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.

Общие сведения. Восприятие и передача сил тяги и торможения, а также статических и динамических нагрузок от колесной пары через рессорное подвешивание на раму и обратно осуществляются через корпуса букс, а также через размещенные в них подшипники.

Рис. 107. Детали паровозной буксы с подшипником скольжения

Соответственно типу рамы буксы могут быть наружные (у тендерных и паровозных тележек) и внутренние. Корпус наружной буксы представляет собой цельную стальную литую коробку прямоугольной или цилиндрической формы, надетую на наружную шейку оси. Корпус внутренней буксы обязательно имеет разъем по горизонтали; в верхней ее части размещен подшипник, а в нижней, представляющей собой резервуар, — смазка и устройства для ее подачи к подшипнику. Различают буксы о подшипниками качения (Л) и скольжения (Э^в/и Е^а, Е^м). Букса с подшипником скольжения. П-образный стальной корпус 2 (рис. 107) унифицированной буксы расточен внутри по окружности до выступов а. В эту расточку запрессован до упора буртом бронзовый подшипник 3, опирающийся на выступы а своими нижними кромками.

На большей части рабочей поверхности подшипника сделаны колодцы, залитые баббитом, что облегчает приработку и уменьшает силу трения.

Между щек корпуса снизу заведена сварная подбуксовая коробка 4, удерживаемая на месте штифтами, вставленными в круглые отверстия б, сечение которых разделено поровну между корпусом буксы и подбуксовой коробкой.

В боковые выемки корпуса буксы заведены бронзовые наличники 1 и привернуты стальными шурупами с головками, поставленными впотай. Один из наличников скользит по вырезу в паровозной раме, а во второй входит своей нескошенной стороной буксовый клин 6. В подбуксовой связи 5, стягивающей концы выреза в раме, приварен кронштейн г, в отверстие которого пропущен нарезанный хвостовик буксового клина. Вращая гайку, навернутую на хвостовик буксового клина и опирающуюся сверху на кронштейн в подбуксовой связи, опускают или поднимают клин, обеспечивая необходимый зазор между буксой и челюстями выреза в раме. Прорезь для серьги обозначена буквой в.

С наружной стороны корпуса 1 (рис. 108), обращенной к ступице колеса, приварена стальная, открытая снизу торцовая шайба 10 армированная бронзой. Иногда ставят шайбу из бронзы, привертывая ее винтами впотай, а нижние концы шайбы подпирают приваренными к корпусу буксы стальными упорами, разгружающими винты.

Рис. 108. Паровозная букса с подшипником скольжения в сборе

В пазы торцовых стенок подбуксовой коробки 8 вставлены войлочные манжеты 12, охватывающие шейку оси в местах ее входа в буксу и препятствующие проникновению пыли и грязи внутрь буксы.

В подбуксовой коробке расположен польстер 7, представляющий собой подобие щетки из пряжи, закрепленной на металлической пластине или сетке; эта «щетка» охватывает шейку оси снизу и прижимается к ней пружинами 11, а концы пряжи в виде фитилей доходят до днища коробки. При отсутствии польстера в подбуксовую коробку закладывают набивку из пряжи. Налитая через трубку 5 смазка заполняет резервуар подбуксовой коробки и польстером или набивкой подводится к шейке оси.

Подвод смазки к рабочим поверхностям наличников, торцовой шайбы и подшипника 2 с баббитовой заливкой 3 осуществляют фитили, вставленные в трубки, укрепленные в верхней полости корпуса буксы, служащего резервуаром для смазки. На паровозах Э^р, Е^а, Е^м предусмотрена централизованная подача смазки в буксы через гибкие шланги, соединенные со штуцерами 6, от которых идут каналы к местам, требующим смазывания. Однако на паровозах Е^а, Е^м торцовые шайбы и наличники смазывают через фитильные масленки. В отличие от унифицированной буксы на паровозах этих серий подбуксовую коробку удерживают на месте болты 4, зафиксированные чеками.

Резервуар для смазки в корпусе буксы предохраняет от пыли и грязи крышка 9, удерживаемая пружинами.

Следует отметить, что у паровозов Э^в/и на корпусах букс бронзовых наличников нет, так как в буксовых вырезах рамы стоят чугунные накладки, обеспечивающие снижение коэффициента трения и являющиеся сменной ремонтной деталью.

Характерная особенность буксового подшипника — наличие так называемого холодильника. Это скос в нижней части подшипника, образующий зазор между шейкой и подшипником и служащий для создания масляного клина, разделяющего трущиеся поверхности.

Букса с подшипником качения. Конструкция букс с роликовыми подшипниками сложная и требует значительно большей точности при сборке, чем с подшипниками скольжения, но эти буксы обладают многочисленными и существенными достоинствами: сопротивление движению ниже во всем диапазоне скоростей, мало зависит от погодных условий и длительности стоянки и при тро-гании с места составляет всего 15% сопротивления подшипников скольжения; расход цветных металлов доведен до минимума; расход смазки меньше в 5—15 раз; нет надобности в подбивке, фитилях и т. п.; отпадает необходимость в повседневном уходе, так как ревизия букс с роликовыми подшипниками требуется 1 раз в 6 месяцев, что резко сокращает эксплуатационные расходы; обеспечено поддержание установленного поперечного разбега; почти полностью исключено загрязнение балласта и рельсов от потерь смазки из букс.

Как правило, корпус правой и левой букс каждой движущей колесной пары представляет двухчастевую отливку с разъемом в горизонтальной плоскости на высоте геометрической оси колесной пары. Нижняя часть корпуса букс (рис. 109) имеет значительный подъем к середине, благодаря чему резко уменьшается потребный объем смазки для заправки буксы и создаются индивидуальные масляные ванны для правого и левого подшипников. Верхняя часть корпуса такой перетяжки не имеет, вследствие чего в ней образован большой объем воздуха, насыщенного при движении паровоза мельчайшими частичками масла, чем улучшается смазка верхних нагруженных половин роликовых подшипников.

Особого внимания требует герметизация корпуса, во-первых, для предотвращения попадания в него пыли и грязи, а во-вторых, для исключения утечки смазки из буксы. 

Рис. 109. Буксы с подшипниками качения

Поэтому верхнюю и нижнюю части корпуса буксы тщательно пригоняют друг к другу, а у мест выхода оси из корпуса собирают надежный лабиринтный затвор-сальник, состоящий из многочисленных ступеней. Во избежание нарушения пригонки частей корпуса при повторных разборках и сборках с каждой из четырех сторон привалочных фланцев забивают по два конических болта, обеспечивающих точную установку верхней части корпуса относительно нижней. При первой сборке под головки этих конических болтов ставят шайбы с таким расчетом, чтобы до забивки головка вставленного болта не доходила до шайбы на 5—15 мм. При каждой выбивке болтов, при разборке буксы для ремонта или ревизии натяг их уменьшается. Для его сохранения уменьшают высоту шайб вплоть до окончательного их снятия. При следующей разборке корпуса притачивают новые болты с новым комплектом шайб.

Чтобы предотвратить потерю смазки в местах выхода оси из объема буксы, по ее торцам имеется эффективное уплотняющее устройство из нескольких, расположенных последовательно один за другим лабиринтов. Детали, входящие в комплект лабиринтного уплотнения буксы, разнимаются на две и даже три части, удерживаемые браслетной пружиной, что позволяет разбирать и собирать лабиринтные уплотнения без' распрессовки колесных центров. По наиболее удаленной образующей уплотнения в специальную проточку закладывают резиновое кольцо.

Для предотвращения подпора масла перед лабиринтом при движении паровоза между лабиринтом и подшипником установлен маслоотбойный диск, захватывающий масло из ванны и направляющий его внутрь подшипника на ролики.

Заправляют буксу смазкой через отверстия в верхней части корпуса, куда вставлены щупы с нанесенными на них рисками наивысшего и наинизшего уровня масла. Верхний уровень при заправке контролируют через закрываемое заглушкой контрольное отверстие; как только в нем покажется масло, наполнение буксы прекращают.

Спускают масло из буксы через отверстия, закрываемые пробками, расположенными в самых нижних точках объема. Масляная ванна требует для заправки 7—7,5 л смазки.

Чтобы не потерять щуп, его прикрепляют к корпусу цепочкой. Лица роликовых букс движущих осей не имеют наличников, но бронзовые наделки приклепаны на стальных накладках рамы, а буксовые клинья отлиты из чугуна.