкновенному и полному освидетельствованиям, а при подкатке регистрироваться в соответствующих журналах или паспортах.

Расстояние между внутренними гранями колес у ненагруженной колесной пары должно быть 1440 мм. У локомотивов и вагонов, а также специального самоходного подвижного состава, обращающихся в поездах со скоростью свыше 120 км/ч до 140 км/ч, отклонения допускаются в сторону увеличения не более 3 мм и в сторону уменьшения не более 1 мм, при скоростях до 120 км/ч отклонения допускаются в сторону увеличения и уменьшения не более 3 мм (Рис. 8, 9, 10).

Рис.8

Рис. 9

Рис. 10

Запрещается выпускать в эксплуатацию и допускать к следованию в поездах подвижной состав, включая специальный самоходный подвижной состав, с трещиной в любой части оси колесной пары или трещиной в ободе, диске и ступице колеса, при наличии остроконечного наката на гребне колесной пары, а также при следующих износах и повреждениях колесных пар, нарушающих нормальное взаимодействие пути и подвижного состава:

а) при скоростях движения свыше 120 км/ч до 140 км/ч:

- прокат по кругу катания у локомотивов, моторвагонного подвижного состава, пассажирских вагонов более 5 мм;

- толщина гребня более 33 мм или менее 28 мм у локомотивов при измерении на расстоянии 20 мм от вершины гребня при высоте гребня 30 мм, а у подвижного состава с высотой гребня 28 мм - при измерении на расстоянии 18 мм от вершины гребня (Рис. 11а, б);

Рис. 11 а, б.

б) при скоростях движения до 120 км/ч:

- прокат по кругу катания у локомотивов, а также у моторвагонного и специального самоходного подвижного состава и пассажирских вагонов в поездах дальнего сообщения - более 7 мм, у моторвагонного подвижного состава и пассажирских вагонов в поездах местного и пригородного сообщений - более 8 мм, у вагонов рефрижераторного парка и грузовых вагонов - более 9 мм;

- толщина гребня более 33 мм или менее 25 мм у локомотивов при измерении на расстоянии 20 мм от вершины гребня при высоте гребня 30 мм, а у подвижного состава с высотой гребня 28 мм - при измерении на расстоянии 18 мм от вершины гребня (Рис. 12а, б);

Рис. 12а, б.

в) вертикальный подрез гребня высотой более 18 мм, измеряемый специальным шаблоном;

г) ползун (выбоина) на поверхности катания у локомотивов, моторвагонного и специального подвижного состава, а также у тендеров паровозов и вагонов с роликовыми буксовыми подшипниками более 1 мм, а у тендеров и вагонов с подшипниками скольжения более 2 мм.

При обнаружении в пути следования у вагона, кроме моторного вагона моторвагонного подвижного состава или тендера с роликовыми буксовыми подшипниками, ползуна (выбоины) глубиной более 1 мм, но не более 2 мм разрешается довести такой вагон (тендер) без отцепки от поезда (пассажирский со скоростью не свыше 100 км/ч, грузовой - не свыше 70 км/ч) до ближайшего пункта технического обслуживания имеющего средства для замены колесных пар.

При величине ползуна у вагонов, кроме моторного вагона моторвагонного подвижного состава, а также специального самоходного подвижного состава, от 2 до 6 мм, у локомотива и моторного вагона моторвагонного подвижного состава от 1 до 2 мм допускается следование поезда до ближайшей станции со скоростью 15 км/ч, а при величине ползуна соответственно свыше 6 до 12 мм и свыше 2 до 4 мм - со скоростью 10 км/ч, где колесная пара должна быть заменена. При ползуне свыше 12 мм у вагона и тендера, свыше 4 мм у локомотива и моторного вагона моторвагонного подвижного состава разрешается следование со скоростью 10 км/ч при условии вывешивания или исключения возможности вращения колесной пары. Локомотив при этом должен быть отцеплен от поезда, тормозные цилиндры и тяговый электродвигатель (группа электродвигателей) поврежденной колесной пары отключены.

При включении грузовых вагонов в пассажирские поезда нормы содержания колесных пар должны удовлетворять нормам, установленным для пассажирских поездов.

2. Движение локомотива по кривым

2.1 Особенности движения локомотива по кривым участкам пути и меры по обеспечению прохождения экипажа кривых.

При движении одиночной ко­лесной пары по кривому участку пути (рис. 13, а) расстояние, которое должно пройти колесо по наружному рельсу (L_н=φR_н), больше, чем по внутреннему (L_в = φR_B). Разница расстояний за­висит от длины кривой L = φR_о, которая измеряется по оси пути. Тогда Δ₁=φ (R_н—Rв)= φ/ l_к, где l_К - ширина колеи. Эта разница при жесткой связи колес в колесной паре компенсируется различ­ными радиусами кругов катания колес благодаря уклону i по­верхности катания рис. 13,б. При смещении колесной пары на расстояние с от ее среднего положения в рельсовой колее разница расстояний, которые пройдут колеса по наружному и внутренне­му рельсу, составит Δ₂=2π(r_н—r_B)N, где N = φR_о/(2πr₀)-число оборотов колес па пути L₀; r_н-r_в =2 ic. Тогда из равенства Δ₁ = Δ₂ получим l_к = 2ic R₀/r₀, откуда радиус кривой, проходи­мой без проскальзывания колес. R₀ = r₀l_K/(2ic). При i=1:20 и максимальном смещении

с —7 мм (для бандажей альбомного про­филя) R₍₎ = 2000 м. В кривых меньшего радиуса неизбежно про­скальзывание колес. Здесь, как и раньше, движение колесной па­ры рассматривалось без ограничений ее поперечного перемеще­ния и угла поворота. В экипажной части локомотива перемеще­ния и повороты колесных пар ограничены.

Рис. 13. Движение одиночной колесной пары в кривом участке пути

Для облегчения прохождения тепловозами кривых участков пути их колесные пары (ведущие оси) объединяют в две тележки, каждая из которых имеет возможность поворачиваться относительно оси локомотива на некоторый угол δ. Этот угол невелик и не превышает для магистральных тепловозов 3-3,5⁰ (при минимальном радиусе кривых 125м) и для маневровых тепловозов 4-7⁰ (при минимальном радиусе от 80 до 40м.

Для обеспечения движения локомотива по кривому участку пути предпринимают специальные меры как при укладке пути, так и при конструировании экипажной части. В кривых может произойти заклинивание (защемление) гребней бандажей внутри рельсовой колеи. Чтобы этого не произошло, кривые малого ради­уса укладывают с увеличенной шириной колеи. Уширение колеи в кривых устанавливается Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) железных дорог (на 10 мм при R<350 м и на 15 мм при R<300 м). При укладке рельсовой колеи наибольшие допуски в сторону уширения составляют 6 мм. При этом перекрытие голов­ки рельса бандажом составляет всего 12 мм в кривой R<300 м.

Если учесть, что рельсы отжимаются в перпендикулярном по от­ношению к оси пути направлении, а оси колесных пар изгибают­ся, что приводит к сближению бандажей в плоскости головок рельсов, то станет ясно, что при чрезмерном уширении колеи реб­ро пересечения поверхности катания бандажа, имеющей уклон 1 : 20, с поверхностью, имеющей уклон 1 : 7, может перейти на бо­ковое закругление головки рельса радиусом 13 мм. Это опасно, так как может привести к отжатию рельсов наружу и к провалу бандажа внутрь колеи см. рис.14.

Рис.14. Установка колесной пары в рельсовой колее

К числу мероприятий, облегчающих вписывание локомотивно­го экипажа в кривые, относятся: применение поперечных разбегов (перемещений, перпендикулярных продольной оси экипажа) ко­лесных пар по отношению к раме рис. 2.3, а; использование бандажей с гребнями уменьшенной толщины или даже совсем без гребней (бандажи ведущих колесных пар грузовых паровозов с большой жесткой базой) и применение тележечных локомотивов с поворотными тележками рис. 15, б.

Рис.15. Вписывание локомотива в кривые участки пути:

а- бестележечного; б- тележечного

2.2. Методы геометрического вписывания.

Для оценки эффективности мероприятий, облегчающих про­хождение локомотивов в кривых, производят так называемое гео­метрическое вписывание. Зазоры между гребнями колес и внут­ренними гранями головок рельсов при их альбомных размерах и отсутствии уширения в кривой составляют в сумме для обеих рельсовых нитей 14 мм. Поэтому применение обычного уменьша­ющего масштаба для решения задач геометрического вписывания графическим способом невозможно. При уменьшении, например, в 100 раз величины зазоров оказываются меньше точности вычер­чивания. Чтобы применить графический метод вписывания, при­бегают к специальным приемам. Один из них - построение круговой диаграммы - заключается в том, что для базы локомотива и радиуса кривой выбираются различные, но связан­ные между собой масштабы.

На рис. 16,а, изображена трехосная тележка тепловоза с базой 2Х в кривой радиусом R. Рассмотрим прямоугольный треугольник OMN, в котором ON = R, NM = X, OM = R-Y. Используя теорему Пифагора, для расстояния Y меж­ду гребнем средней колесной пары и наружным рельсом можно записать следующее соотношение: Y=X²/(2R-Y). Если учесть, что Y весьма мало по сравнению с 2R, то можно упростить соот­ношение: Y=X²/(2R). Пусть при вычерчивании база тележки уменьшится в п раз, а радиус кривой — в п² раз, т. е. х=Х/п и r=R/n². Тогда на диаграмме зазор между гребнем и рельсом y=x²/(2r)=X²n²/(2Rn2)=X²/(2R) = Y, т.е. этот зазор (как и другие поперечные размеры) будет изображаться в натуральную величину.

Для упрощения чертежа на нем изображаются лишь внутрен­ние грани головок рельсов А и В, причем расстояние между ними принимается равным суммарному зазору между гребнями банда­жей и головками рельсов, состоящему из зазора в прямом участ­ке пути Л и уширения в кривой δ рис. 16,б. Соответственно с этим экипаж локомотива изображается тоже схематически в виде одной линии СС, представляющей собой горизонтальный след сов­мещенных плоскостей наружных граней гребней. Точки на линии СС обозначают оси колесных пар, а расстояния от этих точек до кривой А или В, измеренные по перпендикуляру к линии СС, бу­дут представлять собой расстояния между гребнями и внутренни­ми гранями головок рельсов. Если точка лежит на кривой А или В, то это означает, что колесная пара прижата гребнем соответ­ствующего колеса к наружному или внутреннему рельсу. Если точка, изображающая колесную пару, оказалась вне кривых, то такая колесная пара должна получить боковое (поперечное) пе­ремещение относительно рамы тележки или гребни бандажей должны иметь уменьшенную толщину, иначе движение по кривой невозможно.

Круговая диаграмма дает наглядное представление о положении экипажа в кривой, однако при большой базе экипажа поперечное перемещение или отклонение тележек от главной рамы будет изображаться с некоторой ошибкой.

Более точные значения могут быть получены при вписывании методом параболической диаграммы.

Рис.16. Круговая диаграмма вписывания экипажа в кривую:

а- вписывание трехосной тележки; б- упрощенная диаграмма

Если для поперечных и продольных направлений выбрать различные, не связанные друг с другом масштабы, то окружность, изображающая круговую кривую рельсовой колеи, преобразуется в эллипс, который на участке, где вписывается локомотив (у вершины эллипса), с большой степенью точности может быть заменен параболой. Этот способ вписывания называется параболическим.

2.3. Метод круговой диаграммы

Необходимые данные для расчетов и построений

Тепловоз прототип ЧМЭ 3

Радиус кривой R_г, м 110

Осевая характеристика 2(3₀-3₀ )

Уширение колеи δ, мм 14

Суммарный зазор между гребнем бандажа и головкой рельса Δ, мм 14

Коэффициент искажения n 10

Масштаб m 1:2

Расчет и построение круговой диаграммы

Рис.17 Схема экипажа тепловоза ЧМЭ 3:

расстояние между шкворнями В = 8800 мм;

расстояние между 1 и 2 колесной парами Х₁ = 2000мм;

расстояние между 2 и 3 колесной парами Х₂ = 2000мм;

а) Вычерчиваем ось пути радиусом r_Ср , с учетом общего масштаба m:

r_CP=(R/n²)т =(110000/10²) ½=550мм.

Кривые, изображающие наружный и внутренний рельс r_н и r_в, соответственно:

R_н= r_СР+((Δ/2) т)=550+((14/2) 0,5)=553,5 мм;

r_вн= r_СР-(δ+(Δ/2)) т=550-((15+7)0,5)=546,5 мм,

где δ- уширение колеи;

Δ/2- половина суммарного зазора.

б) Наносим на чертеж кривых базу тележки в виде линии, уменьшенной по сравнению с натуральной в n раз, в положении наибольшего перекоса. Колесные пары на этой линии изображаются точками.

Причем расстояние между точками, изображающими первую и третью колесную пары, будет равно (точки I и III):

X_1-3=((Х₁+ Х₂)/п)т=( (2000+2000)/10)1/2 = 200 мм.

Расстояние между первой и второй колесными парами будет равно (точки I и III):

Х₁=(Х₁/п)т=(2000/10)1/2 = 100мм.

Расстояние между второй и третьей колесными парами (точки II и III):

X₂=(X₂/n)m= (2000/10)1/2 = 100 мм.

Проводим через точку ω₁ из центра О дугу радиусом r_ш

Делаем на дуге r_ш засечку из точки ш₁ радиусом, равным расстоянию между шкворнями:

в=(В/п)т= (8800/10) 0,5=440 мм.

Определяем положение средней колесной пары второй тележки (точка V)

Через эту точку проводим линию, соответствующую длине базы тележки.

Используя выполненные построения, определяем:

Для положения наибольшего перекоса(приложение 1):

а) Требуемые разбеги оси средних колесных пар f

Осевое перемещение не требуется, так как точка, обозначающая среднюю колесную пару, лежит в кривых наружного и внутреннего рельсов.

б) Величины зазоров между гребнем бандажа и рельсом h. По выполненным построениям находим:

h1-1_чepm=16MM, с учетом принятого общего масштаба, находим действительное значение h1-1=16/(0,5)=32мм;

h1-3_чepm=16MM, с учетом принятого общего масштаба, находим действительное значение h1-3=16/(0,5)=32 мм;

h2-1_чepm=16MM, с учетом принятого общего масштаба, находим действительное значение h1-1=16/(m)=32 мм;

h2-3_чepm=16MM, с учетом принятого общего масштаба, находим действительное значение h1-1=16/(m)=32 мм.

в) Углы набегания колесных пар а

По выполненным построениям находим:

Для первой тележки а1_черт =22°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение а1=(а1_черт)/п=22^°/12=1,8°;

Для второй тележки а2_черт =16°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение а1=(а1_черт)/п=16°/12=1,3°.

г) Углы между осями кузова и тележек В

По выполненным построениям находим:

Для первой тележки β1_чepm =25°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение β1=( β1_черт)/п=25⁰/12=2,1⁰;

Для второй тележки β2_черт =34°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение β1=( β1_черт)/п=34⁰/12=2,8⁰.

Для положения отброса к наружному рельсу:

а) Требуемые разбеги оси средних колесных пар f

Осевое перемещение не требуются, так как точка, обозначающая среднюю колесную пару, лежит в кривых наружного и внутреннего рельсов...

Для положения отброса к наружному рельсу (приложение 1):

а) Требуемые разбеги оси средних колесных пар f

Осевое перемещение не требуется, так как точка, обозначающая среднюю колесную пару, лежит в кривых наружного и внутреннего рельсов.

б) Величины зазоров между гребнем бандажа и рельсом h. По выполненным построениям находим:

h1-1_чepm=16MM, с учетом принятого общего масштаба, находим действительное значение h1-1=16/(0,5)=32мм;

h1-3_чepm=16MM, с учетом принятого общего масштаба, находим действительное значение h1-3=16/(0,5)=32 мм;

h2-1_чepm=16MM, с учетом принятого общего масштаба, находим действительное значение h1-1=16/(m)=32 мм;

h2-3_чepm=16MM, с учетом принятого общего масштаба, находим действительное значение h1-1=16/(m)=32 мм.

в) Углы набегания колесных пар а

По выполненным построениям находим:

Для первой тележки а1_черт =17°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение а1=(а1_черт)/п=17^°/12=1,4°;

Для второй тележки а2_черт =12°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение а1=(а1_черт)/п=12°/12=1 °.

г) Углы между осями кузова и тележек В

По выполненным построениям находим:

Для первой тележки β1_чepm =27°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение β1=( β1_черт)/п=27⁰/12=2,2⁰;

Для второй тележки β2_черт =28°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение β1=( β1_черт)/п=28⁰/12=2,3⁰.

Для положения отброса к наружному рельсу:

а) Требуемые разбеги оси средних колесных пар f

Осевое перемещение не требуются, так как точка, обозначающая среднюю колесную пару, лежит в кривых наружного и внутреннего рельсов...

Для положения отброса к внутреннему рельсу (приложение 1):

а) Требуемые разбеги оси средних колесных пар f

Осевое перемещение не требуется, так как точка, обозначающая среднюю колесную пару, лежит в кривых наружного и внутреннего рельсов.

б) Величины зазоров между гребнем бандажа и рельсом h. По выполненным построениям находим:

h1-1_чepm=16MM, с учетом принятого общего масштаба, находим действительное значение h1-1=16/(0,5)=32мм;

h1-3_чepm=16MM, с учетом принятого общего масштаба, находим действительное значение h1-3=16/(0,5)=32 мм;

h2-1_чepm=16MM, с учетом принятого общего масштаба, находим действительное значение h1-1=16/(m)=32 мм;

h2-3_чepm=16MM, с учетом принятого общего масштаба, находим действительное значение h1-1=16/(m)=32 мм.

в) Углы набегания колесных пар а

По выполненным построениям находим:

Для первой тележки а1_черт =13°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение а1=(а1_черт)/п=13^°/12=1,1°;

Для второй тележки а2_черт =14°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение а1=(а1_черт)/п=14°/12=1,2 °.

г) Углы между осями кузова и тележек В

По выполненным построениям находим:

Для первой тележки β1_чepm =26°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение β1=( β1_черт)/п=26⁰/12=2,2⁰;

Для второй тележки β2_черт =27°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение β1=( β1_черт)/п=27⁰/12=2,3⁰.

Для положения отброса к наружному рельсу:

а) Требуемые разбеги оси средних колесных пар f

Осевое перемещение не требуются, так как точка, обозначающая среднюю колесную пару, лежит в кривых наружного и внутреннего рельсов.

Заключение

В данной курсовой работе проведено теоретическое исследование по вопросам:

1. Тележки тепловозов (классификация, основные узлы, рамы тележек).

2. Требования ПТЭ по содержанию колесных пар в эксплуатации.

А также особенности движения подвижного состава по кривым участкам пути и рассмотрены два метода геометрического вписывания локомотива.

Библиографический список:

1. Тепловоз ТЭП70 Руководство по эксплуатации и обслуживанию – 3е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1985-208с

2. Пахомов Э.А. Механическое оборудование тепловозов: Учебник для СПТУ. – М.: Транспорт, 1988. – 288с.

3. Конструкция и динамика тепловозов/Под редакцией д.т.н., проф. В.Н.Иванов – М.: Транспорт, 1974. - 336 с.

4. Евстратов А.С. Экипажные части тепловозов. – М.: Транспорт, 1974.

5. «Локомотивы (общий курс)» методические указания к выполнению курсовой работы студентами специальности 150700 –Локомотивы – Самара: СамИИТ, 2002. – 24с