1.2 . Тележки

В настоящее время у нас в стране все вагоны делаются тележечными. Конструктивных решений тележек очень много. Систематизируем их по следующим характеристическим признакам:

- числу осей: одна, две, три, четыре и т.д.;

- типу рессорного подвешивания: одинарное, двойное, тройное, четырех-кратное;

- способу соединения колесных пар с рамой тележки: жесткое, упругое, жесткоупругое, упругое с поводками, рычажное;

- способу соединения тележки с рамой вагона: через центральную и боковые опоры;

- системе амортизации боковых сил: жесткостью рессорного подвешивания, люлькой, маятниковыми системами;

- тормозными системами: фрикционными, электромагнитными и смешанными тормозами;

- скорости движения: нормальные, ускоренные, скоростные.

Для наглядности эту систематизацию сведем в таблицу 1.2 и рис. 1.3.

Таблица 1.2. Тележки

№ пп	Классификационный признак	В а р и а н т ы
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.	Число осей Тип рессорного подвешивания Соединение колесной пары с рамой тележки Соединение тележки с рамой вагона Амортизация боковых сил Тормоз Расчетная скорость движения	1) Одна 2) Две 3) Три 4) Четыре 5) Пять 6) Много 7) Одинарное 8) Одинарное 9) Двойное 10) Тройное 11) Четырехкратное буксовое центральное 12)Жесткое 13) Жесткое 14)Упругое 15)Упругое 16)Упругое 17)Упругое 18)Упругое «глухое» челюстное челюстное телескопи- без направ- с поводками рычажное ческое ляющих 19) Через систему «пятник – подпятник» 20) Через боковые скользуны 21) Боковой 22) «Люлькой» 23) Маятниковым 24) Гидро, - Пневмо, - Электро жесткостью подвешиванием управляющими системами рессорного подвешива- ния 25)Колодочный 26)Колодочный 27)Дисковый 28)Реостатный 29)Рекупера- 30)Магнито- односторонний двухсторонний тивный рельсовый 90 120 160 180 200 более 200
Т е л е ж к а

Рис. 1.3. Схематическое изображение классификационных признаков табл. 1.2

От количества колесных пар в тележке зависит грузоподъемность вагона. Есть одноосные тележки 1 (табл. 1.2., рис. 1.1, 1.3). Ими оборудованы некоторые локомотивы и вагоны испанского поезда Talgo.

Наиболее распространены двухосные тележки 2. Их имеют практически все вагоны РЖД.

Были не совсем удачные попытки использовать в вагонах трехосные тележки 3. Ими оборудовались шестиосные вагоны. Однако, как мы отмечали ранее [2], опыт их широкого применения оказался неудачным.

Четырехосные тележки 4 предназначались для использования под большегрузными восьмиосными вагонами. Их образуют соединенные вместе типовые двухосные тележки ЦНИИ Х3. Изменение государственного устройства в стране и структуры перевозок не предполагают пока широкого использования восьмиосных вагонов и их тележек соответственно [3].

Многоосные 5, 6 тележки, в том числе и четырехосные, применяются в вагонах-транспортерах различной грузоподъемности и в специальных вагонах.

При рассмотрении осности тележки важно отметить еще раз, что с увеличением количества осей более двух высота опорной поверхности тележки увеличивается за счет появления в них соединительных элементов. При таком повышении уменьшается полезная высота грузового объема кузова над тележкой. Поэтому при создании многоосных транспортеров погрузочную платформу приходиться размещать между тележками, подвешивая его, а груз включать в несущую конструкцию вагона, как у сочлененных транспортеров [1, 2].

Плавность хода создает в основном рессорное подвешивание. Для тележек, предназначенных для перевозок сырьевых грузов, его делают одинарным: только буксовым 7 или только центральным 8 (см. типовые тележки 18-100 российских и Y-25 французских железных дорог рис. 1.1).

Тележки пассажирских вагонов создают комфортные условия для пассажиров за счет использования двойного 9 (табл. 1.2., рис. 1.1, 1.3) подвешивания, которое располагается над буксами (его называют буксовым или первой ступенью) и в средней части тележки, в месте опирания кузова вагона (эту часть подвешивания называют центральной или второй степенью). В настоящее время практически все пассажирские вагоны имеют тележки с двухступенчатым подвешиванием.

Еще более комфортные условия создают тележки с тройным 10 (две ступени буксового подвешивания с одной центрального) и четырехкратным подвешиванием 11 (две ступени буксового с двумя центрального подвешивания). Первые – использовались для создания специальных вагонов (например, для VIP пассажиров (от англ. very important person особо важная персона – сокращенное обозначение лица, занимающего один из высших государственных постов); вторые в настоящее время не используются и рассматриваются нами, как чисто гипотетические.

Как уже отмечалось преобразование вращательного движения колесной пары в поступательное движение вагона осуществляется в соединении колесной пары с рамой тележки, называемого буксой.

Используется «глухое» 12 жесткое соединение в виде разъемной буксы, охватывающее ось колесной пары. Такое соединение имеют вагоны дизель-поездов ДР-1 производства Рижского вагоностроительного завода.

Наиболее распространено жесткое «челюстное» 13 соединение. Оно используется на всех типовых грузовых тележках вагонов РЖД (например, тележки 18-100 (ЦНИИ-Х3), а также 18-522А (УВЗ-9) и 18-173).

Буксы пассажирских вагонов соединяются с рамой тележки упруго. Направление перемещения буксы ограничивается специальными направляющими – «челюстями» или удерживается жесткостью упругих элементов буксового подвешивания. При этом передача нагрузки на корпус буксы может осуществляться сверху, через потолок, или с боку, хомутообразно, через боковые приливы на корпусе, балансиры.

Так, в некоторых тележках буксы располагались в челюстях, а нагрузка передавалась упруго на потолок 14, как у тележек завода им. Егорова и ЦВТК. У других же – направляющими служили поперечная жесткость элементов буксового рессорного подвешивания, опирающегося на боковые приливы-балансиры корпусов букс 15, 16, подобно тележкам КВЗ-5, 68-4065 (КВЗ-ЦНИИ) и ЦМВ.

При реализации скоростей движения более 180 км/час проявилось такое неприятное явление, как виляние ходовых частей. Его, среди прочих способов, устраняли путем введения дополнительных связей, поводков в раме тележки. Так появились буксы с поводковыми направляющими 17. Наиболее характерно это демонстрирует скоростная тележка 68-4095/4096 Тверского вагоностроительного завода (см. рис. 1.1).

Оригинальное соединение колесной пары с рамой тележки наблюдается у букс рычажного типа 18, которыми были оборудованы некоторые вагоны уже упомянутого выше дизель-поезда ДР-1.

Направление движения вагона в рельсовой колее создает конусность поверхности катания колес и вращение тележки относительно вертикальной оси в соединении ее с рамой вагона. Для этого вагон опирается на одну точку в центре тележки и передает нагрузку через систему «пятник (центральная опора, расположенная в средней части шкворневой балки рамы вагона) – подпятник (центральная опора на надрессорной балке тележки)» 19. Для ограничения перевалки, боковых угловых перемещений, кузова вагона используются боковые опоры, скользуны. При нормальной развеске нагрузки и оборудования между скользунами всегда есть зазор, который выбирается под воздействием боковых нагрузок. Такая схема опирания была у большинства тележечных вагонов, не превышающих скоростей движения 160-180 км/час (например, на тележках КВЗ-5).

Виляние, как опасное явление, проявляется при скоростях движения более 160/180 км/час. Заметим, что при меньших скоростях это явление безопасно для движения. Оно появляется при исправных ходовых частях и пути, в прямых участках и зависит от конусности и разбега колесных пар. Элементы ходовых частей вместе с тележкой от этого начинают вращаться относительно вертикальной оси – наблюдается нечто подобное походке человека, если наблюдать его сбоку. Моментами это может привести к тому, что колесные пары выскочат из рельсовой колеи. С увеличением скорости вероятность этого увеличивается. Одним из способов устранения этого явления стало увеличение момента сил трения в соединении кузова вагона с рамой тележки. Это было достигнуто в тележке КВЗ-ЦНИИ, на которую кузов вагона опирался не на центральную опору «пятник-подпятник», а на боковые опоры, скользуны 20. Эта тележка предназначалась только для скоростей 160-180 км/час.

При меньших скоростях такие тележки вели себя плохо. Они способствовали повышенному износу рельсов, колесных пар и других элементов вагона. Динамика движения при обычных скоростях движения была откровенно не достаточной. Тем не менее, эта тележка стала типовой для всех пассажирских вагонов. Она получила свое новое обозначение 68-4065/4066 (ТВЗ ЦНИИ-М).

Попутно заметим, что подобная «конструкционная зараза» коснулась и типовой трехэлементной грузовой тележки ЦНИИ Х3, дальнейшее усовершенствование которой среди прочих направлений предполагает установку и работу беззазорных скользунов (см. например, в тележке 18-9810 рис. 1.6). От этого вращение тележки в вертикальной плоскости ограничивается, затрудняется вписывание в кривые малого радиуса, увеличиваются силы трения в парах трения и износы. При этом, скорости движения еще далеки от критических по вилянию, радиус кривых участков пути не уменьшается, а о развеске груза и оборудования в вагоне забывается. Спасает положение то обстоятельство, что длина грузовых вагонов существенно меньше пассажирских, и проявление негативных явлений виляния пока еще не так велико.

Желательно, чтобы ходовые части, тележки, испытывали бы наименьшее сопротивление движению. Это достигается среди прочих решений тем, что качение колес происходит без контакта реборд с рельсами за счет разбега колесной пары (рис.1.4).

Рис. 1.4. Положение колесной пары в рельсовой колее.

Такое положение колес колесной пары называется центральным и его стараются максимально поддерживать. Однако в процессе движения на вагон действуют боковые силы, которые смещают его в направлении действия сил. При этом у одного колеса, условно говоря, наружного, величина зазора между ребордой и головкой рельса уменьшается, а у другого, внутреннего,- увеличивается. У наружного колеса реборда контактирует с рельсом, увеличивая сопротивление движению. Поэтому желательно исключить этот контакт и вернуть колесную пару в центральное положение. Этот процесс происходит автоматически за счет придания поверхности катания колес конической формы. Для ускорения возвращения колесной пары в центральное положение, при котором между колесами и рельсами есть зазоры (рис. 1.4) используется поперечная жесткость упругой связи кузова вагона с тележкой, пружины буксового подвешивания 21 и специальные возвращающие маятниковые системы. В тележках пассажирских вагонов обычных скоростей это люльки 22, многозвенные шарнирные системы на которых кузов вагона совершает поперечные колебательные движения и возвращает его в центральное положение.

В вагонах скоростных поездов для компенсации боковых перемещений используются маятниковые системы 23 с центром вращения выше или ниже центра тяжести кузова.

Для вагонов высокоскоростных поездов возвращающего усилия пассивных систем уже недостаточно. Для этого используются гидравлические, пневматические и электрические 24 системы активного управления наклоном кузова.

Представленные системы совместно со специальным устройством пути в кривых позволяют также повысить устойчивость движения вагонов под воздействием центробежных сил и ветровых нагрузок.

К ходовым частям полностью или частично относится тормозное оборудование. Оно может полностью располагаться на тележках. Есть и другие системы, у которых на тележках располагаются только часть тормозного оборудования, тогда как остальная,- на раме или кузове.

Так, на тележках располагается часть рычажной передачи и колодочные системы фрикционного пневматического тормоза. Большая часть тормозной рычажной передачи, система пневматических трубопроводов и арматуры управления тормозами размещены на раме вагона 25, 26.

Дисковые фрикционные 27, электродинамические реостатные 28 и рекуперативные 29, а также магниторельсовые тормоза практически полностью размещаются на тележках.

Мы уже приводили деление скоростей движения на обычные, ускоренные и скоростные [2]. Здесь отметим следующее. Скорость – понятие относительное. В начале существования железных дорог быстрее их ничего не было. С течением времени многое изменилось. Появились другие транспортные системы, для которых многие скорости, которые для железной дороги являются большими, для них обычные. Железным дорогам для их достижений нужно очень много усилий и еще не факт, что это будет выгодное занятие.

Целесообразнее остановиться на известном, установленном (см. например, [4]). Были определены рациональные средние скорости движения автомобильного, наземного высокоскоростного, воздушного транспортов, которые с учетом экономически выгодных затрат определяли время, скорость движения, стоимость поездки и их частоту движения (см. табл. 1.3).

Табл. 1.3. Параметры рациональной транспортной пассажирской системы

№	Вид транспортной системы,	Рациональный путь, км	Средняя ско-рость движе-ния, км/ч	Рациональное время переме-щения «от двери до двери»
1 2 3 4	Автомобильный ВСНТ Дозвуковая авиация Сверхзвуковая авиация	до 200 до 1200 до 3600 до 9200	90 360 850 2000	4 час

В обобщенном виде тележку можно представить состоящей из следующих составляющих (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Обобщенная схема тележки: 1 – колесная пара; 2 - букса; 3 – рессор-ное подвешивание; 4 – рама тележки; 5 – люлька; 6 – надрессорная поперечная балка; 7 – тормозное оборудование

Колесные пары 1 (рис. 1.5) являются самым простым и ответственным узлом вагона. Они служат для направления движения в рельсовой колее, восприятия и передачи нагрузок, действующих на вагон.

Буксы 2 соединяют колесную пару с рамой тележки, преобразуют вращательное движение колесной пары в поступательное движение вагона и создают оптимальные условия для преодоления сопротивления этому.

Рессорное подвешивание 3 служит для создания необходимой плавности хода вагона.

Рама тележки 4 как силовой элемент служит для объединения ходовых частей вагона в единый самостоятельный узел.

Люлька 5 используется в тележках пассажирских вагонов и служит как возвращающий элемент, являясь в то же время опорой для центрального рессорного подвешивания.

Надрессорная (или поперечная безрессорная) балка 6 соединяется с кузовом вагона, воспринимает и передает ему все действующие на вагон нагрузки. Если поперечная балка опирается на центральное рессорное подвешивание, то она называется надрессорной. Если же, - на раму тележки жестко, то это уже будет поперечная безрессорная балка.

Тормозное оборудование может располагаться на тележке и на раме вагона или же целиком на тележке. Тормозное оборудование служит для создания искусственного сопротивления движению или для удержания вагонов от самопроизвольного движения на стоянках без локомотива.

Настоящие конструкции даже простейших тележек выглядят значительно сложнее. Ниже для примера, приведен эскиз двухосной грузовой трехэлементной тележки 18-9810 так называемого вагона нового поколения (рис. 1.6).

Рис. 1. 6. Эскиз тележки грузового вагона нового поколения.

Составные части: рама тележки нежёсткого типа, состоящая из двух боковых рам 1 и надрессорной балки 2 ; колесные пары марки РУ1Ш-957-Г 3 (без подшипниковых узлов) по ГОСТ 4835, на которые установлены конические двухрядные кассетные подшипники 4 закрытого типа с габаритными размерами 130х250х160 мм; адаптеры 5, обеспечивающие установку колёсных пар в буксовый проём; блокираторы 6 от вертикальных перемещений колёсных пар; центральное рессорное подвешивание с кусочно-линейной характеристикой, с каждой стороны тележки состоящее из комплекта 7 девяти двухрядных (наружная и внутренняя) витых цилиндрических пружин (ГОСТ 1452), на две из которых опираются фрикционные клинья, а семь расположены под надрессорной балкой; фрикционные клинья 8, каждый из которых состоит из двух частей, образующих совместно наклонную поверхность пространственной конфигурации; тормозная рычажная передача 9, которая обеспечивает одностороннее нажатие тормозных колодок на колёса и оборудуется композиционными или чугунными (при особых условиях эксплуатации) тормозными колодками; шкворень 10; износостойкие элементы: износостойкое кольцо 11 упорной поверхности подпятника, износостойкий вкладыш 12 на плоскую опорную поверхность подпятника, планки 13 боковых стенок карманов надрессорной балки, вставки 14 карманов надрессорной балки, фрикционные планки 15, установленные на вертикальные стойки рессорного проёма боковой рамы, скобы 16 опорных поверхностей буксовых проёмов боковой рамы; боковые упругие скользуны постоянного контакта 17, состоящие из корпуса, внутрь которого вставлены два комплекта двухрядных (наружная и внутренняя) витых цилиндрических пружин, и колпака, который устанавливается сверху на пружины и входит внутрь корпуса.

Далее в последовательности указанной в табл. 1.1, 1.2 рассмотрим составные элементы ходовых частей.