Колесные пары относятся к ходовым частям и являются одним из ответственных элементов вагона. Они предназначены для направления движения вагона по рельсовому пути и восприятия всех нагрузок, передающихся от вагона на рельсы при их вращении.
Конструкция и техническое состояние колёсных пар оказывают влияние на плавность хода, величину сил, возникающих при взаимодействии вагона и жд пути, и сопротивление движению.
Работая в сложных условиях нагружения, колёсные пары должны обеспечивать высокую надёжность, так как от них во многом зависит безопасность движения поездов.
Колёсная пара состоит из двух основных элементов:
* Оси — стального бруса круглого сечения переменной длины
* Двух цельнокатанных колёс — напрессованных на ось
Ширина обода колеса вагона составляет 130 мм. Это номинальный размер. Внутренняя грань обода колеса называется базовой (противоположная – наружной).
На расстоянии 70 мм от нее находится некий круг катания. Он используется для измерения диаметра колеса, толщины обода и проката. При этом применяется специальный инструментарий.
Основа конструкции колесной пары – это ось, а также напрессованные на нее колеса. Колеса в своей конструкции имеют ступицы, диск и обод. У последнегоприсутствует специальный выступ, который называется гребнем. Также его называют ребордой. Колесная пара представляет собой два колеса, жёстко посаженных на ось и всегда вращающихся вместе с осью как единое целое. Такая конструкция фактически из одной детали отличается высокой надёжностью.
Дополнительные элементы – буксы и рессоры, должны устанавливаться на оба края наружных концов оси и используются в качестве опоры для рамы вагонной тележки.
Таблица основных типов колёсных пар для грузовых вагонов
Тип колесных пар определяется типом оси и диаметром цельнокатаных колес.
Основным типом колесных пар является конструкция с цельнокатными стальными колесами с диаметром по кругу катания 950 мм. Наиболее совершенными и надежными в эксплуатации признаны стальные цельнокатные колеса. Под грузовые вагоны подкатываются колесные пары типов РУ1Ш-957-Г, РУ1-957-Г или РВ2Ш-957-Г.
Буксовые узлы классифицируются в зависимости от конструкции подшипников – роликовые цилиндрические, сдвоенные или кассетного типа.
Буксовые узлы (буксы) предназначены для:
- соединения колесных пар с рамами тележек или вагонов;
- передачи нагрузки от кузова вагона через подшипник на шейку оси колесной пары;
- ограничения поперечного и продольного перемещений колесных пар относительно кузова вагона или тележки при движении вагона.
Средний вес колесных пар варьируется в пределах 1150–1450 кг.
Вес колесных пар зависит от типа установленных в буксовый узел подшипников и толщины обода колес.
Колесная пара нового формирования, для который используются цилиндрические роликовые подшипники, весит 1383 кг, а с кассетными подшипниками – 1393 кг.
Для разных видов железнодорожной колеи существуют колёсные пары с соответствующим расстоянием между внутренними гранями колёс.
Для российских дорог это расстояние составляет 1425 мм. с допусками ±3 мм для колеи шириной 1520 и 1524 мм. 
Для жд колеи шириной 1067 мм - «Капская колея» расстоянием между внутренними гранями колёс составляет 990 мм. с допусками ±3 мм.
Она используется преимущественно в ЮАР, Японии, Тайване и Австралии. Также такую колею имеют железные дороги южной половины острова Сахалин.
Существуют также раздвижные колёсные пары, которые позволяют переходить с колеи одной ширины на колею другой.
Например, конфигурация RAFIL/DBAG Typ V предназначена для колеи 1435 мм, 1520 мм. и 1668 мм. (запатентована в 1990-е годы). Колесная пара данного типа позволяет составу развивать скорость до 160 км/ч.
ГОСТ 32200-2014 - Оси колесных пар железнодорожного подвижного состава
Вагонные оси являются составной частью колесной пары и представляют собой стальной брус круглого, переменного по длине, поперечного сечения.
Правой стороной колесной пары и оси считается сторона, на торце которой выбиты знаки и клейма, относящиеся к изготовлению оси.
Колесные пары с осями, предназначенными для эксплуатации с роликовыми подшипниками, различают между собой по конструкции торцевого крепления.
Ось РУ1 (корончатая гайка)
Долгие годы являлась стандартом железнодорожной индустрии. На современном этапе практически не производится. При браковке колёсной пары по износу обода оси РУ1 не подлежат переформированию — они списываются. Внешняя отличительная особенность: наличие корончатой гайки на торце оси.
Ось РУ1Ш (тарельчатая шайба)
Основной современный тип, широко используемый в эксплуатации. Отличительная особенность — тарельчатая шайба вместо гайки. Оси РУ1Ш могут быть переформированы: при браковке колёсной пары по толщине обода возможно снятие старых колёс и напрессовка новых с последующей вторичной эксплуатацией. Это повышает экономическую эффективность.
Ось РВ2Ш (кассетный подшипник)
Новое поколение осей, получившее широкое распространение в последние годы. Используется на инновационных тележках серии 18194-189855.
Основные преимущества:
· * Кассетный подшипник повышенной надёжности
· * Массивная конструкция с увеличенным диаметром
· * S-образный диск, обеспечивающий лучшее распределение нагрузок
· * Повышенная грузоподъёмность — до 25 тс на колёсную пару
Правой стороной колесной пары и оси считается сторона,
на торце которой выбиты знаки и клейма, относящиеся к изготовлению оси.
Чертеж - Ось типа РУ1Ш для грузовых вагонов, пассажирских вагонов локомотивной тяги, СПС, подвижного состава метрополитена
Чертеж - Ось типа РВ2Ш для грузовых вагонов
Рекомендуемая область применения осей для железнодорожного подвижного состава с учетом классификации и в зависимости от конструкции осей, максимальной расчетной статической нагрузки от колесной пары на рельсы (осевой нагрузки), типа и конструкционной скорости железнодорожного подвижного состава
Основным типом колесных пар является конструкция с цельнокатными стальными колесами с диаметром по кругу катания 950 мм. Наиболее совершенными и надежными в эксплуатации признаны стальные цельнокатные колеса. Конструкции, размеры, технологии изготовления колес определяются госстандартами.
Стальное цельнокатное колесо состоит из обода, диска, ступицы и поверхности катания.
Номинальный размер ширины обода составляет 130 миллиметров.
На расстоянии 70 миллиметров от внутренней грани колеса расположен воображаемый круг катания, используемый для измерения специальными инструментами диаметра колеса, толщины обода и проката.
Ступицы с ободом объединены диском, расположенным под некоторым
углом к плоскости круга катания, что придает колесу упругость
и способствует снижению уровня динамических сил во время движения
вагона.
Стандартный профиль поверхности обода колеса распространяется
на колеса для колесных пар тележек, грузовых и пассажирских вагонов.
Он имеет гребень, служащий для направления движения и предохранения
от схода колесной пары.
Гребень имеет высоту 28 мм, измеряемую от его вершины
до горизонтальной линии, проходящей через точку пересечения круга катания
с профилем.
Угол наклона наружной грани гребня 60 градусов. Его увеличение
повышает устойчивость колесной пары на рельсах и уменьшает износ.
Стандартный профиль имеет конусность рабочей части 1:20, которая
обеспечивает центрирование колесной пары при ее движении на прямом
участке пути и предотвращает образование неравномерного износа
по ширине обода колеса, а также улучшает прохождение кривых участков
пути.
С конусностью 1:7 колесо гораздо реже катится по рельсу,
поэтому она меньше изнашивается. Благодаря наличию этой конусности и фаске
6 мм на 45 градусов, наружная грань приподнимается над
головкой рельса даже при наличии допустимого проката, наплыва металла
и других дефектов на поверхности катания колес, обеспечивая
безопасный проход стрелочных переводов.
В эксплуатации колеса, перекатываясь по рельсовому пути
и передавая значительные статистические и динамические нагрузки через
небольшую площадку работают в сложных условиях окружающей среды.
Одновременно с этим в процессе торможения между колесами
и колодками, а также в контакте с рельсами возникают силы
трения, вызывающие нагрев и износ обода, что способствует образованию
в нем ряда дефектов. Удары на стыках могут вызывать появление трещин
и отколов в ободе колес. В этой связи от их исправного
состояния во многом зависит безопасность движения поездов.
Учитывая сложные условия работы и повышение надежности в эксплуатации, поверхность катания колеса должна обладать:
* высокой прочностью
* ударной вязкостью
* износостойкостью
Для своевременного изъятия из эксплуатации неисправных колесных пар и обеспечения безопасности движения поездов необходимо владеть способами обнаружения неисправностей, а также знать причины их появления — неисправности колесных пар, с которыми грузовые вагоны и допускаются в эксплуатацию.
Неисправности колесных пар
- Не допускается использование колесных пар
в эксплуатации после аварий, крушений, исходов подвижного состава,
а также при неясности клейма формирования и полного
освидетельствования. В этих случаях колесные пары направляют
на полное освидетельствование.
- Не допускается в осях и колесах трещина любого размера и расположения.
