Паровозыжелезнодорожный транспорт

Букса с подшипником скольжения До недавнего времени в колёсных парах паровозных и тендерных осей применялись исключительно подшипники скользящего трения.

Фиг. 116» Букса с подшипником скольжения в разрезе Теперь на железнодорожном транспорте" начато оборудование подвижного состава роликовыми подшипниками, имеющими несомненные преимущества перед подшипниками скольжения. Чтобы оценить их, рассмотрим сначала устройство буксы с обычным подшипником скольжения. Такой подшипник виден на фиг. 116, где показана букса в разрезе. .< Подшипник внутренней поверхностью обхватывает шейку оси; при движении паровоза шейка оси скользит по этой поверхности. bs а. дробвяский

Поэтому такой подшипник и называют подшипником скольжения. Чтобы уменьшить трение, к трущимся поверхностям подводится смазка (см. главу X). Благодаря смазке облегчается движение и трогание поезда с места. При движении поезда вращающаяся ось увлекает смазку из подшипника и между осью и подшипником может не оказаться масляной плёнки; трение будет сухим. В этих случаях мельчайшие неровности подшипника начнут цепляться за поверхность шейки. При смятии и срезе неровностей создаётся большое сопротивление движению, на преодоление которого расходуется часть силы тяги паровоза. При сухом трении на шейке образуются риски (задиры), которые приводят к нагреванию подшипника и даже поломке оси. Учитывая это, конструкторы отделили подшипник от шейки оси не только масляной плёнкой, но ещё и тонким слоем мягкого сплава — баббита (баббитовой заливкой, см. фиг. 116). Подшипник запрессовывается в корпус буксы. ■ Корпус буксы представляет собой стальную отливку П-образ-ной формы, достаточно жёсткой и прочной конструкции. Букса должна выдерживать большие по величине и разнообразные по направлениям нагрузки: давление от веса надрессорного строения паровоза; поперечные усилия при прохождении паровоза по кривым участкам пути; толчки от неровностей пути, а также все усилия, действующие на раму от паровой машины и при торможении. Чтобы воспринять воздействие указанных сил и обеспечить подвижную связь рамы с колёсными парами, буксы должны не только плотно устанавливаться в буксовых вырезах, но вместе с тем иметь возможность перемещаться относительно рамы. Для этого в корпусе буксы с боков прострагиваются пазы (фиг. 116). Букса вставляется в буксовый вырез рамы снизу так, что её пазы обхватывают боковые поверхности (грани) буксового выреза. Для уменьшения трения при вертикальных перемещениях буксы в её пазах укрепляются бронзовые пластины с буртами, называемые наличниками, или между рамой и буксой ставятся чугунные буксовые прокладки. Положение буксы в буксовом вырезе регулируется клином. Клин, помещаемый между наличником и стенкой буксового выреза, позволяет точно расположить буксу в раме по отношению к оси колеса и в то же время обеспечивает свободное перемещение буксы вверх и вниз. В настоящее время на паровозах применяются так называемые самоустанавливающиеся клинья, которые автоматически «подтягиваются» пружиной, «выбирая» зазоры, образующиеся от износа наличников букс и направляющих. Самоустанавливающиеся клинья освобождают машиниста от необходимости выполнять трудоёмкую работу по регулировке и подтяжке клиньев, способствуя увеличению пробегов паровозов без обточки, благодаря своевременной и правильной регулировке буксовых клиньев. Прибор для автоматической подтяжки клина укрепляется •снизу к буксовой струнке. В нижнюю часть буксы вставляется подбуксовая коробка, внутри которой помещается так называемая «подбивка» из войлока, пропитанного маслом. Она смазывает нижнюю часть шейки оси колёсной пары и предохраняет её от загрязнения. Мы рассмотрели буксу с подшипником скольжения. Букса с роликовым подшипником Основным достоинством подшипников качения является то, что в них трение скольжения заменено трением качения; в результате сопротивление в буксе уменьшается в несколько раз; подшипники качения для своей работы требуют значительно меньше смазки, чем подшипники скольжения. Из-за уменьшения трения облегчается трогание подвижного состава с места и уход за ним в эксплуатации.

Фиг. 117. Упрощённая схема буксы с подшипником качения (роликовая букс
а) Идея устройства
буксы с роликовым подшипником очень проста (фиг. 117 и 118). На шейке оси колёсной пары укреплено кольцо (внутреннее), которое вращается вместе с осью. Другое кольцо (наружное), большего диаметра, остаётся неподвижным в корпусе буксы. Между двумя кольцами помещаются ролики. Чтобы удержать ролики на равном расстоянии друг от друга, применяется сепаратор — латунное или стальное кольцо с гнёздами для роликов. Когда паровоз трогается с места, внутреннее кольцо начинает вращаться и увлекает ролики, которые перекатываются между кольцами, образующими дорожки качения для роликов. Для того чтобы ещё больше уменьшить трение и отвести тепло выделяемое при трении, в корпус буксы закладывается смазка, которая в свою очередь предохраняет кольца и сепаратор от коррозии. На, первый взгляд кажется, что нагрузка Р (фиг. 117, а) на буксу воспринимается одновременно всеми роликами. Однако это не, так. Дело в том, что изготовить детали подшипников (кольца и ролики) абсолютно правильной формы почти невозможно. А если бы даже это и удалось, то всё равно при износе роликов и колец появятся радиальные зазоры, хотя и очень малой величины. Из-за радиальных зазоров (фиг. 117, б) часть роликов, находящихся в нижней части подшипника, не испытывает никакой нагрузки; удерживаемые сепаратором они в этой части подшипника продвигаются «безучастно». В верхней части подшипника зазора нет, поэтому вся нагруз-Фиг. 118. Общий вид роликового ка Р на буксу восприни-подшипиика: мается перекатываемыми — ролик; 2, S — наружные кольца; 4 — сепаратор; здесь РОЛИКЭМИ, глзвным В – внутреннее кольцо обрЗЗОМ, ДВуМЯ-тремя рО- ликами. Разумеется, что сопротивление качения роликов в десятки раз меньше сопротивления, возникающего в обычных подшипниках скольжения. Этим и объясняется тот факт, что трогание с места поезда на роликовых подшипниках значительно облегчается по сравнению с поездом на подшипниках скольжения. В том, что роликовые подшипники намного уменьшают трение в буксах, можно убедиться, рассматривая фиг. 119. Здесь показана величина удельной (т. е. приходящейся на 1 т веса поезда) работы, которую необходимо затратить на разгон поезда, вагоны которого оборудованы в одном случае подшипниками скольжения, а в другом роликовыми подшипниками. Чтобы развить, например, скорость в 70 км/час, необходимо произвести работу, равную примерно 30000 кгм/т, если состав оборудован роликовыми подшипниками, и почти в 2 раза больше (свыше 50 000 кгм/т), если состав оборудован подшипниками скольжения. ,. График, приведённый на фиг. 119, составлен на основании опытных поездок с поездом, проведённых на экспериментальном кольце Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. ; Важное преимущество роликоподшипников состоит также в’ том, что менять смазку в буксах нужно только два раза в год* тогда как в обычные буксы приходится добавлять смазку ежедневно.

На подвижном составе железных дорог применяются ролики различной формы: цилиндрические, конические, бочкообразные (сферические). Каждый из них имеет достоинства и недостатки. Так, цилиндрический ролик прекрасно выдерживает радиальную (вертикальную) нагрузку, в том числе и кратковременную ударную нагрузку, например при проходе рельсовых стыков. Конические и сферические ролики хорошо воспринимают осевые (горизонтальные) нагрузки и стремятся сохранить своё положение в случае изменения направления нагрузки. Движущие колёса паровоза, как правило, оборудованы коническими роликами, а тендерные и поддерживающие оси паровозов — цилиндрическими и сферическими роликами.

В связи с разнообразным рельефом местности, а также по экономическим соображениям железнодорожные пути, кроме прямых участков, имеют немало кривых. В железнодорожной терминологии слово «кривая» обозначает плавное закругление пути между прямыми участками, расположенными под углом друг к другу. Но какой бы плавной ни была кривая, движение подвижного состава по ней всегда затрудняется. Объясняется это тем, что на паровозе нет «руля», который мог бы повернуть колёсные пары при перемене направления движения поезда. Сила, «поворачивающая» паровоз и вагоны, возникает между рельсами и колёсами, которые в кривой прижимаются к рельсу гребнями бандажей.

Когда вагон с прямого пути переходит в кривую, то пассажирам, стоящим, в вагоне, приходится опираться о стену или держаться за поручень, чтобы сохранить равновесие. Пассажира отбрасывает в сторону сила, которая в механике называется центробежной. Величина центробежной силы-зависит, во-первых, от массы движущегося по кривой тела: чем больше масса (чем тело тяжелее), тем больше величина центробежной силы, во-вторых, от радиуса кривой, чем меньше радиус кривой (чем она круче), тем больше величина центробежной силы, и, в-третьих, от скорости движения тела по кривой, причём центробежная сила изменяется пропорционально квадрату скорости движения: с увеличением скорости, например, в 10 раз центробежная сила увеличится в 10-10= 100 раз. Чтобы удержаться при повороте вагона, пассажир давит навагой с некоторой силой, а вагон с точно такой же силой действует на пассажира, заставляя его вместе с вагоном изменять направление движения. Нечто подобное происходит и с паровозом при движении его в кривой. ч Паровоз стремится сохранить прямолинейное движение, поэтому на закруглении некоторые из его колёс гребнями бандажей прижимаются к наружному рельсу кривой (т. е. к рельсу, который закруглён по большему радиусу) и давят на него с силой, величина которой, грубо говоря, равна центробежной силе паровоза. В железнодорожной практике эта сила, с которой гребни бандажей давят на рельсы, называется боковым давлением. Рельсы в свою очередь воздействуют на гребни бандажей с равной и противоположно направленной силой, которая называется реакцией рельса. Реакция рельса и заставляет изменять направление движения паровоза в кривой, «поворачивает» его. Чем больше центробежная сила паровоза и чем меньше колёс давит на наружный рельс, тем больше боковое давление от каждого колеса паровоза. У современных паровозов максимальная величина бокового давления составляет 6—8 тыс. кг. Хотя рельсы и прочно закреплены на шпалах, но большие боковые давления могут вызвать отжатие (сдвиг) рельсов на недопустимую для эксплуатации величину (8—10 мм и более), что угрожает безопасности движения поездов. При сдвиге рельсов расширяется колея и паровоз может сойти с рельсов (его колёса провалятся внутрь колеи). Поэтому задача конструкторов состоит в том, чтобы правильно рассчитать величину боковых давлений и так спроектировать экипаж, чтобы центробежная сила паровоза передавалась на рельсы через возможно большее количество колёс. На фиг. 120 условно показано расположение экипажа с пятью

Фиг. 120. Схема установки пятиосного экипажа в кривой осями в кривых различного радиуса. Жёсткая рама экипажа представлена в виде отрезка прямой, колёсные пары обозначены точками 1, 2, 3, 4, 5, рельсовая колея изображена в виде двух концентрических окружностей. Крупными точками показаны колёсные пары, касающиеся гребнем бандажей наружного рельса. Отрезки г /i и у5 обозначают в масштабе, на какую величину колёсные пары / и 5 выходят за наружный рельс. Рассмотрим, что показывают эти установки. 1. Положение I. Все колёсные пары пятиосного экипажа умещаются в пределах рельсовой колеи, или, как говорят экипаж вписывается в кривую. Колёсные пары / и 5 касаются гребнями бандажей наружного рельса, колёсная пара 5—внутреннего рельса, а колёсные пары 2 и 4 находятся в зазоре кривой, т. е. не касаются гребнями бандажей ни внутреннего, ни наружного рельса. Экипаж в указанной установке как бы заклинен своими колёсными парами 1, 3 и 5 между наружным и внутренним рельсами, но ещё сможет пройти эту кривую. 2. Положение II. В кривой меньшего радиуса тот же экипаж выходит колёсной парой 3 за внутренний рельс. Так экипаж не может двигаться по кривой: он или о
тодвинет вн

Тип паровоза определяет систему его экипажа, т. е. число и расположение осей (колёсных пар) и конструкцию рамы (жёсткая, сочленённая). Паровоз может иметь несколько движущих колёсных пар и поддерживающие и бегунковые колёсные пары. Число всех осей и их расположение относительно друг друга .для наглядности изображается цифрами, разделёнными чёрточками •(например 1-5-1). Первая цифра обозначает число передних бегунковых осей, вторая — число осей движущих (сцепных) и третья — число задних поддерживающих осей. Если бегунковых или поддерживающих осей нет, ставятся на соответствующие места нули. Например, если паровоз имеет только пять сцепных колёсных пар и ни одной поддерживающей и бегун-ковой, пишется 0-5-0 (см. также стр. 246). Распространённый на наших железных дорогах грузовой паровоз серии Л обозначается 1-5-0, т. е. он имеет одну бегунковую и пять движущих колёсных пар. Пассажирские паровозы, выпускаемые Коломенским заводом., имеют обозначение 2-4-2. Из обозначения следует, что впереди паровоза помещены две бегунковые колёсные пары, а сзади — две поддерживающие. Движущих осей — четыре. Если речь идёт о сочленённом паровозе, имеющем, например^, восемь движущих осей (по четыре в каждой раме), одну бегунковую-и две поддерживающих оси, то такой локомотив получит обозначение 1-4 +4-2, где знак + говорит о сочленении двух экипажей. В США и Англии тип паровоза определяется числом колёс, а не* осей, например, паровоз типа 1-5-0 серии Л в этих странах, обозначается 2-10-0; паровоз типа 1-5-1 серии ФД получит обозначение 2-10-2. В Германии число движущих осей обозначается прописными буквами соответственно алфавиту, так, обозначение 1Е равнозначно типу 1-5-0, а обозначение 1Е1 расшифровывается как тип 1-5-1:; при этом чёрточки между цифрами и буквами не ставятся. Такая простейшая классификация паровозов по числу и расположению колёсных пар и даёт полное представление о типе паровоза.. Если же известна ещё и нагрузка на движущие оси, то судят о размерах и мощности локомотива. Вот почему, когда хотят узнать тип-паровоза, то прежде всего интересуются числом осей и их расположением. Дополнительной классификацией паровоза является серия. Под серией понимают группу паровозов одного и того же типа,, построенных по одинаковым чертежам, но отличающихся между собой лишь конструктивными изменениями отдельных узлов (диаметром колёсных пар, устройством пароперегревателя, способом постановки связей и т. д.). Обозначать серию условились одной или двумя-заглавными буквами русского алфавита. Например, мощным пассажирским и грузовым паровозам присвоена серия ИС—Иосиф’ Сталин и ФД— Феликс Дзержинский. Иногда к заглавной букве добавляется индекс, например, Эр ,., ФДМ , Эу . В данном случае индексы обозначают: р — реконструированный, м — модернизированный, у — усиленный. Распространённым на наших дорогах пассажирским паровозом; является паровоз типа 1-3-1. Этому паровозу впервые была присвоена серия С, а затем серия Св , С, Сум. Заглавная буква С дана в честь Сормовского завода, который ещё в 1911 г. построил1 новый для того времени паровоз этого типа. Буква у говорит о том, что в дальнейшем паровозы этой серии были усилены,, буквы ум — усилены и модернизированы. Первенцу послевоенной пятилетки, грузовому паровозу типа? 1-5-0, присвоена серия Л —по первой букве фамилии главного кон-, структора Лебедянского Л. С.

Так как через рессоры передаётся ходовым частям вес котла, машины и рамы паровоза, то они (рессоры) с одной стороны должны быть связаны с рамой, а с другой — с ходовыми частями. В зависимости от размещения рессор различают рессорное-подвешивание: верхнее, промежуточное и нижнее. Фиг. 115 иллюстрирует устройство верхнего и промежуточного рессорного подвешивания. При верхнем подвешивании хомут рессоры (через так называемую упорку) опирается на Верхнюю часть буксы (фиг. 115. Рессоры I, II и III осей). При промежуточном подвешивании рессора через рессорную стойку опирается на раму, а концы её соединяются с балансирами (фиг. 115. Рессоры IV и V осей). С рамой паровоза рессора соединяется шарнирно. Если жёстко закрепить концы рессоры на раме, то рессора при нагрузке не сможет прогнуться, а при резком толчке даже сломается. Если же концы рессоры соединить с рамой шарнирно — с помощью подвесок, то она получит возможность свободно проги- баться под нагрузкой. Нагрузки на отдельные рессоры у движущегося паровоза, изменяются вследствие его качания (так называемые виляние и галопирование). Это приводит к резкому перенапряжению отдельных рессор и их поломке.

На железнодорожном подвижном составе применяются рессоры разнообразных конструкций. Несмотря на это принцип их действия одинаков. Рессоры должны обладать двумя основными качествами: большой упругостью и высокой прочностью. Чтобы понять, как работает рессора, отбратимся к фиг. 114, а. Здесь изображена прямоугольная стальная пластинка АВ, опирающаяся посередине на призму. К концам пластинки подвешен груз Д, вес которого заставляет пластинку прогнуться (см. пунктир). В каждом сечении изогнутая пластинка будет испытывать разные напряжения. Чем ближе сечение к призме, т. е. к месту закрепления, тем больше напряжение; чем дальше от места закрепления, тем меньше напряжение. Для того чтобы пластинка имела одинаковые напряжения во всех сечениях, ей необходимо придать форму ромба АБВГ (фиг. 114, б). Если опереть такой ромб посередине на призму и подвесить по концам его груз, то ромб окажется жёстче прямоугольной пластинки; в любом сечении его (аа, бб и т. д.) будут примерно одинаковые напряжения. Такие пластинки в форме ромбов относятся к телам, которые носят название тел равного сопротивления при изгибе. Знание закона распределения напряжений подсказывает нам и ромбообраз-ную форму листов для рессоры. Но ромбообразные листы невозможно применять в паровозных рессорах из-за слишком большой ширины их. Чтобы ширина рессоры была небольшой и в то же время сохранились качества ромбообразного листа, достаточно его разрезать на несколько равных частей (линии разреза проведены на фиг. 114, б). Затем полученные пластины соединяются попарно (в нашем примере 2—2,3—3,4—4,5—5 и 6—6) и накладываются друг на друга с таким расчётом, чтобы наверху была самая длинная и широкая пластина 1, а под ней остальные сдвоенные, более короткие (фиг. 114, в). Количество листов в рессоре выбирается в зависимости от их размеров и от величины нагрузки. Пригнанные таким образом полосы посередине охватываются хомутом. В действительности рессоры изготовляют из целых полос. Благодаря своей особой форме листовая рессора способна выдерживать нагрузку на изгиб, превышающую в десятки раз её собственный вес. Величина, на которую прогибает» ся рессора под действием груза в 1 т, называется гибкостью рессоры. Гибкость — важнейшая характеристика упругих свойств рессоры. Чем больше сможет прогнуться рессора под нагрузкой, тем она мягче, чем меньше, — тем жёстче. От гибкости рессор зависит сила воздействия паровоза на путь. Более гибкие рессоры лучше смягчают воспринимаемые удары и толчки. Чтобы рессорное подвешивание было более гибким, листовые рессоры применяются совместно с пружинами— витыми или спиральными. Может случиться, что в то время как одна рессора воспринимает наибольшую нагрузку, другая рессора окажется полностью разгруженной. При этом колесо может приподняться и сойти с рельсов. Чтобы более равномерно распределить нагрузки между колёсами, отдельные рессоры соединяют между собой посредством так называемых балансиров (фиг. 115). Балансир напоминает коромысло: средней своей частью балансир опирается на специальные ножи или на валики, около которых он может качаться. К каждому балансиру посредством подвесок присоединяются смежные концы рессор двух соседних колёс. Вот почему действие удара от неровности пути на одну колёсную пару тотчас передаётся через балансиры соседней колёсной паре. От этого нагрузки колёс на рельсы и усилия, воспринимаемые отдельными рессорами, выравниваются. На паровозах рессоры с помощью подвижных балансиров (продольных и поперечных) объединяются между собой в группы. Если внимательно посмотреть на фиг. 115, то на ней можно увидеть три группы рессор, соединённых между собой балансирами. .Каждая из этих трёх групп независима одна от другой.

К первой группе относятся £ рессоры тележки и рессоры -двух передних колёсных пар, ко второй группе — рессоры ‘ трёх остальных колёсных пар, £ расположенных с правой сторо- I ны рамы, а к третьей группе— рессоры тех же колёсных пар, но расположенных с левой сто- % роны рамы.