Конструкцию в виде пространственной фермы, на которой монтируют все агрегаты паровоза, кроме колесных пар с буксами и паровозных тележек, называют главной или просто паровозной рамой. Она бывает листовой, брусковой и цельнолитой.

 

Листовая рама.Эта рама имеет два продольных полотнища 12 толщиной около 30 мм и высотой около 1 м, соединенных междурамными скреплениями. Передние концы объединены брусом 9 и расположенным за ним горизонтальным скреплением. Места привалки цилиндров усилены мощным междуцилиндровым скреплением 10, выполненным в виде прямоугольного ящика. На междуцилиндровом скреплении располагается передняя опора котла — постамент 8. Задние части полотнищ связаны между собой передней 4 и задней гибкой 2 опорами топки, а их концы прочно соединены задним стяжным ящиком 1. В нем находятся шкворни и передние концы стяжек, соединяющих паровоз с тендером. Между колесными парами размещены вертикальные междурамные скрепления 6, связанные между собой горизонтальными листами 7, которые приклепаны к полотнищам рамы. На вертикальных междурамных скреплениях на некоторых паровозах стоят гибкие опоры (подбрюшники) 5 цилиндрической части котла. В слабонагруженных местах рамы сделаны облегчающие вырезы 11.

Для обеспечения жесткости конструкции все болтовые соединения полотнищ и скреплений осуществлены на точеных (призонных) болтах, вгоняемых на место с удара и исключающих перемещение соединяемых деталей относительно друг друга.

Рис. 110. Листовая рама паровоза

Так как толщина рамных листов недостаточна для надежного, без перекосов, направления букс, буксовые вырезы снабжены направляющими 3, которые представляют собой стальную отливку П-образной формы с ребрами жесткости, огибающую буксовый вырез.

В паровозах с листовой рамой (Э^в/и ) задняя плоскость направляющей вертикальна и непосредственно прилегает к буксовому наличнику; передняя же — имеет уклон 1:10 и между ней и буксовым наличником вставлен буксовый клин 6 (см. рис. 107). По мере износа наличников клин поднимают кверху, ограничивая перемещения буксы в ее челюстях вдоль продольной оси паровоза в пределах заданных размеров.

Направляющая прикреплена по периметру к полотнищу рамы призонными болтами и усиливает это самое слабое место рамы, но недостаточно. Только замыкание буксового выреза подбуксовой связью предотвращает опасность его раскрытия. Подбуксовая связь, стягивая концы выреза, предупреждает появление трещин в верхних углах буксового выреза. Для этого пригнанные «под краску» ее привалочные углубления надвигают на каблучки рамы с натягом, а наружные грани каблучков имеют скос с уклоном 1 : 7. К раме концы подбуксовой связи крепят двумя-тремя болтами с каждой стороны.

 

Брусковая рама. В отличие от листовой брусковая рама представляет ферму, состоящую из брусков, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Так, на паровозе Э^у листовая рама при толщине листа 32 мм имеет высоту полотна 1020 мм, тогда как на паровозе Л верхний брусок рамы имеет площадь сечения над буксами 140X160 мм (толщина на высоту), а наибольшая высота фермы полотна по кромке брусков 750 мм. Благодаря этому брусковая рама:

позволяет удобно разместить рессоры над рамой (верхнее рессорное подвешивание), будучи значительно меньшей высоты; делает ненужными продольные горизонтальные скрепления, обладая большой жесткостью в поперечном направлении; позволяет ставить блочные цилиндры, отлитые заодно с междурамным скреплением и постаментом; упрощает конструкцию и сборку рамы тем, что отпадает надобность ставить буксовые направляющие, так как толщина бруса достаточна для надежного направления буксы в челюстях; значительно уменьшает число болтовых соединений и исключает надобность в заклепочных соединениях.

Рис. 111 Брусковая рама паровоза Л

В результате брусковая рама оказывается более прочной и надежной, не требуя для этого дополнительного расхода металла.

На рис. 111 изображена брусковая рама паровоза Л. По сравнению с листовой рамой, изображенной на рис. 110, ажурность конструкции, позволяющая иметь свободный доступ для осмотра всех устройств, размещаемых между фермами рамы 2, а также мощные литые буферный брус 1, стяжной ящик 9, кулисный кронштейн 6, параллельная рама 4 и другие междурамные скрепления 3 вместе с блоком цилиндров обращают раму чуть ли не в монолит. Гибкие опоры 7 и 8 поддерживают топку, а 5 — цилиндрическую часть котла.

Самое слабое место рамы — буксовый вырез — замыкает подбуксовая связь 10 площадью сечения в самом узком месте 140X80 мм. Как видно на рис. 112, каблучки рамы имеют уклон 1 : 12 в обе стороны, соответствующий двустороннему уклону в посадочных углублениях под-буксовой связи 5. В середине каждого каблучка ввернута установочная шпилька 6, помогающая точно поставить связь. Кроме того, за каждым каблучком стоит болт 4; следовательно, каждая подбуксовая связь на главной раме паровоза Л прикреплена к концам буксового выреза двумя шпильками и двумя болтами, кроме первой сцепной колесной пары, у которой связь имеет две шпильки и четыре болта, а ее наименьшая площадь сечения увеличена до 140X90 мм. Кроме того, у этой же связи передние болты из-за невозможности их постановки сверху, как всех прочих, имеют утопленные в нижнюю часть нижнего бруса рамы бурты и сверху закреплены корончатыми гайками со шплинтами. Снизу все болты и шпильки подбуксовых связей закреплены гайкой с контргайкой.

Рис. 112. Самоустанавли вающийся буксовый клин

На паровозах с брусковой рамой буксовый клин стоит не спереди, как при листовой раме, а сзади и выполнен самоустанавливающимся. Пружина 8, вставленная в стакан 9, удерживаемый фланцем 77, нажимает на гайку 10 упорного болта 3, заставляя его сдвигать клин 2 вверх, если между наличником буксы и пластиной 7 возникает зазор от износа. Таким образом клин постоянно автоматически выбирает излишний зазор. Остается только следить за величиной просвета между концами контрольных штифтов 7 и нижней кромкой пазов в стакане 9, и когда этот просвет окажется больше установленной нормы, увеличить затяжку пружины, для чего гаечным ключом нужно вращать стакан против часовой стрелки и тогда вращающиеся вместе со стаканом контрольные штифты, вставленные в гайку 10, заставят ее, свертываясь с упорного болта 3, сильнее сжать пружину и уменьшить зазор между концами штифтов и нижней кромкой пазов стакана 9.

Цельнолитая рама. На некоторых паровозах Е^а, Е^м установлена цельнолитая рама. Это мощная пространственная ферма, включающая в себя две продольные боковые фермы, междурамные скрепления, блок цилиндров, постамент, буферный брус, опоры топки, задний стяжной ящик, кронштейны для рессорных балансиров, тормозных подвесок и тормозного вала. Полное отсутствие болтовых п заклепочных соединений делает конструкцию особенно прочной и жесткой и существенно упрощает монтаж, ремонт и уход в эксплуатации. Сам ремонт повреждений цельнолитой рамы заключается в устранении выявленных трещин и других дефектов с помощью электросварки.

Укрепление котла на раме. Значительная длина котла паровоза (10 м и более) и широкий диапазон изменения его температуры (более 200°С) вызывает существенное изменение его длины в среднем около 50 мм. Поэтому закрепить котел на раме жестко можно только в одном конце, все же прочие опоры котла должны быть подвижными. Жестко котел закреплен на постаменте над блоком цилиндров, потому что подвижка его в этом месте нарушила бы плотность труб, подводящих пар к паровой машине.

Соединение котла, точнее его дымовой коробки, с передней опорой осуществляется с помощью точеных призонных болтов, размещенных по периметру фланца постамента. Второй основной опорой котла служит подвижное соединение топочной рамы с размещенным внутри главной рамы междурамным скреплением. Эти опоры разнообразны по выполнению.

Скользящие опоры представляют так называемый скользун, прикрепленный болтами к каблучку топочной рамы. Скользун своим бронзовым или стальным, наплавленным бронзой, вкладышем опирается на подкладку, прикрывающую междурамное скрепление и являющуюся сменной ремонтной деталью. Обычно такая опора располагается под передней частью топочной рамы. Однако на паровозах Э^в/и такой опорой оборудована и задняя часть топки. На паровозе Л обе опоры топки гибкие, т. е. выполнены в виде относительно тонкого (13 мм) стального листа, поставленного на ребро (плоскостью поперек продольной оси паровоза). У паровозов Е^в/и передние опоры оснащены скользунами, а задние гибкие — листовые.

Кроме того, цилиндрическая часть котла опирается на гибкие листовые опоры-подбрюшники. Для этого к барабанам приваривают или приклепывают изогнутые по их очертанию угольники, к которым с помощью точеных болтов присоединяют листовые опоры, которых бывает одна — три в зависимости от серии паровоза.

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.