Экипаж паровоза представляет собой подвижное основание, на котором размещены энергетическая (котел с его устройствами) и силовая (паровая машина) установки и различное специальное оборудование. В состав экипажной части входят колесные пары, буксы, паровозная рама, рессорное подвешивание, тележки, ударно-тяговые устройства.

Расстояние на прямом участке пути между точками опоры на рельсы первой й последней колесных пар экипажа паровоза (без тендера) называют общей или полной базой. Под жесткой базой понимают расстояние между точками опоры на рельсы двух наиболее удаленных друг от друга колесных пар, не имеющих существенных боковых, т. е. поперек оси рельсового пути, перемещений.

Экипажная часть паровоза испытывает значительные динамические нагрузки и находится в весьма тяжелых условиях, будучи подвержена воздействию пыли и атмосферных осадков. Поэтому к ее агрегатам предъявляют особые требования в отношении прочности и стойкости, учитывая, что многие их неисправности могут повлечь за собой аварии.

Одними из наиболее ответственных частей паровоза, от которых зависит безопасность движения, являются колесные пары.. Они воспринимают всю нагрузку от массы паровоза, направляют его в прямых и кривых участках пути и при этом жестко взаимодействуют с рельсами, получая от них при движении ничем не смягченные толчки и удары. Такие специфические условия работы требуют, чтобы колесные пары имели возможно меньшую массу, что снизит развивающиеся при соударениях силы, и высокую прочность. Выполнение обоих условий достигают путем рационального использования высококачественного металла.

Комплект колесных пар для одного паровоза называют скатом. В скате различают движущие, бегунковые и поддерживающие колесные пары или оси. Движущими считают колесные пары, соединенные дышлами и принимающие поэтому участие в преобразовании силы тяги, развиваемой паровой машиной, в движение по рельсам.

Движущую колесную пару, соединенную поршневым дышлом с ползуном паровой машины и участвующую в преобразовании.

возвратно-поступательного движения ползуна с поршнем во вращательное, называют ведущей колесной парой в отличие от остальных движущих колесных пар, получающих от нее движение, которые носят наименование сцепных.

Расположенные впереди экипажа колесные пары, не соединенные дышлами с паровой машиной и служащие частично для восприятия массы паровоза, а главным образом для облегчения его входа и движения по кривым участкам рельсовой колеи, именуются бегунковыми.

Расположенные под топкой сзади движущих осей колесные пары, не связанные с паровой машиной, называют поддерживающими. Их основное назначение —восприятие ненужной для сцепления массы паровоза. При движении паровоза тендером вперед, поддерживающие оси помогают вписываться экипажу в кривые. Диаметр колес у бегунковых и поддерживающих колесных пар значительно меньше, чем у движущих, главным образом в целях максимального снижения их массы.

На подступичную часть оси с помощью гидравлического пресса насаживают ступицу колесного центра 4 (рис. 104) и на расстоянии (по центрам), равном радиусу кривошипа, запрессовывают в прилив между спицами палец кривошипа 2. На ранее выпускаемых колесных парах для правильного ориентирования положения кривошипов относительно друг друга (правый должен опережать левый на угол 90°) колесный центр направлен при посадке шпонкой 5.

На рис. 104 изображена ведущая колесная пара паровоза Эв/И , поэтому на кривошипе видны две шейки — центровая и поршневая и контркривошип с пальцем 1. Со стороны, противоположной пальцу кривошипа, колесный центр имеет уширение, образующее противовес 9, предназначенный для уравновешивания инерционных сил, которые развивают пальцы кривошипов с подвешенными на них дышлами. Если массы того объема, который удается разместить в виде противовеса в колесном центре, оказывается недостаточно для уравновешивания действия сил инерции, то противовес, как показано на рисунке, выполняют в виде коробки, внутрь которой заливают свинец, обладающий большей плотностью (11,3-103 кг/м3). Колесный центр охватывает насаженный в горячем состоянии бандаж 3, положение которого фиксирует бандажное кольцо 8.

Рис. 104. Устройство ведущей колесной пары

Сразу за подступичной частью оси колесной пары расположена буксовая шейка 7, на которую опирается подшипник, заключенный в коробку, предохраняющую его от пыли, обеспечивающую смазывание и передающую через него нагрузку на ось; эту коробку называют буксой. Для ограничения разбега подшипника вдоль оси колесной пары ее средняя часть б на паровозе Зви отделена от шейки буртом. Как у этого бурта, так и у хорошо видных на рисунке разделительных мест на пальце кривошипа между центровой шейкой и посадочной частью пальца и между центровой и поршневой шейками может произойти концентрация напряжений, вызывающая появление микротрещин, которые развиваются в крупные трещины.

Назначение отдельных участков оси колесной пары, различие в силах, действующих на этих участках, тип подшипников и т. п. заставляют делать ось с переменным диаметром. Чтобы избежать концентрации напряжений, соседние участки разного диаметра сопряжены переходными частями (галтелями), которые образованы плавными кривыми возможно большего радиуса. В тех случаях, когда длина переходного участка мала, галтель составляют из плавно сопряженных отрезков кривых разного радиуса; при этом радиусы убывают от меньшего диаметра к большему (рис. 105, а). Когда не хватает места для большого радиуса, применяют так называемые поднутренние галтели (рис. 105, б), т. е. часть ее выбирают в теле детали с большим диаметром. Для уменьшения концентрации напряжений иногда применяют разгружающие выточки перед галтелью (рис. 105, в).

Рис. 105. Галтели и разгружающие выточки на оси

У паровозов Л, Е^а, Е^м оси движущих колес просверлены для облегчения и проверки на отсутствие скрытых дефектов.

Рабочие поверхности осей упрочняют накаткой роликами, которая к тому же делает поверхность более гладкой. Ступицу и обод колесного центра соединяют спицы или диски. Последние могут быть одинарными и двойными. Диски для облегчения имеют отверстия, между которыми расположены перемычки, связывающие оба диска.

Поверхность пальцев кривошипов для продления срока службы упрочняют накаткой или закаливают. У подавляющего большинства паровозов пальцы полые. В одних случаях это сделано для проверки качества металла и уменьшения массы; в других образованная вдоль оси полость служит резервуаром для смазки, которую запрессовывают через штуцер-масленку, ввернутую в центр торца пальца. Так как в данном случае применяют твердую смазку, то ее подача через радиальные сверления к рабочей шейке начинается после разогрева подшипника, что обеспечивает экономное расходование смазки. О съемном контркривошипе сказано выше.

На обод колесного центра сажают в нагретом состоянии бандаж 3 (см. рис. 104). Этот элемент колесной пары имеет непосредственный контакт с рельсом, направляет паровоз по рельсовому пути и передает силу тяги. Чтобы колеса при движении по прямой занимали среднее положение, возвращались в него, если отклонились из-за неровностей пути, и не сходили с рельсов при движении в кривых участках пути, бандажу 4 обточкой придают стандартный профиль (рис. 106).

Коническая поверхность бандажа, имеющая уклон внутрь колеи 1 :20, переходящий ближе к внешнему краю в уклон 1 : 7, заставляет колесную пару стремиться занять самое нижнее положение, т. е. автоматически центрирует ее относительно нитей рельсов. При движении по кривому участку пути колесная пара набегает на внешний рельс. Из-за конусности бандажа колесо на этом рельсе перекатывается по кругу большего диаметра, чем круг катания наглухо соединенного с ним второго колеса, движущегося по внутреннему рельсу. Это существенно уменьшает скольжение колес, так как путь по внешнему рельсу длиннее, чем по внутреннему, а колеса, жестко соединенные осью, не могут иметь разную частоту вращения.  

Рабочая поверхность гребня  5 — часть конуса с углом наклона образующей к оси колесной пары 70°, это предотвращает опасность вползания гребня на рельс.

Рис. 106. Соединение бандажа с колесным центром

Изготовление колесных пар из новых элементов называют формированием. Предварительно шейки и подступичные части осей накатывают, полируют или шлифуют, чтобы придать большую прочность и гладкость, увеличивающие срок службы. Сборку движущей колесной пары, оборудованной подшипниками качения, начинают с посадки на шейку оси подшипника, упорного и маслоотбойного колец и втулки лабиринта. Посадку производят на чисто промытую бензином и протертую салфетками поверхность шейки, разогрев сажаемую деталь в масляной ванне с электроподогревом до 90—100° С. После протирки посадочных поверхностей салфетками их смазывают еще натуральным озокеритом, препятствующим возникновению контактной коррозии и облегчающим снятие.

Ось в колесные центры обычно запрессовывают в холодном состоянии. Предварительно подступичные части смазывают растительным маслом, затем тщательно направляют соединяемые части и соединяют с помощью гидравлического пресса. Усилие запрессовки на каждые 100 мм диаметра подступичной части должно составлять 440—637 кН (45—65 тс). Изменение давления запрессовки по мере насадки центра на ось фиксируют самопишущим прибором. При нормальной запрессовке получают плавно нарастающую слегка выпуклую кривую.

Для надежной посадки бандажа 4 на колесный центр 1 обеспечивают натяг в пределах 1 —1,5 мм на каждый метр диаметра обода у центра. Бандаж нагревают до 250—320°С и вставляют в него до соприкосновения с упорным буртом 6 колесный центр, уже напрессованный на ось.

Пока температура надетого бандажа превышает 200°С, в его паз заводят бандажное кольцо 2 из фасонной стали и проводят обкатку прижимного бурта 3 для обеспечения плотного крепления бандажного кольца. После остывания до окружающей температуры обстукиванием проверяют плотность посадки, наносят на ободе контрольную риску глубиной до 1 мм, а на бандаже против риски —4—5 кернов глубиной до 1,5 мм на длине 25 мм с равными промежутками между ними. Эти метки позволяют в эксплуатации обнаружить начавшийся сдвиг бандажа вследствие ослабления посадки.

Для обеспечения нормального прохода паровозом кривых участков пути две колесные направляющие пары не имеют поперечного разбега (перемещения поперек продольной оси паровоза) и образуют жесткую базу, которая должна быть по возможности короткой. Но расстояние между точками опоры соседних движущих колесных пар слишком близко к ширине колеи, а на некоторых паровозах (например, Э^в/и, Е^а, Е^м и др.) даже меньше ее. Поэтому неперемещающимися в поперечном направлении колесными парами жесткой базы служат колесные пары, расположенные по обе стороны ведущей. Поскольку в этом случае гребень

бандажа ведущей колесной пары помешал бы нормальному вписыванию экипажа в кривую, он удален, т. е. ведущие колеса сделаны безгребневыми. А чтобы предотвратить возможность сползания безгребневого бандажа с рельсов, он уширен до 150 мм против 140 мм у бандажей с гребнем.

Ввиду особенного значения колесных пар в обеспечении безопасности движения Инструкцией по освидетельствованию, ремонту и формированию колесных пар локомотивов и электросекций предусмотрено клеймение их элементов. В прямоугольной рамке указан условный номер, присвоенный ремонтному пункту, имеющему разрешение на формирование, освидетельствование с выпрессов-кой оси и полное освидетельствование колесных пар, а также на изготовление их элементов. Дату работ проставляют: месяц—римскими цифрами, а год (две последние цифры)—арабскими. Каждая колесная пара имеет клеймо приемщика (серп и молот), инспектора ОТК. Клейма в форме окружности обозначают вид произведенных работ: если внутри окружности выбита буква ф — значит, осуществлено формирование новой колесной пары; д — освидетельствование с выпрессовкой оси; сб — смена бандажей; пб — перетяжка бандажей. Также буквами тч и цифрой в круге указывают депо, где производилась перетяжка бандажей.

Помимо этого, элементы колесных пар имеют следующие клейма и знаки:

• ось (на правом торце)—номер завода-изготовителя; месяц и год изготовления; клейма, подтверждающие правильность переноса знаков с необработанной оси; номер пункта, перенесшего знаки; клеймо формирования колесной пары или смены оси; номер ремонтного пункта; дату формирования или смены оси; клеймо освидетельствования с выпрессовкой оси и номер ремонтного пункта; дату освидетельствования; клейма приемки;
• бандаж (на боковой наружной грани)—номер завода-изготовителя; марка бандажа; клеймо приемки; номер плавки; номер бандажа; дату изготовления; твердость по Бринеллю;
• литой центр колеса — отлитые знаки и клейма согласно техническим условиям;
• палец кривошипа (на наружном торце)—номер завода-изготовителя; дату изготовления; клейма, подтверждающие правильность переноса знаков с необработанного пальца; номер пункта, перенесшего знаки; номер пункта, запрессовавшего палец; дата запрессовки;
•  клеймо приемки.

На щеке контркривошипа ставят номер оси колесной пары и букву стороны, которой принадлежит кривошип.