Тележка
модели 18-9817 это совместная разработка американской компании ASF Keystone и украинской Промышленно-инвестиционной
группы «ИнтерКарГрупп».
Цель
разработки –
создание тележки, конструкция которой позволит увеличить весовые нормы грузовых
поездов и повысить пропускную способность железных дорог при существующей длине
станционных путей.
В
тележке были использованы конструктивные решения и технологии, примененные в
тележке модели Motion Control,
которая успешно эксплуатируется на железных дорогах США и Канады (более 250
тыс. вагонокомплектов в эксплуатации).
Причиной
выбора этой концепции и выбора конструктивных решений элементов тележки явилось
требования по увеличению межремонтных пробегов с обеспечением стабильных
динамических качеств на протяжении всего жизненного цикла при обеспечении
нормативного воздействия на путевую структуру и сохранения существующих
технологий содержания и ремонта тележки.
Основные
элементы тележки модели 18-9817:
Представленая
тележка относится трехэлементной конструктивной схеме и состоит из следующих
основных узлов.
Надрессорная
балка и две боковые рамы (1). Сохранена существующая литейная технология. Материал - сталь 20ГЛ ОСТ 32.183-2001.
На
надрессорной балке в подпятниковом месте установлена износостойкая чаша (2),
обеспечивающая постоянное трение, и боковые скользуны постоянного контакта Preload Plus (3)
с возможностью подбора упругих характеристик в зависимости от типа вагона.
В
буксовых проемах боковой рамы установлены адаптеры «Adapter Plus» (7) с полимерной прокладкой, которые
обеспечивает пассивное вписывание тележки в кривые и могут эксплуатироваться
при темпиратурах до -60 °С.
Применение данного адаптера позволит снизить износ колес и рельсов.
Нагрузки
от надрессорной балкина боковую раму передаются через центральное рессорное
подвешивание (6). В подвешивании применены стандартные для американских железных
дорог прижины типа D5
и фрикционные клинья Rade Master.
В
тележке применена тормозная рычажная передача (4) с односторонним нажатием
колодок. На тележке установлены два триангеля с безрезьбовым креплением
тормозных башмаков и устройство равномерного отвода колодок при отпуске.
Каркас
тележки, в который входят надрессорная балка, две боковые рамы с адаптерами,
центральное рессорное подвешивание и тормозная рычажная передача, установлен на
колесные пары (5), оборудованных подшипниковыми узлами кассетного типа и
колесами с S-образным
диском.
Балка надрессорная выполнена в виде бруса пустотелого равного сопротивлению
изгиба из стали 20ГЛ по ОСТ 32.183-2001 «Тележки двухосные грузовых вагонов
колеи 1520 мм. Детали литые. Рама боковая
и балка надрессорная. Технические условия» Модель надрессорной балки показана
на слайде.
На верхней горизонтальной
поверхности балки 1 выполнено подпятниковое место 2, в котором установлена износостойкая
чаша 3. На расстоянии, равном ширине колеи, установлены съёмные скользуны 4 постоянного
контакта «PreLoad Plus».
Места под установку
скользунов (ширина и длина площадки, отверстия под болтовое крепление) унифицированы
для возмозности установки скользунов различной конструкции.
Обращает на себя внимание
наличие на концевых частях надрессорной балки направляющих, которые,
взаимодействуя с направляющими на боковых рамах тележки, обеспечивают
гарантированное ограничение величины забегания боковых рам и разгружают
фрикционные клинья рессорного подвешивания от восприятия чрезмерных продольных
и угловых силовых воздействий.
Износостойкая чаша
изготовлена из высокопрочного термобработанного чугуна ВЧ 50 ГОСТ 7293-85,
обеспечивающая защиту горизонтальной и вертикальной поверхностей подпятникового
места. Материал обеспечивает низкий коэффициент трения m = 0,25. Чаша свободно
устанавливается в подпятниковое место и не требует дополнительной смазки.
Скользун постоянного контакта состоит из крышки, комплекта пружин,
основания и идентификационной пластины.
Крышка и основание
изготовлены из высокопрочного чугуна.
В верхнюю часть крышки
вставлен диск из фрикционного материала, который обеспечивает необходимый
контролируемый коэффициент трения (m = 0,45) и уменьшает износ
деталей скользуна и износостойкой пластины кузова вагона. Благодоря применению
диска на крышке скользуна отсутствует наволакивание металла (заедание) и как
следствие увеличение коэффициента трения, что вредно для прохождения кривой.
Основание крепится к
надрессорной балке болтовым креплением.
Пружинный комплект скользуна
состоин из трех витых пружин, который можно компоновать по трем вариантам
взависимости от необходимой предварительной нагрузки (обозначение модели
описывает максимальную предварительную нагрузку, в фунтах):
- все три пружины для модели
5600;
- наружная и промежуточная
пружины для модели 4500;
- наружная и внутренняя
пружины для модели 4000.
Возможность
подбора жесткостных характеристик рессорного комплекта позволяет обеспечить продолжительный контроль
виляния, раскачивания и улучшенное, последовательное прохождения кривой для
различных типов вагонов (полувагонов, платформ, цистерн, крытых и хопперов).
Одна из трех
идентификационных пластин устанавливается под основанием и жестко закрепится на
месте, когда основание прикручивается болтами. Номер модели отчеканен на обеих
сторонах. Эти идентификационные пластины обозначают модель и предварительную
нагрузку и имеют специальные уступы, не позволяющие установку несоответствующих
пружин для определенных моделей.
Данная конструкция одобрена
Ассоциацией американских железных дорог (AAR) и успешно эксплуатируется
на железных дорогах США и Канады. Эксплуатация показывет низкий износ на
элементах, как самого скользуна, так и на износостойких пластинах скользуна
кузова вагона.
Напряженно-деформированное
состояние надресорной балки тележки при
сочетании нагрузок по первому и третьему расчетным режимам находится в зоне допустимых
напряжений.
Согласно результатов натурных
испытаний (протокол УкрНИИВ №810 от
06.10.2008) коэффициент запаса усталостной прочности составил 2,23.
Надрессорные балки через
центральное рессорное подвешивание опирается на боковые рамы. Рама боковая изготовлена из стали 20ГЛ по
ОСТ 32.183-2001 «Тележки двухосные грузовых вагонов колеи 1520
мм.
Детали литые. Рама боковая и балка надрессорная. Технические условия» Модель
надрессорной балки показана на слайде.
Рама боковая представляет собой отливку, в
средней части которой расположен проем для размещения рессорного комплекта, а
по концам - проемы для установки колесных пар.
На нижнем поясе 2 проема для размещения
рессорного комплекта расположена опорная плита 1 с размещенными на ней
ограничителями 13 для фиксации пружин рессорного комплекта.
На вертикальных стойках 10 проема для
размещения рессорного комплекта, в районе ограничителей поперечных перемещений
балки надрессорной, выполнены площадки 7, на которых установлены фрикционные
планки при помощи двух винтов с отрывными головками и самоконтрящихся гаек. Опорная
плита 1 переходит в предохранительные полки, являющиеся опорами для балки
триангеля в случае обрыва подвесок, которыми триангели подвешены к кронштейнам 8
боковой рамы.
В кронштейны 8 в целях предотвращения их износа
установлены износоустойчивые втулки.
Полки с овальными отверстиями 9 служат
опорами для балки авторежима.
Проемы для установки колесных пар имеют
площадки 14, которыми боковая рама через адаптер опирается на кассетные
подшипники и упорные кронштейны 11, размещенные на челюстях проема 5 и 6.
В нижней части внутренних буксовых челюстей 5
имеются места для установки клиновидных фиксаторов 12, предназначенных для предотвращения
самопроизвольного разъединения колесных пар и рамы тележки.
Отличия в
конструкции центрального и буксовых проемов
Если сравнивать
конструктивные особенности боковых рам типовой тележки, которая применяется на
железных дорогах, и тележки модели 18-9817, то боковая рама представленной
тележки имеет ряд значительных приимуществ, а именно:
1. В верхней части буксового
проема боковой рамы тележки модели 18-9817 имеются специальные упоры, которые
взаимодействуют с адаптером, установленным над кассетным роликовым подшипником,
и обеспечивают передачу продольных и поперечных сил от колесной пары на раму
тележки, а также обеспечивают роль жестких ограничителей смещения
подшипникового узла относительно боковой рамы.
Вертикальные челюсти
буксового проема боковой рамы в обычных условиях эксплуатации не
взаимодействуют с подшипниковым узлом колесной пары (здесь имеется зазор
шириной порядка 2 – 4 мм), а все нагрузки передаются
через специальные упоры и опорную площадку.
Благодаря малому плечу передачи
нагрузок, по сравнению с боковой рамой типовой тележки, резко снижаются
изгибающие моменты, воздействующие на буксовый проем при продольных соударениях
и торможении.
2. Рессорный проем боковой
рамы тележки модели 18-9817 имеет сложную конфигурацию и снабжен достаточно
мощными вертикальными стойками, которые при взаимодействии с направляющими на
надрессорной балке тележки обеспечивают передачу продольных и угловых нагрузок
при соударении и изабегании боковых рам. Это обеспечивает разгрузку фрикционных
клиньев от восприятия чрезмерных продольных и угловых нагрузок, гарантированную
связность элементов тележки и ограничивает в допустимых пределах ( не более 10
мм)
велечины забегания боковых рам.
У типовой тележки прередача
продольных и угловых нагрузок при соударении и изабегании боковых рам
осуществляется через фрикционные клинь, пружинный комплект и специальные конштейны
боковой рамы, т.е. надрессорная балка имеет большую свободу как продольных и
поперечных, так и угловых смещений при забегании боковых рам. Из-за малых
площадей контакта идет интенсивный износ поверхностей взаимодействующих при передаче
продольных, поперечных и угловых нагрузок, увеличение смещений, что в свою
очередь приводит к потере кинаматики тележки и увеличению динамической
нагруженности элементов тележки и путевой структуры.
Отличия в
конструкции внутреннего радиуса буксового проема
Одним из критических сечений
в боковой раме типовой тележки является внутренний радиус буксового проема.
Если рассмотреть данный узел
в разрезе, то мы видим резкое изменение моментов инерции (моментов
сопротивления) при переходе от буксового проема к наклонному поясу, что
является концентратором напряжений в данной зоне. Аналогом этой картины может
служить вал или ось, выполненный с плавным и ступенчатым преходом из одного
диаметра к другому.
Внутренний радиус боковой
рамы тележки модели 18-9817, как показано на рисунке этого слайда, имеет
плавное изменение перехода от опорной части буксового проема к наклонному
поясу. Кроме этого узел внутреннго радиуса буксового проема более развит, что
тоже повышает его свойства к сопротивлению разрушения.
Напряженно-деформированное
состояние рамы боковой при сочетании
нагрузок по первому и третьему расчетным режимам находится в зоне допустимых напряжений.
Согласно результатам
натурных испытаний (протокол УкрНИИВ №811 от 06.10.2008) коэффициент запаса усталостной прочности
составил 1,8.
Кассетный
подшипник TBU 150x250 мм
На
колесную пару установлен кассетный подшипник с коническими роликами TBU 150.
Основные размеры подшипника:
Диаметр внутреннего кольца – 150 мм;
Диаметр наружного кольца – 250 мм;
Ширина наружного кольца – 160 мм.
Изготовители подшипников:
1. ОАО «Волжский подшипниковый
завод», Россия;
2. фирма «SKF»,
Швеция;
3. фирма «Brenco»,
США.
Подшипники сертифицированы в
РС ФЖТ.
Адаптер
подшипника с упругой прокладкой.
Боковые рамы опираются на
подшипниковые узлы колесных пар через адаптеры.
Между адаптером и
горизонтальной полкой буксового проема боковой рамы помещена упругая прокладка "AdapterPlus”. Утвержден в соответствии со спецификацией М-976 на тележках HD
Split Wedge и ASF Motion
Control. Более 10 000 вагонокомплектов и более 10 лет
эксплуатации.
Адаптер Плюс позволяет
колесной паре занимать радиальное положение при движении по кривой. Конструкция
эластомерной подкладки адаптера подшипника исключает контакт металла с металлом
и улучшает осевое выравнивание колпары. В отличие от обычных адаптеров, которые
полностью изготовлены из металла, эластомерная подкладка обеспечивает
управляемое движение колесной пары при более низких силах вхождения в кривую.
Угол атаки сокращается на 49 %. Колеса выравниваются быстрее, движение в кривой
улучшается, и уменьшается сопротивление качению, уменьшается износ опорной
площадки буксового проема, опорного кронштейна и опорных частей адаптера подшипника.
Экономические преимущества адаптера
"AdapterPlus”.
Взято из Технологического
дайджеста — Апрель 1998:
- 50% увеличение срока
службы рельса в кривых;
- 25% увеличение срока
службы колесной пары;
- 6% - 8% уменьшение
потребления топлива;
- 35% увеличение межремонтного срока.
- Исключает необходимость
ремонта буксового проема в связи с отсутствием износа;
- Отсутствие износа адаптера
подшипника;
- Увеличен срок службы
роликового подшипника в связи с уменьшенными боковыми силами и вертикальными
ударами.
Срок службы - 1,000,000
миль.
Центральное рессорное подвешивание
тележки модели 18-9817
Надрессорная балка опирается
опорными поверхностями на боковые рамы в центральном проеме через комплекты
рессорного подвешивания.
Рессорное подвешивание представляет собой пружинный
комплект и узел фрикционного гасителя колебаний. Упругая
характеристика пружинного комплекта приведена на рисунке ниже. Пружинный
комплект в зоне работы под тарой и брутто имеет линейную характеристику.
Пружинный комплект тележки
модели 18-9817
Пружинный комплект центрального
рессорного подвешивания состоит из девяти двухрядных пружин.
В качестве упругих элементов
в тележке модели 18-9817 под надрессорной балкой установлены стандартные для
американских железных дорог семь наружных пружин D5, и пять внутренних пружин D5. Для
обеспечения стабильной работы клинового гасителя колебаний на протяжении
межремонтных пробегов под клиньми установлены специально подобранные пружины с
повышенным прогибом. Винтовые пружины изготовленны в соответствии с AAR
M-114. Материал пружин – сталь 5160Н.
Пружины D5,
примененные в центральном рессорном подвешивании тележки модели 18-9817,
эксплуатируютя в США более 49 лет. За это врема их выпущено более 1,7 миллионов
коплектов. По данным эксплуатирующих организаций в США за это времы данные
пружины имели 3% отказов.
На данный момент
заканчиваются сертификационные испытания пружин в РС ФЖТ. Все пружины выдержати
циклические испытания на базе 10 мил. циклов (ни одна пружина не разрушилась).
Если сравнивать
конструктивные особенности рессорного подвешивания типовой тележки, которая
применяется на железных дорогах, и тележки модели 18-9817, то рессорное
подвешивание представленной тележки также имеет приимущества, а именно:
1)
Рессоный
комплект тележки модели 18-9817 расчитан напостановку девятипружинного
рессорного комплекта, а типовой тележки на семипружинный рессорный комплект.
Применение более развитого опорной поверхности рессорного комплекта в тележке
модели 18-9817 по сравнению с типовой тележкой позволяет использовать прутки
меньшего диаметра, снизить массу рессорного комплекта, увеличить сопротивление
рессорного комплекта колебаниям галопирования.
2)
Фрикционные
клинья в типовой тележке являются основным связующим звеном, которое объединяет
боковые рамы и надрессорную балку в единую систему. Продольные, поперечные и
угловые взаимные перемещения надрессорной балки и боковых рам передаются через
фрикционные клинья и пружинный комплект, что является существенным недостатком
этой тележки. Наиболее остро этот недостаток проявляется при большом износе пар
трения и неправильном подборе размеров конструктивных элементов, что приводит к
увеличению забегания боковых рам, перекосу надрессорной балки и изменению
кинематики тележки с вытекающими отсюда неблагоприятными последствиями для
динамической нагруженности как тележки, так и путевой структуры. В тележке
модели 18-9817 клин разгружен от восприятия чрезмерных поперечных и угловых
нагрузок, так как прередача этих нагрузок происходит непосредвтенно от
набрессорой балки на вертикальные стойки боковой рамы.
Узел фрикционного гасителя колебаний.
В качестве гасителя
колебаний в центральном рессорном повешивании применена фрикционная пара сухого
трения. Она состоит из фрикционного клина Ride Master с
углом наклона 37.5° и фрикционной планки. Крепление фрикционных
планок осуществляется болтами высокой прочности с отрывной головкой и
самоконтрящими гайками.
Фрикционный клин, изготовлен
из стали 30ГСЛ по ГОСТ 977-88, термоупрочнен и имеет твердость контактной поверхности
с фрикционной планкой боковой рамы 418-512 НВ. Фрикционная планка изготовлена
из стали У-10 ГОСТ 1435-99, термоупрочнена и имеет твердость контактной поверхности
с фрикционным клином 341-415 НВ.
По данным Американских
железных дорог данный узел эксплуатируется на 250 000 ывгонокомплектах и
его износостойкость составляет 1609000
км.
Отличия в конструкции клиньев
Если сравнивать
конструктивные особенности клина типовой тележки, которая применяется на
железных дорогах, и тележки модели 18-9817, то клин представленной тележки
также имеет приимущества, а именно:
1) Наклонные контактные
поверхности клина установленного на тележке модели 18-9817 разнесены и имеют
сложный угол контакта с криволинейной поверхностью, что улучшает работу
фрикционного клина при гашении поперечных колебаний, улучшает связанность
боковой рамы с надрессорной балкой и уменьшает износ трущихся поверхностей.
Клин типовой тележки имеет
плоскою наклонную контактную поверхность меньшей ширины, что приводит к
увеличенным нагрузкам на кромки вертикальной рабочей поверхности клина при
забегании боковин и угловых нагрузках. Это приводит к перекосу клина, интенсивному
износу трущихся поверхностей, что в свою очередь приводит к потере сязанности боковой
рамы с надрессорной балкой и ухудшает динамическую нагруженность тележки.
|