Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Эволюция конструкции ходовых частей грузовых вагонов. Учебное пособие по дисциплине «Нетяговый подвижной состав» для студентов специальности 23.05.04
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
___________________________________________________
Институт управления и цифровых технологий
Кафедра «Железнодорожные станции и
транспортные узлы»
Н.П. ЖУРАВЛЕВ
ЭВОЛЮЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ХОДОВЫХ
ЧАСТЕЙ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ
Учебное пособие
Для студентов специальности 23.05.04
«Эксплуатация железных дорог»
Москва – 2020
1
УДК 656
Ж 91
Журавлев Н.П. Эволюция конструкции ходовых ча-
стей грузовых вагонов: Учебное пособие по дисциплине
«Нетяговый подвижной состав» для студентов специальности 23.05.04 «Эксплуатация железных дорог». - М.: РУТ
(МИИТ), 2020 - 100 с.
Выполнен анализ истории развития конструкции ходовых частей грузовых вагонов на железнодорожном транспорте России. Рассмотрены вопросы технического регулирования в области тележек грузовых вагонов. Представлена динамика отказов боковых рам тележек в эксплуатации. Изложены подходы к выбору критериев браковки ли-
тых деталей тележек грузовых вагонов модели 18-100 и их
аналогов в эксплуатации. Дана оценка влияния техноло-
гии литья на надежность боковых рам тележек грузовых
вагонов и направлений ее совершенствования.
Рецензенты:
научный руководитель ФГУП «Научный центр комплексных транспортных проблем», д.т.н. О.В. Евсеев;
профессор кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» РУТ
(МИИТ), д.т.н., проф. В.Н. Филиппов
© РУТ (МИИТ), 2020
2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………….
4
ЭВОЛЮЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ГРУЗОВЫХ ТЕЛЕЖЕК ………………………………………………...
7
1.1 Назначение и классификация тележек……….
7
1.2 Эпоха поясных тележек грузовых вагонов………
9
1.3 Эпоха литых тележек грузовых вагонов………….
14
1.4 Тележки зарубежных грузовых вагонов …………
60
2 БОКОВАЯ РАМА ГРУЗОВОЙ ТЕЛЕЖКИ И БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ………….
62
2.1 Проблемы взаимозаменяемости боковин………...
62
2.2 Техническое регулирование в области ходовых
частей грузовых вагонов ……………………………..
68
2.3 Стандартизация трехэлементных тележек грузовых вагонов …………………………………………….
70
2.4 Сертификация ходовых частей грузовых вагонов.
74
2.5 Критерии браковки литых деталей тележек гру-
зовых вагонов модели 18-100 и их аналогов в эксплуатации………………………………………………..
75
2.6 Методика отнесения грузовых вагонов к катего-
рии со сниженным уровнем эксплуатационной безопасности ……………………………………………..
78
3 АНАЛИЗ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ БОКОВИН В
ЭКСПЛУАТАЦИИ …………………………………
81
3.1 Динамика отказов боковых рам тележек грузовых
вагонов…………………………………………………
81
3.2 Проблемы точности обработки литых деталей вагонных тележек ………………………………………..
86
3.3 Оценка влияния технологии литья на надежность
боковых рам ……………………………………………
87
3.4 Коробка или двутавр ……………………………….
91
ВЫВОДЫ……………………………………………….
95
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…..
98
3
ВВЕДЕНИЕ
С 2003 года, когда был утвержден новый Прейску-
рант 10-01 «Тарифы на перевозку грузов и услуги инфраструктуры, выполняемые Российскими железными дорогами» с выделением инфраструктурно-локомотивной и вагонной составляющих тарифа, операторы подвижного состава начали активную закупку новых грузовых вагонов.
Вагоностроительная отрасль России приняла вызов
своих покупателей и ответила на него бурным развитием
вагоностроительных заводов. Высокий уровень роста
спроса на грузовые вагоны позволил существенно улучшить позиции российских вагоностроителей. Тенденция
роста грузового вагонного парка оказалась устойчивой, в
результате российский парк грузовых вагонов операторов
существенно вырос и насчитывает в настоящее время около 1200 тыс. единиц.
Привычный дефицит вагонного парка на рубеже веков энергичными действиями российских вагоностроителей был преодолен, и сменился в последние годы на противоположный тренд – к тормозящему эффективное использование вагонного парка профициту вагонов.
Мощность только российских вагоностроительных
предприятий достигает 90 тыс. вагонов в год, и превышает
совокупную потребность всех стран «пространства 1520».
В начале 2000-х годов отечественные вагоностроительные
предприятия не могли удовлетворить спрос на свою продукцию и выпускали модели вагонов, разработанные еще в
70-х годах прошлого века.
С тех пор многое изменилось. В рамках Програм-
мы инновационного развития РФ на период до 2020 года
ОАО «РЖД» реализует комплекс мер по модернизации железнодорожного транспорта и внедрению новых технологий, в том числе за счет локализации в России зарубежного
4
производства. Компания уже разместила на отечественных
предприятиях заказы на новые образцы техники мирового
уровня, разрабатывает национальные и межгосударственные стандарты
Согласно расчётам Центральной дирекции управления движением ОАО «РЖД», оптимальное для эффективной работы железнодорожного транспорта количество грузовых вагонов составляет около 950 тыс. единиц. А профицит создаёт технологические риски и неудобства в работе железнодорожного транспорта.
При этом за первое полугодие 2020 г. построены и
введены в эксплуатацию 23,6 тыс. вагонов. Из них 12,2
тыс. – инновационные вагоны, 11,4 тыс. – вагоны стандартной конструкции. Средний возраст вагона по всем моделям и родам подвижного состава – 12,3 года, по полувагону средний возраст составляет 8,8 года при сроке службы 23 года.
Следует, однако, признать, что доля инновационных
грузовых вагонов и их составных частей в российском вагонном парке едва заметна. В частности, большая часть
новых вагонов до сих пор изготавливается с тележками 18100, сохранившими свой облик практически неизменным с
середины 50-х г.г. XX в. Одной из самых серьезных проблем на железнодорожном транспорте России являются
транспортные происшествия, связанные с изломами боковых рам этих тележек, нередко приводящих к тяжелейшим
крушениям.
В целях защиты инфраструктуры от потенциально
опасной продукции ОАО «РЖД» проводит большую работу
совместно с федеральными органами исполнительной власти, собственниками подвижного состава и заводами- изготовителями. Так, силами ОАО «РЖД», НП «ОПЖТ», ООО
«ИЦ «Инновационное вагоностроение» и аккредитованными испытательными центрами проведены ис-
5
следования по оценке надежности литых деталей, находящихся в эксплуатации, и параметров, оказывающих
влияние на ресурс указанных элементов ходовых частей
грузовых вагонов. Они включали в себя опытные поездки
на участках со сложным профилем пути (в кривых малого
радиуса, на затяжных и крутых спусках и подъемах и т. д.),
а также в разных климатических условиях (в переходный
осенний период и зимой при низких температурах).
Эти поездки основаны на предварительном построении математической модели методом конечных элементов,
позволившей выбрать оптимальные точки для установки
тензометрических датчиков и создать базис всех силовых
нагрузок, действующих на боковые рамы тележек грузовых вагонов.
На основании исследований был принят ряд решений
по корректировке назначенного ресурса боковых рам тележек, оптимизации конструкции тележек грузовых вагонов. Результаты испытаний были также учтены в ГОСТ
«Тележки двухосные трехэлементные грузовых вагонов
железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия» [1] и ГОСТ «Рама боковая и балка надрессорная литые тележек железнодорожных грузовых вагонов. Технические условия» [2]. Кроме этого, ОАО «РЖД» целенаправленно проводит профилактическую работу по выявлению потенциально опасного литья, разработке руководящих документов по его эффективной выбраковке.
6
1 ЭВОЛЮЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ГРУЗОВЫХ ТЕ-
ЛЕЖЕК
1.1 Назначение и классификация тележек
Тележки — ходовые части вагона. Они должны обеспечивать безопасность движения вагона по рельсовому пути с необходимой плавностью хода и наименьшим сопротивлением движению.
Тележки состоят обычно из следующих основных частей:
колесных пар,
буксовых узлов,
рессорного подвешивания, рамы,
надрессорной балки с опорами кузова
тормозной передачи.
В конструкциях трех- и четырехосных тележек
возможно наличие и других частей — соединительной
балки, шкворневой балки, балансиров и др.
Тележки вагонов классифицируются [3] по следующим признакам: назначению, числу осей, устройству рессорного подвешивания, способу передачи нагрузки от кузова на ходовые части, а также от надрессорной балки на
раму тележки, устройству буксовой связи и конструкции
рамы.
По назначению тележки делятся на грузовые и пассажирские. Тележки пассажирских вагонов обычно отличаются от тележек грузовых вагонов наличием люлечного
устройства и двух ступеней подвешивания.
По числу осей тележки бывают двух-, трех-, четырехосные и многоосные. Наибольшее распространение получили двухосные тележки.
По способу передачи нагрузки от кузова различают
тележки с опиранием кузова:
7
- на подпятник тележки;
- на подпятник и упругие фрикционные скользуны;
- непосредственно на скользуны.
Первый и второй способы применяют в грузовых вагонах. При этом наличие упругих фрикционных скользунов обеспечивает гашение колебаний боковой качки кузова и виляния тележки. Третий способ характерен для пассажирских вагонов локомотивной тяги. Его достоинства —
высокие ходовые качества за счет гашения колебаний виляния тележки и исключения боковой качки кузова.
По способу передачи нагрузки от надрессорной
балки на раму различают тележки:
- с непосредственной передачей нагрузки на две бо-
ковые рамы;
- через упругие элементы;
- через упругие элементы, установленные в люльке.
Первый способ применяется в тележках грузовых вагонов с буксовым подвешиванием, второй — в тележках
грузовых вагонов с центральным подвешиванием и в тележках пассажирских вагонов с безлюлечной центральной
ступенью подвешивания, третий — в тележках пассажирских вагонов с люлечной центральной ступенью подвешивания.
По способу связи рамы с буксами тележки бывают:
- с челюстной связью;
- с упругой челюстной связью;
- с упругой балансирно-челюстной связью;
- с упругой шпинтонно-бесчелюстной связью;
- с упругой поводково-бесчелюстной связью;
- с упругой рычажно-бесчелюстной связью.
Конструкция связи колесной пары с рамой те-
лежки оказывает существенное влияние на величину горизонтальных поперечных сил и виляние колесных пар. По
конструкции рамы различают тележки с одной жесткой
8
штампосварной рамой и с двумя литыми боковыми рамами, нежестко связанными между собой.
К параметрам, характеризующим техникоэкономические показатели тележек, относятся:
собственная масса;
база (расстояние между центрами крайних осей у
двух- и трехосных тележек и между серединами рессорных
комплектов сочлененных тележек для четырехосных);
тип и параметры рессорного подвешивания;
расстояние от уровня головок рельсов до опорного
узла тележки;
рессорная база;
тип тормоза;
конструкционная скорость.
Важное значение с точки зрения пригодности вагона
для эксплуатации имеют его ходовые качества, которые
определяются конструкцией тележек и параметрами рессорного подвешивания. Ходовые качества вагона характеризуются устойчивостью его против схода с рельсов, плавностью вписывания в кривые участки пути, величиной
вертикальных и горизонтальных динамических сил и ускорений, а также показателем плавности хода.
Для того чтобы тележки обеспечивали требуемые
ходовые качества вагону, они должны иметь рациональную конструктивную схему и оптимальное значение параметров рессорного подвешивания. В опорах кузова на тележки должно быть достаточное трение, необходимое для
гашения колебаний виляния и ограничения поворота тележки относительно кузова.
1.2 Эпоха поясных тележек грузовых вагонов
История российского вагоностроения началась в 40-х
г.г. ХIX в., когда для строящейся железной дороги Санкт-
9
Петербург – Москва потребовалось 3000 вагонов [3].
Их производство решено было организовать на одном из
лучших заводов того времени - Александровском чугунолитейном заводе, расположенном в Петербурге. В 1843 г.
завод был передан из Департамента горных и соляных дел
Министерства финансов Главному управлению путей сообщения и вскоре был переименован в Александровский
механический завод.
Техническая комиссия при Департаменте железных
дорог определила тип и конструкцию вагонов. В своем постановлении она отдала предпочтение четырехосным вагонам, которые по сравнению с двух- и трехосными при одинаковом объеме кузова имели меньшую удельную массу,
представляли меньшую опасность при изломе оси, были
более устойчивы и меньше расстраивали путь. Комиссия
установила, что грузоподъемность вагонов должна быть до
8 т, диаметр колес - 914 мм, диаметр средней части оси 82,5 мм, шейки - 63,5 мм. Производство вагонов началось в
1846 г.
Диски колес изготавливались из термообработанного
чугуна повышенной твердости, бандажи – из стали. Подшипники букс были медными. Для смазки букс применялось говяжье сало и сурепное масло. Масса тележки равнялась 3.8 т.
К буксам обеих колесных пар снизу при помощи болтов присоединялись боковые балки, выполненные из полосовой стали. Расстояние между центрами осей колесных пар
(база тележки) составляло 1228 мм. На верхние стенки корпусов букс, имевшие углубления, опирались концы продольно расположенных и выгнутых вверх рессор с сечением
листов 102 х 12,5 мм. На эти рессоры опирался поперечный
деревянный армированный стальными листами брус. Такой
брус обычно называют надрессорным. Его концы присоединялись к хомутам рессор. В центре бруса имелось отверстие
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]