Доброго времени суток, дорогие друзья. Сегодня я дебютирую с первой статьёй о своём любимом виде транспорта – трамвае. В каждой статье я буду делиться своими взглядами на это интересное изобретение человечества, и рассказывать о технической составляющей данного вида транспорта. Исторических статей на тему трамваев различных городов и стран довольно много, но мало кто освещает техническую сторону в простой и доступной форме для широких масс. Я постараюсь максимально качественно и понятно объяснить некоторые вещи, которые связаны с рельсовым транспортом. Как уже многие догадались, моя первая статья будет посвящена трамвайным колёсам, давайте же начнём.
Для начала окунёмся глубоко в историю и рассмотрим колёса первых трамвайных вагонов (Рисунок 1). Они имели простую конструкцию, ведь колесо состояло всего из двух частей, бандажа 1 и колёсного центра 2, которые напрессованы на ось 3. Колёсный центр бывал двух типов: спицевым и цельным.
Общей теории о применении того или иного типа колёс нет, я придерживаюсь следующей теории. Если тяговый электродвигатель трамвайного вагона имел опорно-осевое подвешивание, то использовали спицевые колёса, так как спицы в колёсном центре выполняли функцию амортизации ударов колеса о неровности пути и смягчали ударную нагрузку на тяговый электродвигатель. Примером конкретного вагона со спицевыми колёсами может служить трамвай модели «Х» ведь у него как раз опорно-осевое подвешивание тягового электродвигателя. А вот если у трамвая использовалось опорно-рамное подвешивание тяговых электродвигателей, то использовали колёса с цельными колёсными центрами, так как ударную нагрузку на электродвигатель в этом случае смягчало рессорное подвешивание. В качестве примера можно привести трамвайный вагон модели «БФ». В отличие от «Х», который имеет рамное крепление колёсных пар к кузову, на «БФ» установлены одноосные тележки с опорно-рамным креплением тяговых электродвигателей.
Со временем города росли, трамвайные сети становились больше, а вагоны - тяжелее, и в итоге возникло множество проблем. Трамвай ходил по улицам города и своим грохотом создавал шум, который приносил дискомфорт людям, проживающим близ трамвайных линий. Несовершенные рельсы доставляли неудобства пассажирам трамваев, люди чувствовали буквально каждую царапинку на поверхности головок рельсов, так и трамвайные вагоны, которые со временем увеличивались, били по рельсам со страшной силой. В итоге трамвайные пути быстро изнашивались и обрастали различными дефектами. Было принято решение усовершенствовать трамвайное колесо. Таким образом простые стальные колёса сменились подрезинеными.
Каждый производитель трамвайных вагонов 50 – 60 годов прошлого столетия делал подрезиненные колёса на свой вкус, количество вариантов подрезиненных колёс было очень большим, однако все они сводились к двум основным типам. Для конкретного примера возьмём колесо трамвайного вагона марки «Tatra» производства чешского предприятия CKD, и колесо трамвайного вагона модели 71-605 производства отечественного предприятия УКВЗ (Усть-Катавский вагоностроительный завод). Для начала сравним их и обозначим общие элементы конструкции.
Как видно из рисунка 2 основными элементами конструкции колеса являются:
1 – бандаж, 2 – диск, 3 – резиновый вкладыш в количестве двух штук, который имеет специальные отростки цилиндрической формы, 4 – передняя крышка (её так же называют крышкой-втулкой), 5 – задняя крышка (её второе название: крышка-ступица).
Обратите внимание, что передняя и задняя крышки, а так же диск имеют перфорацию, предназначенную для установки резиновых вкладышей.
Колесо напрессовано на ось 6. Всё колесо в собранном состоянии удерживается центральной гайкой 7. Необходимым элементом колеса является так же шунт 8, каково его назначение? Дело в том, что система питания трамвая предусматривает конфигурацию, при которой провод контактной сети является «плюсом», а рельсы – «минусом».
Для движения трамвая необходимо цепь замкнуть. Для надёжного соединения контактного провода и трамвая на крыше вагона предусмотрен токоприёмник, а вот с рельсами взаимодействует лишь колесо. У подрезиненного колеса ось изолирована от диска с бандажом за счёт резиновых вкладышей, поэтому чтобы обеспечить электрическое соединение у подрезиненных колёс устанавливают шунты, которые представляют собой медную перемычку, соединяющую заднюю крышку и диск (Рисунок 3).
И всё-таки, в чём секрет подрезиненного колеса? Почему оно лучше цельнометаллического? Что позволяет подрезиненному колесу гасить удары и уменьшать шум и вибрации. А секрет прост, это зазор между диском и ступицей. То есть получается, что диск, который вместе с бандажом непосредственно катится по рельсу, не жёстко насажен на ось, как у цельнометаллических колёс, а как бы плавает относительно оси за счёт упругих резиновых вкладышей.
Рассмотрим более подробно колесо чешских трамвайных вагонов марки «Tatra». На рисунке 4 продублированы позиции, о которых было сказано ранее.
Под позицией 9 указана пробка, под ней находится канал, который ведёт к проточке 10 по всей длине окружности ступицы. Данная система предназначалась для снятия ступицы оси с помощью масла, которое под давлением вводилось в этот канал. Под позицией 11 указаны стопорные планки, которые приваривались к передней крышке после закручивания центральной гайки.
Теперь поговорим более подробно о колесе трамвайного вагона 71-605. На рисунке 5 так же продублированы позиции, о которых было сказано выше, под цифрой 9 указано стопорное кольцо, которое вставлялось после установки бандажа на диск. Концы стопорного кольца завариваются.
Я думаю, что самым заметным и явным отличием данного колеса от колеса чешского трамвайного вагона марки «Tatra» является наличие периферийных болтов 10, которые с внешней стороны закреплены шайбой 11 и гайкой 12. Возникает вопрос, а зачем нужны периферийные болты и почему «Tatra» обошлась без них?
Дело в том, что у колеса трамвая «Tatra» задняя и передняя крышки имеют коническую форму, а вот у вагона 71-605 они являются плоскими. Если поверхность коническая, то нагрузка q приложенная к центру распределяется по поверхности конуса под углом образующей, обозначим её qτ (Рисунок 6). Если сила расположена под углом, то её можно разложить на две составляющие, вертикальную и горизонтальную.
Горизонтальная составляющая в данном случае нас не интересует, а вот вертикальную составляющую изобразим и обозначим qв. Таким образом, несмотря на то, что центральная гайка занимает лишь небольшую площадь в центре крышки, она оказывает равномерную нагрузку на всю поверхность крышки. У колеса 71-605 крышка плоская, а значит гайка оказывает нагрузку лишь на той площади, на которой расположена, для того, чтобы компенсировать это необходимо установить периферийные болты, которые будут оказывать усилие qп для более равномерного сжатия всего колеса.
Теперь поговорим об особенностях сборки трамвайных колёс. На заднюю крышку укладывают первый резиновый вкладыш, затем укладывают диск с заранее насаженным бандажом. У колеса вагона 71-605 бандаж фиксируется стопорным кольцом. Далее укладывается второй резиновый вкладыш. Затем устанавливают переднюю крышку колеса. Теперь колесо сжимается прессом и в сжатом состоянии закручивается центральная гайка, в случае с колесом трамвайного вагона 71-605, в сжатом состоянии закручиваются и периферийные болты. У колеса трамвайного вагона 71-605 перед закручиванием центральной гайки высверливается отверстие, в которое устанавливается штифт 13 (Рисунок 5 ). Центральная гайка в закрученном положении фиксируется стопорными планками, которые привариваются к передней крышке. Затем колесо напрессовывается на ось колёсной пары. Стоит отметить, что у вагона 71-605 на колесе использована шлицевая центральная гайка, в дальнейшем УКВЗ отказался от неё в пользу шестигранной, которую можно видеть на трамвайных вагонах 71-608 и 71-619.
Движемся дальше. Прогресс не стоит на месте и вот уже в нашу жизнь начали входить сначала частично низкопольные вагоны, а затем и полностью низкопольные вагоны. Как вы понимаете, для обеспечения низкого пола такие сложные колёса не годились, и их конструкцию необходимо было менять ввиду того, что чем проще колесо, тем меньшего размера его можно было сделать, что и необходимо для вагонов с низким полом. Решение нашлось. Я не могу сказать, кто первым додумался до создания такого типа колёс, но я в качестве конкретного примера вновь возьму трамвайный вагон УКВЗ модели 71-623.
Строение современного колеса кардинально отличается от ранее рассмотренных (Рисунок 7). Колесо имеет бандаж 1 и колёсный центр (ступицу) 3, между бандажом и ступицей имеется резиновая прослойка 2. Нажимной диск 4 служит для надёжной фиксации резиновой прослойки и закреплён на колёсном центре болтами 5. Отверстия в ступице под болты глухие, то есть болт вкручивается непосредственно в сам колёсный центр, а не фиксируется гайкой с обратной стороны колеса. В колесе предусмотрены отверстия 7. Они необходимы для крепления тормозного диска к колесу или для крепления заземляющего устройства. Так же в колесе имеются болты-заглушки 6 (Их 4 штуки), про их назначение я расскажу позже, как и про винт-пробку 8. Колесо напрессовано на ось 9.
Я думаю, у многих читателей возник вопрос. Ступица наглухо изолирована резиновой прослойкой от бандажа, где шунты? Ответ очень простой. Дело в том, что резиновая прослойка – это не цельное резиновое кольцо, а отдельные резиновые элементы в количестве 27 штук.
Из этих резиновых элементов 3 штуки имеют перемычку внутри себя (Рисунок 8), которая и обеспечивает электрический контакт между колёсным центром и бандажом.
Так колесо имеет более простую конфигурацию, чем те, которые были рассмотрены ранее, то говорить о процессе сборки я не буду. Я затрону процесс разборки колеса. Прошу взглянуть на рисунок 9. На сечении А-А вы видите уже знакомую пробку 2, закрывающую канал для подачи масла, знакомый вам по колесу вагона марки «Tatra», а так же болт-заглушку 1, который я уже упомянул.
На сечении Б-Б вы можете видеть винт-пробку, он всего один на колесо, но закрывает собой он глухое отверстие с каналом. При разборке колеса в отверстия, которые скрыты болтом-заглушкой 1 вкручиваются специальные длинные болты. После того, как основные болты, крепящие нажимной диск (8 штук) будут сняты. В отверстие, закрытое винтом-пробкой 3 под давлением подаётся масло, одновременно с этим болты, вкрученные в отверстия под болтом-заглушкой 1, начинают вкручиваться внутрь и упираются в колёсный центр, что способствует отходу нажимного диска от ступицы.
У данного типа колёс так же существуют вариации. Например бывают колёса без нажимного диска, где бандаж с резиновой прослойкой силком натягивается на колёсный центр. У вагонов 71-931М производства ПК «Транспортные системы» колёсный центр разделён на две части, которые соединены между собой болтами. Так же некоторые производители используют шунты традиционной конструкции вместо резиновых элементов с перемычками.
У меня на этом всё, надеюсь, моя первая статья вам понравилась, я постарался максимально рассказать о трамвайных колёсах, если вы знаете что-то ещё, то обязательно напишите в комментариях. Благодарю вас за внимание, всем пока!)