Общие сведения. Механизм, служащий упругой связью между колесными парами с буксами и рамой экипажа, называют рессорным подвешиванием. Оно предназначено для распределения нагрузки от массы паровоза между колесными парами, для смягчения толчков и ударов в вертикальной плоскости, возникающих при движении по рельсовому пути, а также для распределения динамических перегрузок между колесными парами.

Упругими элементами служат в паровозе многолистовые рессоры и пружины.

Рис. 113. Листовая рессора паровоза

Многолистовая рессора (рис. 113) представляет собой набор (пакет) 2 упругих стальных закаленных пластин шириной 100—130 мм при толщине 10—13 мм, длина которых постепенно убывает книзу или кверху, придавая рессоре очертание бруса равного сопротивления. Во избежание взаимного поперечного смещения листы имеют посередине продольные желобки и выступы (видны на рисунке справа), входящие одни в другие. Весь пакет стягивает хомут 3, не дающий листам рассыпаться и одновременно служащий опорной частью рессоры. Кроме того, паз глубиной 2—3 мм на боковой поверхности листов, в который входит выступ щеки хомута, предотвращает продольное перемещение листов. На концах самых длинных листов, называемых коренными (их бывает до четырех), сделаны отверстия, через которые пропускают специальные -болты-подвески или упорки; отверстия снабжают накладками 1. Чтобы можно было разобрать такую рессору, со стороны, противоположной среднему выступу в хомуте, входящему в паз рессорных листов, вставлена прокладка 4; выжав эту прокладку, свободно выбивают листы из хомута..

Рессоры последних годов изготовления делают не из желобчатой, а из гладкой полосы. Для предупреждения от смещения листов вдоль или поперек их длины выдавливают посередине каждого листа сверху шаровую лунку, снизу — соответствующий лунке выступ. В этом случае прострожку паза в средней части листов-и постановку прокладки 4 не производят.

Количество листов в пакете и их размеры (толщина, ширина, и длина) определяют грузоподъемность и жесткость рессоры.. Жесткостью называют нагрузку, вызывающую прогиб рессоры (пружины) в 1 мм. Чем больше жесткость рессоры, тем хуже она смягчает толчки и удары. С помощью упорок 35 (см. рис. 1) рессоры 32 опираются на буксы, а через подвески 31 соединяются между собой, с рамой, с продольными 34 и поперечными 39 двуплечими рычагами-балансирами.

Группа рессор, связанных балансирами, работает совместно: удар или толчок, воздействующий на одну рессору, распределяется между всеми рессорами данной группы. Поэтому ход такого экипажа мягче и плавнее, чем при безбалансирном подвешивании, когда каждая рессора работает независимо от других. В сбалансированном экипаже при движении паровоза динамический прирост нагрузки на одну из рессор немедленно отразится через балансир на сопряженной рессоре и распределится между рессорами пропорционально их статическим нагрузкам. Следовательно, сопряженное подвешивание, распределяя динамическую перегрузку между рессорами, уменьшает ее максимальную величину, приходящуюся на каждую из них.

Поскольку воздействие на раму группы сопряженных балансирами рессор можно заменить действием одной равнодействующей силы, такую группу называют точкой подвешивания, а положение этой точки совпадает с местом приложения равнодействующей. Концы группы сопряженных рессор присоединены к раме паровоза, т. е. на каждую точку подвешивания приходится два присоединения концов рессор к раме. Следовательно, чтобы определить, в скольких точ.ках подвешен данный экипаж, достаточно подсчитать количество соединений концов рессор с рамой паровоза и разделить полученную величину на два.

Рис. 114. Подвешивание в трех точках

Большинство паровозов подвешено в трех точках не только потому, что такое подвешивание статически определимо и можно точно рассчитать распределение нагрузок по осям: оно обеспечивает независимость нагрузок от прогиба отдельных рессор, в статическом положении дает постоянную расчетную нагрузку рессор, вследствие этого не требует регулирования. Поэтому при трехточечном подвешивании упорки и подвески имеют постоянную длину. Пример такого подвешивания для трехосного экипажа приведен на рис. 114. Рессоры двух колесных пар объединены продольными балансирами 2 и 3 в правую и левую группы. Каждая из этих групп, замкнутая концами на раму, дает одну точку подвешивания с равнодействующей одна в точке Б, другая в точке В. А правая и левая рессоры третьей оси объединены поперечным балансиром 1 в одну группу, дающую одну точку подвешивания А, находящуюся на продольной оси паровоза в месте расположения равнодействующей нагрузок на рессоры. Если соединить точки подвешивания прямыми линиями, получим условную опорную поверхность в виде треугольника АБВ, показывающего, что такое подвешивание устойчиво.

Пассажирские паровозы, рассчитанные на большие скорости движения, обычно имеют большее число точек подвешивания. Этим обеспечивается их устойчивость при поперечной качке над-рессорного строения и уменьшается боковой наклон при следовании в кривых участках железнодорожного пути с большими скоростями.

За одну точку подвешивания принимают всякую группу рессор, внутри которой есть поперечный балансир, а также все рессоры двухосной тележки, если рама опирается на нее шаровой пятой. В этих случаях точка подвешивания, очевидно, лежит на продольной оси паровоза.

Нагрузки на колесные пары паровоза практически одинаковы и разнятся друг от друга обычно не более чем на 5—10 кН (0,5—1 тс). Сумма нагрузок на движущие оси составляет сцепную массу паровоза, определяющую силу тяги при трогании с места и разгоне поезда.

Нагрузка на бегунковую и поддерживающую оси обычно равна примерно 70% нагрузки на движущую ось, благодаря чему облегчается вписывание паровоза в кривые и подготовка пути к восприятию давления движущих колесных пар.

Рис. 115. Сопряжение разных рессор неравноплечим балансиром

Над менее нагруженным колесом ставят рессору с меньшей жесткостью, и если ее сопрягают балансиром с более жесткой рессорой, то балансир делают разноплечим, как показано на рис. 115. При этом соблюдают равенство моментов на плечах балансира: (р₁/2)а = (р₂/2)b, откуда а/b = р₂/р₁ т. е. отношение плеч балансира обратно пропорционально отношению нагрузок на рессоры (жесткости рессор), следовательно, с рессорой более

нагруженной колесной пары должно быть соединено меньшее плечо балансира, и наоборот. Плечи балансиров, соединяющих рессоры колесных пар с равной нагрузкой, делают одинаковыми.

Чтобы иметь возможность исправить нарушения в распределении нагрузок между движущими и тележечными осями, в продольном балансире, объединяющем их в одну группу, делают три точки опоры и из них выбирают ту, которая отвечает заданным условиям. На рис 115 показано, что использована средняя точка опоры. Если понадобится часть массы с рессоры б передать на рессору А, то опору надо перенести на левую точку. Если же, наоборот, на движущих осях окажется избыток нагрузки, то опору придется перенести на правую точку. Следует помнить, что изменение нагрузки на рессору А, если ее левый конец окажется соединенным не с рамой, а с балансиром следующей оси, коснется не только данной рессоры, но и сопряженных с нею, и величина изменения распределится между ними соответственно их жесткости.

В случае необходимости увеличить гибкость (величина обратная жесткости) рессорного подвешивания, не изменяя жесткости рессоры, применяют спиральные пружины, подключаемые последовательно с листовыми рессорами (см. рис. 1, поз. 41).

Различают три основных вида рессорного подвешивания: верхнее, нижнее и промежуточное.

При верхнем подвешивании (см. рис. 1) рессоры 32 расположены над буксами 33 и опираются на них хомутами или через рессорные упорки 35.

Рис. 116. Нижняя подвеска (паровоз Эр)

В нижнем подвешивании рессоры 7 (рис. 116) подвешены к буксам 3. Для этого хомут рессоры имеет проушины, соединяемые валиком 6 с серьгой 5, концы которой входят в прорези в (см. рис. 107). Балансир 1 (см. рис. 116), опирающийся ножом на призму в раме 4, соединяет упорки 2 соседних рессор 7, направляемых скобами 8.

Промежуточное подвешивание характерно размещением рессор 2 (рис. 117) между колесными парами. В этом подвешивании на буксы опираются балансиры 3.

Нередко применяют смешанное подвешивание, представляющее собой комбинацию из двух, а иногда из трех основных типов. В качестве примера на рис. 117 показана задняя правая группа рессор паровоза Л; на две задние буксы опираются балансиры 3, тогда как рессоры 2 установлены в просветах рамы; на буксу ведущей оси рессора 4 опирается через упорку 5, а балансир 6 размещен в просвете рамы. Подвески 1 соединяют концы группы рессор с рамой. Следовательног в этой группе рессор применены верхнее и промежуточное подвешивания.

Рис. 117. Смешанная подвеска (задняя группа рессор правой стороны паровоза Л)

Применение того или иного вида подвешивания зависит от конструктивного выполнения паровоза в целом и главным образом от посадки котла на раму. Так, например, на паровозах Е^а и Е^м на бегунковых и первых трех движущих колесных парах осуществлено верхнее подвешивание, обеспечивающее удобство при осмотре, сборке, разборке, ремонте и регулировке. А у двух задних движущих колесных пар выбрано промежуточное подвешивание, так как близко расположенная топка не оставляет места для размещения верхнего подвешивания. Если же применить нижнее подвешивание, то рессоры при чистке зольника не на канаве постоянно входили бы в контакт с золой и шлаком, да и доступ к ним был бы больше затруднен.

Конструкция деталей рессорного подвешивания. При листовой раме продольные балансиры, рессорные упорки (стойки) и подвески располагают по одну (внутреннюю) сторону рамы. При брусковой раме балансиры размещают над брусками или между ними, а упорки и подвески поэтому обнимают раму.

Рис. 118. Продольный балансир паровоза Эр

 

Типичный балансир при листовой раме (паровоз Эр) показан на рис. 118 (см. также на рис. 116). Это литой, кованый или отштампованный двуплечий рычаг, в рабочие места которого вставлены стальные закаленные призмы /, запрессованные в тело балансира под усилием 30—50 кН (3—5 тс). К обработанному по радиусу углублению призмы прижимается острие ножа 2 сопряженной детали (в данном примере — кронштейна балансира 4, прикрепленного к рамному листу 3). Нож представляет собой стальную закаленную чеку — пластинку толщиной около 30 мм с «сдвинутой» средней частью. Такое устройство обеспечивает простоту разборки и сборки и надежное предохранение от сдвига.

На рис. 119 показана подвеска (упорка) паровоза Эр, представляющая собой болт 1, плоская четырехгранная головка которого входит в кронштейн 2 рамы (см. вверху) и направляется его четырехугольным отверстием, а нижняя резьбовая часть вставлена в концевое отверстие коренных листов рессоры (см. также рис. 116). Гайками 4 регулируют затяжку рессоры. Здесь также применены ножи 3 и призмы 5, обеспечивающие высокую подвижность деталей относительно друг друга и тем повышающие качество подвешивания. Для этого радиус скругления рабочей части ножа в 2 раза меньше радиуса углубления под нож в призме.

Рис. 119. Подвеска (упорка) паровоза Эр

При большей длине подвесок (упорок) направляющие скобы ставят также на середине их длины (см. рис. 116, поз. 8). Цифрой 6 на рисунке обозначена рама.

Несмотря на закалку, рабочие поверхности ножей и призм, испытывающие огромные удельные нагрузки, относительно быстро вырабатываются, выходят из строя, и их приходится заменять.

В конструкции рессорного подвешивания паровозов некоторых серий, например Л, в шарнирных соединениях применены не ножи и призмы, а цементированные и закаленные валики и втулки. Валиковые соединения менее чувствительны, чем чековые, да к тому же требуют регулярной смазки, но зато они очень надежны в работе, а их ремонт прост и дешев и заключается только в смене валиков и втулок. Упомянутые паровозы имеют брусковую раму, при которой как упорки и подвески, так и стойки и балансиры состоят (каждая деталь) из двух симметричных частей, охватывающих бруски рамы. 

В качестве примера на рис. 120 показаны некоторые детали рессорного подвешивания с применением шарниров из валиков и втулок.

Разрез буксового узла рессорного подвешивания одной из первых трех движущих колесных пар паровоза Л (верхнее подвешивание) изображен на рис. 120, а.

Буксовая стойка 2 П-образного сечения опирается на стальной вкладыш 3, вставленный в корпус букоы 4 и представляющий собой сменную ремонтную деталь. В верхней части стойки имеется обработанное ложе для хомута рессоры 1.

В средней части стойки сделаны облегчающие вырезы.

Разрез по правой подвеске представлен на рис. 120, б. Это вид сзади, так как штуцера 5 для смазки обращены внутрь, иначе до нижних было бы невозможно добраться — мешали бы диски колес.

Рис. 120. Детали рессорного подвешивания: а —буксовый узел паровоза Л; б — рессорная подвеска; в — продольный балансир

Валики 6 имеют центральное сверление для смазки, из которого к рабочей поверхности ведут радиальные отверстия и у их выхода на поверхности валика сделаны продольные канавки, чтобы масло покрыло возможно большую часть места соприкосновения валика и втулки.

Щеки 9 подвески совершенно одинаковые и охватывают раму 10 и рессору 8. С рессорой подвеска соединяется посредством специальной упорки 7, цилиндрический зуб которой входит в отверстия коренных листов рессоры 8 и является сменной ремонтной деталью.

На рис. 120, в дан разрез по продольному балансиру. Как видно на рисунке, балансир 11 составлен из двух одинаковых половин, между которыми располагается стойка 12, помещенная в пространстве между брусками рамы и закрепленная в них. На рисунке заметна разница в длине плеч балансира — правое его плечо длиннее. Остальное ясно из чертежа и пояснений не требует.