Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Вагоны Минимаркер Диаметр и толщина обода колеса

Диаметр и толщина обода колеса

Страница 4 из 12

Поверхность катания колес подвержена интенсивному действию различных нагрузок. Колесо, соприкасаясь с рельсом малой поверхностью (около 2,5 см3), передает ему большие статические (60–115 кН) и динамические нагрузки. В результате этого в месте соприкосновения колеса и рельса возникают значительные деформации и большие контактные напряжения. На рельсовых стыках и других неровностях пути развиваются большие ударные силы. При движении по кривым, а также вследствие виляющего движения колесной пары на прямых участках пути и разницы диаметров колес, насаженных на одну ось, происходит их скольжение, сопровождаемое возникновением соответствующих сил трения. Кроме того, в системах с обычным колодочным тормозом при торможении развиваются большие силы трения, вызывающие интенсивный нагрев колеса.

В таких условиях важное значение имеет правильный выбор диаметра и толщины обода колеса. Решение этой задачи связано со всесторонним учетом многочисленных факторов, по-разному влияющих на рассматриваемые параметры колеса.

Увеличение диаметра колеса сопровождается:

  • увеличением поверхности соприкосновения колеса с рельсом, в результате чего уменьшаются возникающие в них деформации, контактные напряжения и обусловленные ими усталостные разрушения и износы колес и рельсов;
  • уменьшением частоты вращения колесной пары, вследствие чего сокращается число циклов нагружения колес, осей и роликовых подшипников, влияющих на их усталостную прочность, уменьшается количество тепла, выделяемого в месте соприкосновения шеек оси с подшипниками скольжения, снижается температура нагрева колеса тормозной колодкой (последнее обусловлено также увеличением охлаждаемой поверхности колеса большого диаметра);
  • уменьшением сопротивления движению;
  • улучшением условий движения по неровностям пути;
  • уменьшением частоты колебаний виляния колесных пар, тележки и кузова.

Уменьшение диаметра колеса обеспечивает:

  • снижение массы колеса, вследствие чего уменьшается воздействие необрессоренных масс на путь, оси колесных пар и другие элементы вагона;
  • снижение центра массы вагона, дающее повышение устойчивости и улучшение плавности хода вагона (кроме колебаний виляния), а также уменьшение плеча действия результирующих боковых и продольных горизонтальных сил, приложенных к центру массы вагона. Уменьшается также плечо действия боковой силы, приложенной к гребню колеса. В результате такого уменьшения плеч снижаются напряжения в колесах, осях и других частях вагона, что позволяет облегчить их;
  • возможность сокращения базы тележки, сопровождаемого снижением ее массы;
  • улучшение условий движения по кривым малого радиуса, уменьшение износа гребней и боковых поверхностей рельсов в кривых;
  • возможность понижения уровня пола вагона, позволяющего увеличить вместимость кузова и высоту размещения грузов в пределах существующих габаритов подвижного состава.

Размер диаметра колеса существенно зависит от величины нагрузок, передающихся от колеса на рельс, скорости движения поездов, грузонапряженности железных дорог и других условий эксплуатации. Поэтому в новых пассажирских вагонах железных дорог применяют колеса диаметром 950 мм вместо 1050 мм. Возможно дальнейшее уменьшение диаметра колес облегченных пассажирских вагонов. Например, в вагонах облегченных поездов американской фирмы «Бадд» колеса имеют диаметр 762 мм, а в вагонах типа «Икс» – 711 мм.

При большой грузонапряженности дорог определяющее значение имеет усталостная прочность колес и рельсов. По данным ВНИИЖТ, уменьшение диаметра колеса с 950 до 900 мм повышает контактные напряжения только на 4–5%, однако усталостные повреждения рельсов увеличиваются на 30–35%. Поэтому в качестве мероприятий, позволяющих уменьшить диаметр колеса, рекомендуются выбор рациональных марок стали, совершенствование термической обработки и другие средства повышения усталостной прочности и износостойкости колес и рельсов.

Сложной задачей является также правильный выбор толщины обода колеса. Уменьшение толщины обода позволяет существенно облегчить колесо (у обычных колес 2/3 их массы приходится на обод), т. е. снизить тару вагона, и, что особенно важно, за счет необрессоренных частей, уменьшить пределы изменения диаметра колеса в эксплуатации и соответственно сократить разность высот продольных осей автосцепок в поезде, благодаря чему повышается безопасность движения поездов и уменьшаются напряжения в автосцепном устройстве и раме кузова вагона.

Однако уменьшение толщины обода, кроме перечисленных положительных последствий, при прочих неизмененных условиях (нагрузка на колесо, пробег колесной пары, интенсивность торможения, химический состав и термическая обработка стали и т. п.) сокращает срок службы колеса, который определяется преимущественно величиной проката, наличием выщербин и других дефектов в ободе. При композиционных тормозных колодках, вызывающих большие термические напряжения в колесах, случаи разрушения чаще наблюдаются в ободах малой толщины. Сокращение срока службы колес вызывает увеличение потребности в их количестве. В результате повышаются затраты на смену колес и капитальные вложения, необходимые для их изготовления.

Следовательно, уменьшение толщины обода необходимо компенсировать повышением износостойкости и прочности колеса.

На железных дорогах применяют колеса, которые после образования предельно допустимого проката или других дефектов подвергают нескольким обточкам, удлиняя, таким образом, срок службы колес. В некоторых странах (например, в США, Англии, Франции), кроме многократно обтачиваемых колес, применяют колеса с более тонкими ободами, рассчитанными на эксплуатацию, с одной-двумя дополнительными обточками или без обточки. Опытная партия колес с тонким ободом, не рассчитанным на повторную обточку, в пассажирских вагонах железных дорог СССР имела срок службы около трех месяцев. Сокращенный срок службы таких колес в некоторых случаях окупается достигаемым уменьшением их массы.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика