Тележки и рамы вагонов

Ходовые части современных вагонов имеют тележечную компоновку. Применение тележек в качестве ходовых частей обусловлено необходимостью создания вагонов увеличенной грузоподъемности и с большой базой. В большегрузных вагонах по условиям допускаемых нагрузок от колесной пары на рельсы число колесных пар не может быть ограничено двумя или тремя, а вписывание данного вагона в кривые участки железнодорожного пути без тележек затруднено. Тележки же позволяют вагонам иметь необходимое число колесных пар и благодаря наличию короткой базы проходят кривые участки пути малого радиуса с небольшим сопротивлением движению.

Тележки являются важной частью вагонов, от их конструкции, прочности и надежности зависят безопасность и скорость движения. Они обеспечивают плавность хода вагона, воспринимают все неровности пути и смягчают удары, передаваемые от них на кузов.

Тележка служит для обеспечения направления движения вагона по рельсовому пути, распределения и передачи всех нагрузок на путь, а также восприятия тяговых и тормозных сил, обеспечения необходимой плавности хода.

В тележках объединяются рамой колесные пары с буксами, система рессорного подвешивания и части тормозной рычажной передачи. Благодаря возможности размещения в тележках нескольких последовательно расположенных ступеней рессор в сочетании с гасителями колебаний и устройствами, обеспечивающими устойчивость положения кузова, создаются условия для достижения хорошей плавности хода вагона. Конструкция соединения тележек с кузовом вагона позволяет без затруднения при необходимости выкатить их. Это облегчает осмотр и ремонт ходовой части вагона. Тележки могут свободно поворачиваться относительно кузова вагона благодаря наличию шкворневого соединения с кузовом.

В эксплуатации находится весьма разнообразный парк тележек, имеющий многочисленные конструктивные особенности.

По числу колесных пар (осности) тележки подразделяют на двухосные, трехосные и четырехосные.

По системе подвешивания наиболее распространены тележки с одинарным и двойным подвешиванием.

По способу связи рамы тележки с буксовыми узлами тележки бывают челюстные неподрессоренные, челюстные с упругими элементами, бесчелюстные шпинтонно-пружинные, поводково-бесчелюстные и рычажно-бесчелюстные.

По технологии изготовления рам тележки бывают с литыми, штампованными, штампосварными и сварными боковыми рамами.

По назначению тележки подразделяются на грузовые (для грузовых вагонов) и пассажирские (для пассажирских вагонов).

В тележках пассажирских вагонов для смягчения боковых толчков, возникающих от набегания гребней колёс на рельсы при входе в кривые, применяют возвращающие устройства. Тележки пассажирских вагонов имеют двухступенчатое подвешивание и гидравлические гасители колебаний, обеспечивающие бóльшую плавность хода.

В тележках грузовых вагонов используются фрикционные гасители колебаний в сочетании с одноуровневым рессорным подвешиванием.

Восьмиосные вагоны устанавливаются на четырехосные тележки, основой которых являются двухосные тележки, связанные между собой штампосварной соединительной балкой.

Тележки большинства изотермических вагонов отличаются от прочих грузовых тележек двойным рессорным подвешиванием - центральное подвешивание на эллиптических рессорах и буксовое - на пружинах.

Основными технико-эксплуатационными параметрами тележек вагонов являются:

• собственная масса - тара;
• база - расстояние между центрами осей крайних колес (у двух- и трехосных тележек) или между серединами рессорных комплектов сочлененных тележек (у четырехосной конструкции);
• тип и параметры рессорного подвешивания;
• тип и конструкция тормоза;
• конструкционная скорость.

Современные грузовые вагоны имеют двух-, трех-, четырехосные тележки. В основном применяют двухосные тележки.

Тележка модели 18-100 имеет базу 1850 мм, тару 4,8 т и конструкционную скорость 120 км/ч. Прежнее название модели - ЦНИИ-Х3-О (ЦНИИ - название проектного института, разработавшего конструкцию тележки, Х - первая буква фамилии автора (Ханин), 3 - третий вариант, О - облегченная по результатам исследований МИИТа).

Тележка состоит из следующих частей: двух колесных пар (1) c буксами (2), двух боковых рам (3), объединяющих колесные пары, двух комплектов рессорного подвешивания (4), надрессорной балки (5) с опорами (подпятником и скользунами), тормозного оборудования. Подвешивание тележки одинарное центральное на пружинах с фрикционными гасителями колебаний.

Боковые рамы литые коробчатого сечения, в средней части имеют проем, в котором размещают рессорный комплект, состоящий из нескольких двухрядных пружин (2) и клиновых фрикционных гасителей колебаний. Фрикционные клинья своими вертикальными гранями соприкасаются со сменными фрикционными планками, укрепленными на вертикальных стенках проема. По концам боковых рам имеются проемы для установки букс. Такое соединение является разъемным жестким (челюстным неподрессоренным).

Подвешивание тележки состоит из двух комплектов, каждый из которых имеет по пять, шесть или семь двухрядных цилиндрических витых пружин и два фрикционных клина. Пять пружин устанавливают в тележки грузовых вагонов грузоподъемностью до 50 т, шесть - до 60 т и семь - более 60 т.

На пружинные комплекты и фрикционные клинья своими концами опирается литая надрессорная балка. В средней части надрессорной балки имеется шкворневой узел с подпятником и шкворнем. Для ограничения боковых колебаний кузова вагона надрессорная балка имеет ограничители (скользуны).

Тормозное оборудование тележки обеспечивает одностороннее нажатие колодок на поверхности катания колес. Оно включает в себя четыре тормозных башмака с колодками, расположенных на подвесках, два триангеля c рычагами и продольную распорку.

Тележка модели 18-115 с конструкционной скоростью 140 км/ч имеет улучшенные динамические характеристики. Одной из ее конструктивных особенностей является использование более совершенной схемы опирания кузова - часть нагрузки передается на подпятник, а часть - через упруго-фрикционные скользуны. Применяемая конструкция упруго-фрикционных скользунов обеспечивает снижение действующих нагрузок на шкворневые узлы вагона, повышение плавности хода и уменьшение динамических нагрузок, возникающих при вилянии тележки во время движения.

Выпускаются усиленные двухосные тележки для грузовых вагонов с нагрузкой от колесной пары на рельсы 25 и 27 тс. В таких тележках используются колесные пары с усиленными осями, имеющими шейки увеличенного диаметра для установки цилиндрических роликовых подшипников бóльшего размера. Между боковыми рамами тележек и корпусами букс устанавливаются упругие резиновые прокладки.

Трехосная тележка модели 18-102 имеет три колесные пары с челюстными буксами 1, четыре литые боковые рамы 2 и 5, два балансира 4, четыре комплекта рессорного подвешивания 3, две надрессорные балки 7, шкворневую балку 6 и тормозную рычажную передачу с односторонним нажатием тормозных колодок на поверхности катания колес. Боковые рамы 2 и 5, шарнирно соединенные посредством балансиров 4, опираются на буксы крайних колесных пар непосредственно, а на буксы средней колесной пары — через балансиры.

Тележка модели КВЗ-И2 предназначена для рефрижераторных вагонов, эксплуатирующихся в поездах со скоростями движения до 120 км/ч. База тележки 2400 мм, тара - 7,35 т. Ее рама опирается на буксовые узлы колесных пар, проходя две ступени рессорного подвешивания: центральное на эллиптических рессорах и буксовое пружинное. Тормозное оборудование - с двухсторонним нажатием колодок. Рама сварена из двух продольных, двух средних и двух концевых поперечных, а также четырех вспомогательных продольных балок.

Пассажирские вагоны оснащают, в основном, двухосными тележками с двухступенчатой системой подвешивания.

Тележка модели 68-4065 (КВЗ-ЦНИИ), разработанная на Калининском вагоностроительном заводе (КВЗ) совместно с ЦНИИ МПС, является типовой для пассажирских вагонов. База тележки 2400 мм, тара - 7,4 т, конструкционная скорость - 160 км/ч.

Основные узлы тележки: рама (сварная из элементов Н-образной формы), две колесные пары с буксовыми узлами, два комплекта пружин центрального подвешивания, четыре комплекта пружин буксового подвешивания и тормозная рычажная передача с двусторонним нажатием колодок на поверхности катания колес.

Нагрузка от кузова вагона передается на центральный подпятник и на боковые скользуны (5) надрессорной балки, что обеспечивает гашение боковых колебаний кузова и улучшает плавность хода вагона. Центральное подвешивание тележки - пружинное (7) на люлечных подвесках (4), а буксовое - шпинтонно-пружинное (2) с бесчелюсными буксами (6).

Центральное подвешивание имеет гидравлические гасители колебаний (8), расположенные между надрессорной и продольной балками рамы, а также два поводка (3), расположенных вдоль продольной балки рамы тележки, ограничивающие колебания надрессорной балки в продольном направлении.

В буксовом подвешивании используются фрикционные гасители колебаний.

На раме тележки устанавливаются элементы тормозной рычажной передачи с двухсторонним нажатием тормозных колодок на поверхности катания колес.

Для электроснабжения вагона на одной из поперечных балок рамы может подвешиваться генератор с приводом от шкива, установленного на торце оси колесной пары (ременный привод).

Тележки КВЗ-ЦНИИ выпускают двух типов: тип I - для вагонов с массой брутто до 60 т, тип II - для вагонов с массой брутто свыше 60 т до 72 т (вагоны-рестораны, багажные вагоны и т.п.). Тележка типа II имеет по два гидравлических гасителя колебаний с каждой стороны, более мощные элементы рамы и пружины центрального подвешивания.

Конструкция тележки КВЗ-ЦНИИ неоднократно изменялась с целью улучшения ходовых качеств вагонов. В настоящее время под пассажирскими вагонами эксплуатируются модернизированные тележки модели 68-875 (ТВЗ-ЦНИИ-М) люлечного типа. Для привода генератора, расположенного на раме вагона, на средней части оси одной из колесных пар устанавливается редуктор карданного привода генератора.

Тверским вагоностроительным заводом (ОАО "ТВЗ") выпускаются безлюлечные тележки с дисковым тормозом, которые применяются в современных пассажирских вагонах, в том числе двухэтажных, скоростных и международного сообщения:

• 68-4095, 68-4096 (с приводом генератора), 68-7007, 68-7013 - с пружинным подвешиванием для скоростей до 160 км/ч;
• 68-7044 - колеи 1435 мм с пневмоподвешиванием для скоростей до 160 км/ч;
• 68-7047 - с пневмоподвешиванием для скоростей до 160 км/ч;
• 68-7049 - с пневмоподвешиванием для скоростей до 200 км/ч.

Рама представляет собой часть несущей конструкции кузова. Она является одной из основных частей вагона, на которой, в зависимости от его назначения, укрепляют кузов (котел цистерны, борта и настил пола платформ), автосцепное устройство, узлы автоматического и ручного тормозов. У пассажирских вагонов к раме крепят буферные комплекты и различное подвагонное оборудование (кондиционеры, генераторы, аккумуляторные батареи и др.). Таким образом, на раме монтируются все основные узлы вагона.

Рама вагона воспринимает нагрузки от веса груза и кузова, тяговые и ударные усилия, а также динамические нагрузки, возникающие при движении вагона. Она состоит из системы продольных и поперечных балок, жёстко связанных между собой. Рама опирается на ходовые части (надрессорные балки тележек).

Рамы разделяются на свободнонесущие, связанные с кузовом и составляющие с ним одно целое (цельнонесущие кузова).

Свободнонесущие рамы характерны для вагонов, не имеющих кузова (платформы и транспортёры). Элементы таких рам целиком воспринимают все нагрузки, действующие на вагон.

Связанные рамы применяются в вагонах, имеющих кузов. Основную часть нагрузок, действующих на вагон, воспринимают элементы рамы, а некоторую часть - элементы кузова. Связанные с кузовом рамы имеют большинство грузовых вагонов: крытых, полувагонов, хопперов, цистерн и др.

Рамы вагонов с цельнонесущим кузовом составляют одно целое с элементами кузова, поэтому боковые стены кузова, а также пол и крыша воспринимают все нагрузки вместе с рамой. В этом случае элементы рамы делаются более легкими, что существенно снижает вес вагона. Цельнонесущие кузова характерны для всех пассажирских и части крытых грузовых вагонов.

Конструктивно рама вагона выполнена из балок: продольных - хребтовой (2) и боковых (7) и поперечных - концевых (1), шкворневых (3) и промежуточных (4, 5).

Хребтовая балка вместе с ударно-тяговыми устройствами воспринимает продольно-динамические силы, поэтому выполняется, как правило, из прокатных профилей (швеллеры, двутавры и т.п.) с местными усилениями накладками. Существуют рамы вагонов без сквозных хребтовых балок.

Шкворневые балки передают вертикальную статическую нагрузку от кузова вагона на тележки. Шкворневая балка имеет переменное по высоте коробчатое сечение и состоит из вертикальных стенок, перекрытых верхними и нижними листами. На нижнем листе посредине шкворневой балки размещается пятник, который служит для передачи опорной нагрузки на подпятник надрессорной балки тележки. В пятнике и подпятнике имеются отверстия для шкворней, обеспечивающих свободный поворот тележки в горизонтальной плоскости. Дополнительной опорой в случае наклона кузова под действием различных сил (центробежной, силы ветра и др.) служат скользуны, размещающиеся на нижнем листе шкворневой балки.

На концевых балках рамы вагона размещаются ударно-тяговые приборы с расцепными приводами, поручни для составителей вагонов, а на пассажирских вагонах - буферные комплекты.

Поперечные балки по концам соединяются боковыми балками или боковыми стенками кузова вагона.

Рамы пассажирских вагонов длиной 23,6 м могут быть со сквозной хребтовой балкой и без хребтовой балки. В первом случае рама состоит из шкворневых 2, концевых 3, поперечных 4 и хребтовых 1 балок. Хребтовая балка имеет три части: две концевые, состоящие из швеллеров, и среднюю - также из швеллеров. К раме привариваются продольные и поперечные балки и гофрированные листы 5, образующие пол вагона.

Рама пассажирского вагона без хребтовой балки имеет мощные боковые продольные балки, предназначенные для передачи продольных усилий на боковые стены кузова.