Создание грузовых вагонов нового поколения связано с некоторыми специфическими требованиями к ходовым частям. Это, прежде всего обеспечение хороших динамических качеств экипажей при повышенных до 245 кН нагрузках от оси на рельсы. Воздействие на путь таких экипажей должно  не превышать воздействий вагонов эксплуатационного парка на тележках модели 18-100. При этом, срок службы тележки должен равняться 32 годам, а первый плановый ремонт – не ранее 16 лет эксплуатации или после пробега 2 млн.км. Особые требования предъявляются к колесным парам – они должны служить не менее 32 лет, а срок эксплуатации по качеству монтажа подшипников кассетного типа – не менее 8 лет или 500 тысяч км. пробега.

Подшипники работают в сложных условиях. Даже при достаточно качественном изготовлении подшипников, их характеристики могут оказаться неудовлетворительными и произойдет внезапный отказ. Причиной этого может быть некачественный монтаж, неправильная эксплуатация и т.п. При этом под отказом следует понимать не обязательно разрушение трущихся (рабочих) поверхностей, а выход одной из характеристик подшипника за допускаемые пределы. Так, для подшипников, применяемых в буксах подвижного состава железных дорог критериями отказа могут быть рост температуры выше допускаемых значений, разрыв сепаратора, вызванный силами его взаимодействия с телами качения, усталостное выкрашивание дорожек качения, боковых поверхностей роликов, изнашивания торцов роликов и рабочих поверхностей бортиков колец, из-за сколов бортиков под действием импульсной осевой нагрузки.

Обеспечение долговечности подшипника, работающего в условиях динамического радиального и осевого нагружения является весьма сложной задачей.

Основные производители кассетных подшипников (применение именно их является обязательным для вагонов нового поколения) разделились во взглядах на долговечность своей продукции. Так, например, ОАО «ВНИПП» гарантирует [1] срок эксплуатации подшипников в подшипниковых узлах железнодорожного подвижного состава не менее восьми лет или 800 тыс. км пробега. Известные своим качеством европейские производители, такие как SKF, TIMKEN и др., более осторожны в оценках долговечности.

Общеизвестно, что долговечность подшипника при прочих равных условиях зависит от величин радиальных сил действующих на ролик в процессе вращения. Эти силы влияют на напряжения в металле, толщину смазочного слоя и давление смазки в зонах контакта ролика с наружным и внутренним кольцом.

В качестве передающего звена от рамы на подшипники в тележках грузовых вагонов нового поколения применяются адаптеры. В данной работе изучается влияние адаптеров различных конструкций на характер распределения прежде всего радиальных нагрузок между роликами подшипника. При моделировании рассматривается влияние только радиальных нагрузок. Влияние осевых нагрузок на подшипник в настоящей статье не рассматривается.

Для анализа были взяты известные типы буксовых узлов: букса тележки 18-100, адаптер типа AdapterPlus, адаптер, интегрированный в систему рычагов Шефеля, полубукса тележки 18-7020 и адаптер тележки 18-4129.

Адаптеры, используемые в тележках рассчитанных на нагрузку 245 кН от оси на рельсы по своей конструкции можно условно отнести к трем группам. 

К первой группе отнесены адаптеры с так называемыми упругими прокладками, используемые в тележках 18-194-1Б, 18-4112, 26Б502, SF Motion control.  Упругие прокладки для восприятия вертикальных нагрузок имеют достаточно большую плоскую пластину с жесткостью  в вертикальной плоскости от 20  до 50 МН/м и соединенные с нею различной формы элементы, воспринимающие поперечные и продольные усилия, возникающие в горизонтальной плоскости буксового узла. Обобщенным представителем этой группы может служить Adapter Plus (Рис. 1) [2].

и полимерная прокладка.

Ко второй группе отнесены адаптеры с упругими элементами, установленными под углом к вертикали, как вдоль так и поперек буксового узла. Таким образом, они воспринимают нагрузку действующую вдоль трех осей: вертикальной,  продольной, поперечной. Жесткость таких упругих элементов существенно ниже чем упругих прокладок. Такие адаптеры нашли свое применение в тележках моделей 18-1711, 18-9750 и тележках, использующих "идеи Шеффеля". Обобщенный представитель этой группы адаптеров показан на рис. 2. Адаптер (1) имеет крышеподобную двухскатную форму верхней части, и эта «крыша» образует опору для двух упругих элементов (2), на которые через стальную прокладку (3) опирается буксовый проем боковой рамы (4).

К третьей группе отнесены адаптеры, применяемые в грузовых тележках с двойным рессорным подвешиванием. Эти адаптеры совместно с резинометаллическими пружинами шевронного типа обеспечивают работу первичного подвешивания тележек. Прогибы первичного подвешивания, как под тарой, так и под брутто соизмеримы с прогибами вторичного подвешивания. Боковая и угловая жесткости многослойных упругих блоков выбраны из условий обеспечения минимальных рамных сил и радиальной установки колесных пар в кривых участках пути, чем снижается износ колес и рельсов, понижается сопротивление движению вагонов и вероятность схода их с рельсов. Такие адаптеры применены в тележках модели 18-4129, 18-1180 и некоторых других. Обобщенный тип адаптеров третьей группы показан на рис. 3.

Боковые рамы тележки 18-4129 опираются на подшипниковые узлы колесных пар через буксовое рессорное подвешивание (рис. 3). Буксовые проемы боковых рам 1 опираются на резинометаллические упругие элементы 2, передающие нагрузку от рамы через адаптер 3 на подшипник 4 колесной пары 5. 

Рисунок 3 - Буксовый узел тележки 18-4129

Рисунок 4  - Полубукса тележки 18-7020.