Колесная пара

Название «колесная пара» означает, что на одну жесткую ось (рис. 248) на определенном расстоянии друг от друга напрессована пара колес, которые с одинаковой частотой вращаются вместе с осью. От надежности колесной пары в огромной степени зависит безопасность движения. Познакомимся с особенностями ее конструкции.

Рис. 248. Обычная колесная пара тепловоза (разрез)

Каждое колесо обычно составляется из колесного центра и бандажа. Колесный центр — это, как правило, стальной диск, на обод которого с натягом (посадка тепловая) насаживается и дополнительно укрепляется специальным кольцом (на случай ослабления посадки) стальной бандаж. Внешняя поверхность бандажа (поверхность катания) очень небольшой площадью опирается на рельс. При качении по рельсам колесная пара стремится сойти с них. Эту опасность надежно предотвращает гребень (реборда) бандажа. Для свободного качения колесной пары между гребнем и рельсом оставлено некоторое расстояние — зазор. Интересной особенностью колесной пары  железнодорожного  подвижного состава является то, что поверхность катания колес не цилиндрическая. Почему? Начнем с того, что в кривых участках пути на тепловоз действует центробежная сила, стремящаяся прижать гребень бандажа к наружному рельсу. Если бы бандажи колесной пары были цилиндрическими, то одно из колес, проходя по наружному рельсу несколько больший путь (по сравнению с колесом, катящимся по внутреннему рельсу), проскальзывало бы по рельсу. Это снизило бы коэффициент сцепления колес тепловоза с рельсом, увеличило сопротивление качению, мешало прохождению кривых. Чтобы обойти эти трудности, остается одно единственное решение: заменить простую цилиндрическую поверхность катания колес конической, при которой поверхность катания не горизонтальна, а у гребня имеет больший диаметр, чем на противоположной (наружной) гребню стороне колеса. Этот уклон делается обычно 1:20 по отношению к оси колесной пары. Что же получается? Стоит, скажем, правому колесу катиться по наружному рельсу кругом большего диаметра (в этом случае левое колесо будет катиться меньшим кругом по     внутреннему рельсу), как колесная пара сама по себе станет одним колесом пробегать в кривой больший путь, а другим — меньший путь, хотя оба колеса жестко закреплены на оси. На прямых участках пути каждая колесная пара то набегает, то отходит своими гребнями от рельсов. Она как бы виляет то в одну, то в другую сторону. Такое извилистое на прямолинейных участках движение сопровождается нежелательными ударами гребней колес в боковые поверхности рельсов, усиливающимися по мере увеличения скорости движения тепловоза и зазоров между гребнями бандажей и головкой рельса. Однако при конической поверхности катания удары эти значительно меньше, чем при цилиндрической поверхности, так как конические колеса сильнее сопротивляются поперечному перемещению колесной пары. Конструируя колесные пары, инженеры стремятся к снижению их массы и не только потому, что при этом сберегается металл, но и потому, что уменьшается вредное воздействие колесных пар на верхнее строение пути, , особенно при высоких скоростях. Ведь контакт между колесами и рельсами — жесткий, между ними нет рессор, смягчающих нагрузки: колесная пара не обрессорена. В то же время удельное давление колеса на рельс в месте контакта достигает несколько тонн (!) на 1 см2. Один из путей снижения массы — это применение колес без бандажей. В этом случае наружная поверхность обода колеса сама является поверхностью катания. Такие цельнокатаные колеса дают внушительный выигрыш в массе: примерно полтонны на каждую колесную пару! Однако, когда износ колес достигает предельного размера, приходится изымать из эксплуатации не бандажи, которых нет, а целиком колесные центры. Цельнокатаные колеса находят применение на локомотивах, конструкционная скорость которых достигает порядка 200 км/ч. При такой -высокой скорости очень важно иметь хорошо сбалансированные колесные пары, а этим как раз и отличаются цельнокатаные колеса. Масса, размеры и элементы колесной пары во многом зависят от типа тепловоза и, в частности, от способа передачи колесам вращающего момента, создаваемого тяговым электродвигателем.