§ 122 ХОДОВЫЕ ЧАСТИ ТЕЛЕЖЕЧНОГО ИСПОЛНЕНИЯ (ДВУХОСНЫЕ ПОВОРОТНЫЕ ТЕЛЕЖКИ)
Двухосные поворотные тележки трамвайных вагонов и вагонов метрополитена различают по конструкции рамы и системе упругого подвешивания (включающей в общем случае буксовое и центральное подвешивание).
Характерной особенностью тележек является параллельная установка неповоротных осей колес или колесных пар в горизонтальной плоскости. При этом обеспечивается вертикальная (линейная и угловая) подвижность осей независимо одной относительно другой. Смещение осей в горизонтальной плоскости обусловливается только допустимыми зазорами в буксовых узлах и несовершенством кинематики направляющих устройств.
По виду связи колес или колесных пар в горизонтальной плоскости тележки можно подразделить на два основных типа: тележки рамной конструкции и безрамные.
Под рамой тележки обычно понимается единый элемент направляющего устройства упругого подвешивания для жесткой или жестко-упругой связи колес или колесных пар в горизонтальной плоскости и распределения вертикальных нагрузок кузова между колесами.
Для обеспечения этих функций рама имеет продольные и поперечные связи.
Рамы, применяемые в тележечных ходовых частях, могут быть (рис. 12.12) жесткими и нежесткими.
Рис. 12.12. Схемы рам двухосных тележек
Жесткие рамы образуют (схема а) продольные балки 1 (боковины), связанные на сварке поперечными балками 2. В зависимости от места установки поперечных балок различают замкнутые (схема а) и П-образные (схема б) жесткие рамы. Кососимметричные деформации жестких рам обеспечиваются только за счет упругих деформаций, вызывающих дополнительные напряжения в ее элементах.
Нежесткие рамы также состоят из продольных и поперечных балок, но связь между ними выполняется таким образом, чтобы обеспечить взаимное перемещение боковин без возникновения в них дополнительных напряжений. Для этого части нежестких рам соединяются упругими или жесткими шарнирами 3 (схема в).
Конструкции нежестких рам допускают относительный поворот боковин в вертикальной плоскости при прохождении неровностей пути. Боковины связываются полужесткими шарнирами с резиновыми амортизирующими прокладками. Это снижает величину кососимметричных нагрузок и дополнительных напряжений, возникающих в элементах рамы, которые, в связи с этим могут выполняться более легкими, снижая тем самым общий вес тележки.
Безрамные тележки с продольными связями не имеют отдельной рамы. Колесные пары связываются друг с другом в горизонтальной плоскости отдельными продольными боковинами (схема а) или заменяющими их элементами (схема д) (например, корпусами тяговых двигателей). На рис. 12.12 эти элементы заштрихованы. Как правило, продольные связи выполняются жесткими с упругими прокладками.
Таблица 12.1
Конструктивные схемы упругого подвешивания тележечных ходовых частей
Рис. 12.13. Тележка трамвайного вагона ЛМ-49
1 — боковина; 2 — средняя поперечная балка; 3 — концевая поперечная балка; 4 — пружина буксового подвешивания; 5 — балансир; 6 — люлечная балка; 7 — подвеска; 8 — рессоры центрального подвешивания; 9 — шкворневая балка; 10 — вертикальные фрикционные направляющие; 11 — пятник шкворневого узла; 12 — роликовый скользун; 13 — тяговый двигатель; 14 — карданная передача; 15 — редуктор; 16 — колесно-колодочный тормоз; 17 — букса
Рис. 12.14. Тележка трамвайного вагона МТВ-82
1 — боковина; 2 — средняя поперечная балка; 3 — пружина буксового подвешивания; 4 — буксовый балансир, 5 — люлечная балка; 6 — подвеска; 7 — рессоры центрального подвешивания; 8 — шкворневая балка; 9 — вертикальные фрикционные направляющие; 10 — шкворневой узел; 11 — роликовый скользун; 12 — тяговый двигатель; 13 — карданная передача; 14 — редуктор; 15 — колесно-колодочный тормоз; 16 — кузов
Конструкция рамы тележки во многом определяет выбор числа ступеней упругого подвешивания. Тележки пассажирского подвижного состава городского электрического транспорта с жесткой рамой н стальными колесами, как правило, имеют две ступени подвешивания; тележки с нежесткой рамой могут иметь как одну, так и две ступени подвешивания.
Сочетание различных систем подвешивания первой и второй ступени (табл. 12.1) определяется конструкциями путевых устройств, колес и принятым типом рамы. В частности, применение нежесткой рамы, как правило, исключает применение люлечного подвешивания, применение пневматических колес допускает жесткую связь боковин тележек с буксовыми узлами, особенности подвесных монорельсовых дорог требуют применения на подвижном составе систем упругого подвешивания маятникового типа и т. д.
Рамные тележки.
Примером тележки с замкнутой жесткой рамой (см. рис. 12.12, а) может служить показанная на рис. 12.13 тележка трамвайного вагона ЛМ-49.
Рама тележки состоит из двух продольных боковин 1, жестко связанных на сварке с двумя средними 2 и двумя концевыми поперечными балками 3. Тележка имеет двухступенчатое упругое подвешивание, соответствующее схеме А1 (табл. 12.1).
Буксовое подвешивание тележки выполнено по схеме а (см. рис. 11.10). Рама тележки опирается на четыре двухрядные пружины 4, установленные попарно на двух балансирах 5, каждый из которых опирается на две буксы одной стороны тележки.
Центральное подвешивание тележки ЛМ-49 люлечное. Оно состоит из люлечной балки 6, шарнирно подвешенной к средним поперечным балкам 2 .рамы на четырех наклонных подвесках 7, двух комплектов листовых эллиптических рессор 8 и шкворневой балки 9. Продольные тяговые и тормозные усилия передаются шкворневой балкой на раму тележки вертикальными фрикционными направляющими 10, приваренными к балкам 2 и 9. Нагрузка от кузова передается на тележку через пятник 11. Роликовые скользуны 12 ограничивают крены кузова при движении вагона по кривым.
Недостатками тележки ЛМ-49 являются применение тяжелой замкнутой рамы и межбуксового балансира 5, который увеличивает вес ее неподрессоренных элементов.
Улучшенную в этом плане конструкцию имеет тележка трамвайного вагона МТВ-82, изображенная на рис. 12.14. Как и у тележки ЛМ-49, ее упругое подвешивание соответствует схеме А1 (см. табл. 12.1). Рама тележки имеет H-образную форму, а буксовые балансиры выполнены по схеме в (рис. 11.10) и имеют значительно меньший суммарный вес неподрессоренных элементов по сравнению с тележкой ЛМ-49.
Тележки ЛМ-49 и МТВ-82 имеют односторонний колесно-колодочный тормоз с приводом от центрального тормозного цилиндра или от колонки ручного тормоза, находящейся в кабине водителя.
Серийная тележка отечественного вагона типа Е метрополитена (рис. 12.15) имеет Н-образную жесткую раму, выполненную из продольных 1 и поперечных 2 штампованных профилей и опирающуюся через систему буксового подвешивания на подрезиненные колеса. Система ее упругого подвешивания соответствует схеме Б1 (см. табл. 12,1).
В отличие от описанных выше тележек у тележки типа Е в буксовом подвешивании применены поводковые направляющие устройства в виде двух однолистовых рессор 3 и 4 и компенсатора 5 (см. рис. 11.13, а).
Центральное подвешивание тележки люлечное. В качестве упругих элементов используются двухрядные витые пружины 6, установленные по два на подрессорные балки (поддоны) 7, не связанные между собой.
Каждый поддон подвешен к раме на двух вертикальных двухзвенных люлечных подвесках 8. В комплект центрального подвешивания входят два гидравлических гасителя 9, установленных под углом 95° к горизонтали, которые демпфируют колебания кузова в вертикальном и поперечном направлении. На упругие элементы 6 опирается шкворневая балка 10. Вертикальная нагрузка кузова передается на шкворневую балку сферическим пятником 11. Боковые роликовые скользуны 12 имеют подрезиненную рабочую поверхность.
Тормоз тележки колесно-колодочный двустороннего действия. Рычажная передача тормоза каждого колеса имеет индивидуальный привод от четырех пневматических цилиндров 13, установленных на торцах боковин.
На рис. 12.16 изображена тележка вагона миланского метрополитена (Италия) с направляющими устройствами первой ступени подвешивания рычажного типа. Ее упругое подвешивание выполнено по схеме В1 (см. табл. 12.1).
Рис. 12.16. Тележка вагона миланского метрополитена
1 — боковина; 2 — средняя поперечная балка; 3 — концевая поперечная балка; 4 —рычаг буксового подвешивания; 5 — упругий элемент «Элиго» буксового подвешивания; 6— упругий элемент «Элиго» центрального подвешивания; 7 — ограничитель; 8—вертикальные фрикционные направляющие; 9 — шкворневая балка; 10 — втулка; 11 — шкворень; 12 — скользуны; 13— рельсовый тормоз: 14 — дисковый тормоз; 15— тяговый двигатель; 16 — кардан; 17 — редуктор; 18 — подвеска люльки; 19 — люлечная балка; 20 — привод дискового тормоза
Тележка имеет замкнутую раму, боковины 1 которой жестко связаны средними 2 и концевыми 3 поперечными балками. В буксовом подвешивании применены направляющие устройства 4 рычажного типа. Упругие элементы буксового 5 и центрального люлечного 6 подвешивания типа «Элиго» (см. рис. 10.10). Рычажные направляющие устройства выполнены как одно целое с буксовым узлом и имеют резиновые ограничители 7 поперечных перемещений. Для более мягкой передачи продольных нагрузок от тележек к кузову вертикальные фрикционные направляющие 8 шкворневой балки 9 и втулка 10 шкворня 17 установлены на резиновых прокладках. Нагрузка от кузова вагона передается на скользуны 12 шкворневой балки, работающие в масляной ванне.
Тележка имеет подрезиненные колеса, рельсовый 13 (основной) и дисковый клещевой 14 тормоза.
Безлюлечцое центральное и поводковое буксовое направляющее устройство по схеме Б3 (см. табл. 12.1) применено в конструкции тележки вагона токийского метрополитена FS-331 (рис. 12.17). Ее Н-образная рама 1 опирается на пружины 2 первой ступени подвешивания с направляющими поводками 3 типа «Alstom». В центральном подвешивании установлены пневматические упругие элементы 4 с регулируемой (в зависимости от нагрузки) жесткостью. Их конструкция обеспечивает, кроме того, и поперечную жесткость подвески.
Рис. 12.17. Тележка вагона FS-331 токийского метрополитена
1 — рама; 2 — пружина буксового подвешивания; 3— направляющий поводок; 4 — пневматический упругий элемент центрального подвешивания; 5 — гаситель; 6 — шкворневая балка; 7 — продольная тяга; 8 — тяговым двигатель; 9 — карданная муфта; 10— редуктор; 11 — колесно-колодочный тормоз; 12 — пневматический цилиндр привода тормоза
Вертикальные колебания кузова гасятся за счет дросселирования сжатого воздуха между полостями упругого элемента и дополнительного резервуара. Поперечные колебания кузова демпфируются горизонтальным гасителем 5.
Вертикальная нагрузка кузова передается на упругие элементы 4 шкворневой балкой 6. Продольные нагрузки от шкворневой балки передаются на раму тягами 7. Тележка оборудована колесно-колодочным тормозом с двусторонним нажатием колодок.
Широкое распространение на современном подвижном составе городского электрического транспорта получают тележки с упруго-направляющими элементами в буксовом подвешивании.
В качестве примера таких конструкций на рис. 12.18 показана тележка фирмы «Дюваг» (ФРГ).
Упругое подвешивание тележки выполнено по схеме Г3 (см. табл. 12.1). Жесткая рама 1 тележки опирается на буксы 2 резиновыми упругими элементами 3 типа «Меги», которые выполняют одновременно функции гасителей и упруго-направляющих устройств колесных пар. Кузов установлен непосредственно на пневматических упругих элементах 4 центрального подвешивания с регулируемой жесткостью.
Пятниковое устройство (погон 5) у тележек этого типа не несет вертикальной нагрузки, а выполняет функции центрирующего устройства и передает на кузов продольные тяговые и тормозные усилия.
Тележка имеет колесные пары с подрезиненными колесами. Корпус редуктора 6 жестко связан с тяговым двигателем 7 и подшипниками 8 опирается на полый вал 9. Вращающий момент тягового двигателя 7 через одноступенчатую коническую гипоидную пару 10 и 11 передается на полый вал и от него через кольцевые упругие элементы 12 на ось колесной пары 13.
Тележка оборудована клещевыми дисковыми тормозами 16 с индивидуальными пневматическими приводами 17 на каждую ось. Для демпфирования колебаний кузова установлены горизонтальный 14 и два вертикальных гидравлических гасителя 15.
Вес тележки снижен за счет облегчения и исключения части элементов направляющих устройств центрального подвешивания и меньшего веса одного тягового двигателя по сравнению с двумя двигателями на равную суммарную мощность.
Тележки такого типа эксплуатируются в настоящее время на подвижном составе лондонского, гамбургского, стокгольмского и других метрополитенов, а также на трамвайных вагонах Швейцарии, ФРГ и США.
На рис. 12.19 показана тележка базельского трамвайного вагона (Швейцария) с нежесткой рамой, образованной боковинами 1 и поперечной балкой 2, связанной с боковинами резиновыми амортизаторами 3. Система упругого подвешивания тележки соответствует схеме ДЗ (см. табл. 12.1). Боковины связаны с буксовыми узлами 4 полужестко на резиновых прокладках; колесные пары имеют подрезиненные колеса. Центральное безлюлечное подвешивание тележки образуют пневматические упругие элементы 5 с регулируемой жесткостью, имеющие предельно разнесенную поперечную базу, обеспечивающую высокую поперечную устойчивость вагона при движении в кривых участках пути.
Шкворневая балка 6, опирающаяся на пневматические элементы 5, разделена на две герметичные полости, выполняющие роль дополнительных резервуаров упругих элементов.
Вертикальная нагрузка тележки частично воспринимается упругим шкворнем 7, большая ее часть приходится на роликовые скользуны 8. Продольным направляющим устройством шкворневой балки служат тяги 9 с резино-металлическими шарнирами 10, оси которых лежат в одной горизонтальной плоскости с центром втулки упругого пятника.
Вертикальные колебания кузова вагона демпфируются дросселированием сжатого воздуха между упругим элементом 5 и его дополнительным резервуаром через дроссели 11, сечение которых изменяется в зависимости от величины прогиба упругого элемента. Энергия поперечных колебаний демпфируется гидравлическим гасителем 12, одновременно ограничивающим поперечный ход кузова вагона.
Тележка имеет рельсовый 13 и дисковый 14 тормоза. Нажатие тормозных колодок регулируется автоматически в зависимости от величины нагрузки на тележку.
Специальную конструкцию имеют рамные тележки на пневматических шинах для подвижного состава метрополитенов.
Подвижной состав на пневматических шинах отличается хорошими ходовыми качествами и улучшенной виброзвукоизоляцией между кузовом и путевым устройством, а также возможностью реализации больших ускорений (замедлений) за счет большого коэффициента сцепления между беговой дорожкой пути и пневматическими шинами.
Рис. 12.19. Тележка базельского трамвайного вагона (Швейцария)
1 — боковина рамы; 2 — поперечная балка; 3 — амортизатор; 4 — буксовый узел; 5 — пневматический упругий элемент центрального подвешивания; 6 —шкворневая балка; 7 — шкворень; 8 — роликовые скользуны; 9 —продольные тяги; 10 — резино-металлический шарнир; 11 — дроссель упругого элемента; 12 — гаситель; 13 — рельсовый тормоз; 14 — дисковый тормоз; 15 — привод тормоза
Недостатками ходовых частей с пневматическими шинами являются повышенная сложность конструкции и эксплуатации самих ходовых частей и их путевых устройств (в особенности стрелочных переводов), повышенный расход электрической энергии на движение.
Конструкция тележки на пневматических шинах вагона парижского метрополитена показана на рис. 12.20. Тележка имеет Н-образную жесткую раму 1, которая на резиновых подушках 2 подвешивается к ведущим мостам 3 с установленными на них пневматическими ходовыми колесами 4 и вспомогательными стальными колесами 5. Последние выполняют роль предохранительных при выходе из строя пневматической шины и используются как ходовые колеса при прохождении стрелочных переводов. К торцам продольных балок рамы на фланцах крепятся траверсы 6 с направляющими горизонтальными колесами 7.
Первую ступень упругого подвешивания тележки образуют пневматические шины ходовых и направляющих колес, вторую ступень — цилиндрические двухрядные пружины 8. Продольные и боковые нагрузки кузова шкворнем 9 передаются на поперечную балку рамы тележки.
Тележка оборудована колесно-колодочным тормозом с двусторонним нажатием колодок и индивидуальным пневматическим приводом на каждое колесо.
Тяговый двигатель 9 жестко установлен на картере редуктора и поддерживается опорами 10, упруго связанными с траверсами 6.
Безрамные тележки.
Для этих тележек характерно отсутствие рамы как самостоятельного элемента. Наиболее распространены тележки, в которых боковины рамы связываются мостовыми конструкциями1. Последние служат одновременно для установки внутренних букс колесных пар и элементов тяговой передачи. Подобную конструкцию имеют тележки отечественных трамвайных вагонов РВЗ, ЛМ-57, КТМ-5М, а также ряд тележек зарубежного подвижного состава городского электрического транспорта.
На рис. 12.21 показана тележка трамвайного вагона КТМ-5М. Оси подрезиненных колесных пар тележки установлены внутри разъемного моста 1. Тележка не имеет рамы как самостоятельного элемента, ее образуют мосты 1, связанные продольными боковинами 2. В узлах сопряжения боковин с мостами установлены резиновые прокладки, обеспечивающие снижение напряжений в боковинах и мостовых балках при кососимметричных нагрузках.
Система упругого подвешивания тележки соответствует схеме Д2. (см. табл. 12.1). Центральное подвешивание тележки состоит из двух комбинированных резино-пружинных упругих элементов 3, установленных на поддонах боковин. Кузов опирается на упругие элементы 3 через шкворневую балку 4 с конусно-цилиндрическим опорным устройством 5. Продольные (тягово-тормозные) и боковые усилия передаются шкворневой балкой на упоры 6 через резиновые подушки 7, допускающие свободные перемещения ее в вертикальной плоскости.
Тележка оборудована электромагнитным рельсовым 8 и механическим барабанным 9 тормозами.
На рис. 12.22 показана безрамная тележка с пневматическими шинами подвесной монорельсовой дороги «Сафеже». Ее ходовые пневматические колеса 1, объединенные мостовыми конструкциями 2, связаны между собой продольной балкой 3, имеющей крылья для установки пневматических упругих элементов 4 маятниковой подвески. На специальных приливах мостов жестко крепятся тяговые двигатели 5 и траверсы 6 направляющих колес 7.
1 Эти тележки называют также тележками мостового типа.
Рис. 12.20. Тележка вагона на пневматических шинах парижского метрополитена
1 — рама; 2 — резиновые подушки; 3 — ведущий мост; 4 — ходовое пневматическое колесо; 5 — вспомогательное стальное колесо; 6 — траверса; 7 — горизонтальное направляющее колесо; 8 — пружины центрального подвешивания; 9 — шкворень; 10 — тяговый двигатель; 11 — опоры двигателя; 12 — колесно-колодочный тормоз; 13 — пневматический цилиндр привода тормоза; 14, 15 — червячная пара; 16 — дифференциал; 17 — полуось; 18 — токосъемный башмак (плюсовый); 19 — токосъёмный башмак (минусовый)
Рис. 12.21. Тележка трамвайного вагона КТМ-5М
1 — мост; 2 — боковина; 3 — резино-пружинные упругие элементы; 4 — шкворцевая балка; 5 — опорные устройства; 6 — упор; 7 — резиновая подушка; 8 — рельсовый тормоз; 9 — барабанный тормоз; 10 — тяговый двигатель; 11 — кардан
Нагрузка кузова 8 передается на тележку упругим подвешиванием маятникового типа. Трубчатая подвеска 9 крепится к шкворневой балке 10, опирающейся на пневматические упругие элементы 4 с регулируемой жесткостью. Продольные и поперечные смещения трубчатой балки 9 ограничиваются кольцом 11, связанным с балкой 3 поперечными 12 и продольными 13 тягами. В узле крепления трубчатой 9 и шкворневой 10 балок установлена резиновая муфта, допускающая вертикальные, поперечные и небольшое угловое смещения подвески. К оси-шарниру 14 подвески 9 крепятся тяги 15 вторичной подвески, концы которых шарнирно установлены на поперечной крышевой балке вагона.
Рис. 12 22. Тележка с маятниковой подвеской вагона подвесной дороги системы «Сафеже»
1 — ходовое колесо; 2 — мост; 3 — продольная балка; 4 — пневматический упругий элемент; 5 — тяговый двигатель; 6 — траверса; 7 — горизонтальное направляющее колесо; 8 — кузов; 9 — трубчатая подвеска; 10 — шкворневая балка; 11 — ограничительное кольцо; 12 — поперечная тяга; 13 — продольная тяга; 14 — ось-шарнир; 15 — тяга вторичной подвески; 16 — гаситель колебаний; 17 — упор; 18 — аварийный трос; 19 — колесный барабанный тормоз; 20 — токосъемный башмак
Раскачку кузова предупреждают гидравлические амортизаторы 16 и ограничительные упоры 17. Между крышевой балкой кузова и первичной подвеской на случай обрыва тяг 15 установлен аварийный трос 13. При этой системе подвески максимально снижаются воздействия крутящих усилий на монорельсовую балку.
Система автоматически устанавливает вагон перед станционной платформой в положение, необходимое для нормальной посадки и высадки пассажиров. Устойчивость вагонов обеспечивается тем, что центр тяжести вагона расположен ниже точки его крепления с упругим элементом и системой контрольных клапанов, регулирующих работу гидравлических амортизаторов 16.
Тяговые и тормозные нагрузки передаются на кузов продольными тягами 13, боковые нагрузки — поперечными тягами 12. В каждое ходовое колесо встроен механический тормоз барабанного типа.
Своеобразную конструкцию имеет безрамная тележка трамвайного вагона «Гроссраумваген» (ГДР), в которой роль продольных связей мостовых конструкций 1 колесных пар выполняют корпусы тяговых двигателей 2. С одной стороны они жестко крепятся к мостам колесных пар, а с другой — связаны между собой шаровым шарниром 3. Чтобы исключить непараллельную установку осей колесных пар, мосты соединены между собой реактивными тягами 12. Шарнирная установка тяг допускает относительный перекос мостов при проходе неровностей пути.
конструкция продольных связей осей колесных пар этой тележки соответствует схеме, показанной на рис. 12.12, д.
Шарнир 3 установлен в обойме 4, подвешенной к шкворневой балке 5. Последняя через продольные балки 6 опирается пружинами 7 на приливы мостов 1. Продольные и боковые нагрузки кузова передаются на тележку через пятник 9 и шарнир 3. Тележка оборудована рельсовым 10 и барабанным 11 тормозами.
Рис. 12.23. Тележка трамвайного вагона «Гроссраумваген» (ГДР)
1 — мост; 2 — тяговый двигатель; 3 — шаровой шарнир; 4 — обойма; 5 — шкворневая балка; 6 — продольная балка, 7 — пружина; 8 — прилив; 9 — пятник; 10 — рельсовый тормоз; 11 — барабанный тормоз, 12 — реактивная тяга, 13 — редуктор; 14 — тяга привода барабанного тормоза
Недостатки конструкции рассмотренной тележки заключаются в большом неподрессоренном весе и необходимости обязательной ее выкатки и полной разборки для замены тягового двигателя и редуктора. Это существенно усложняет эксплуатацию безрамных тележек такого типа по сравнению с тележками других конструкций.