Тележка модели 18-9817 это совместная разработка американской компании ASF Keystone и украинской Промышленно-инвестиционной группы «ИнтерКарГрупп».

Цель разработки – создание тележки, конструкция которой позволит увеличить весовые нормы грузовых поездов и повысить пропускную способность железных дорог при существующей длине станционных путей.

В тележке были использованы конструктивные решения и технологии, примененные в тележке модели Motion Control, которая успешно эксплуатируется на железных дорогах США и Канады (более 250 тыс. вагонокомплектов в эксплуатации).

Причиной выбора этой концепции и выбора конструктивных решений элементов тележки явилось требования по увеличению межремонтных пробегов с обеспечением стабильных динамических качеств на протяжении всего жизненного цикла при обеспечении нормативного воздействия на путевую структуру и сохранения существующих технологий содержания и ремонта тележки.

Основные элементы тележки модели 18-9817:

Представленая тележка относится трехэлементной конструктивной схеме и состоит из следующих основных узлов.

Надрессорная балка и две боковые рамы (1).

Сохранена существующая литейная технология.

Материал - сталь 20ГЛ ОСТ 32.183-2001.

На надрессорной балке в подпятниковом месте установлена износостойкая чаша (2), обеспечивающая постоянное трение, и боковые скользуны постоянного контакта Preload Plus (3) с возможностью подбора упругих характеристик в зависимости от типа вагона.

В буксовых проемах боковой рамы установлены адаптеры «Adapter Plus» (7) с полимерной прокладкой, которые обеспечивает пассивное вписывание тележки в кривые и могут эксплуатироваться при темпиратурах до -60 °С. Применение данного адаптера позволит снизить износ колес и рельсов.

Нагрузки от надрессорной балкина боковую раму передаются через центральное рессорное подвешивание (6). В подвешивании применены стандартные для американских железных дорог прижины типа D5 и фрикционные клинья Rade Master.

В тележке применена тормозная рычажная передача (4) с односторонним нажатием колодок. На тележке установлены два триангеля с безрезьбовым креплением тормозных башмаков и устройство равномерного отвода колодок при отпуске.

Каркас тележки, в который входят надрессорная балка, две боковые рамы с адаптерами, центральное рессорное подвешивание и тормозная рычажная передача, установлен на колесные пары (5), оборудованных подшипниковыми узлами кассетного типа и колесами с S-образным диском. 

Скользун постоянного контакта состоит из крышки, комплекта пружин, основания и идентификационной пластины.

Крышка и основание изготовлены из высокопрочного чугуна.

В верхнюю часть крышки вставлен диск из фрикционного материала, который обеспечивает необходимый контролируемый коэффициент трения (m = 0,45) и уменьшает износ деталей скользуна и износостойкой пластины кузова вагона. Благодоря применению диска на крышке скользуна отсутствует наволакивание металла (заедание) и как следствие увеличение коэффициента трения, что вредно для прохождения кривой.

Основание крепится к надрессорной балке болтовым креплением.

Пружинный комплект скользуна состоин из трех витых пружин, который можно компоновать по трем вариантам взависимости от необходимой предварительной нагрузки (обозначение модели описывает максимальную предварительную нагрузку, в фунтах):

- все три пружины для модели 5600;

- наружная и промежуточная пружины для модели 4500;

- наружная и внутренняя пружины для модели 4000.

Возможность подбора жесткостных характеристик рессорного комплекта  позволяет обеспечить продолжительный контроль виляния, раскачивания и улучшенное, последовательное прохождения кривой для различных типов вагонов (полувагонов, платформ, цистерн, крытых и хопперов).

Одна из трех идентификационных пластин устанавливается под основанием и жестко закрепится на месте, когда основание прикручивается болтами. Номер модели отчеканен на обеих сторонах. Эти идентификационные пластины обозначают модель и предварительную нагрузку и имеют специальные уступы, не позволяющие установку несоответствующих пружин для определенных моделей.

Данная конструкция одобрена Ассоциацией американских железных дорог (AAR) и успешно эксплуатируется на железных дорогах США и Канады. Эксплуатация показывет низкий износ на элементах, как самого скользуна, так и на износостойких пластинах скользуна кузова вагона.

Надрессорные балки через центральное рессорное подвешивание опирается на боковые рамы. Рама боковая изготовлена из стали 20ГЛ по ОСТ 32.183-2001 «Тележки двухосные грузовых вагонов колеи 1520 мм. Детали литые. Рама боковая и балка надрессорная. Технические условия» Модель надрессорной балки показана на слайде.

Рама боковая представляет собой отливку, в средней части которой расположен проем для размещения рессорного комплекта, а по концам - проемы для установки колесных пар.

На нижнем поясе 2 проема для размещения рессорного комплекта расположена опорная плита 1 с размещенными на ней ограничителями 13 для фиксации пружин рессорного комплекта.

На вертикальных стойках 10 проема для размещения рессорного комплекта, в районе ограничителей поперечных перемещений балки надрессорной, выполнены площадки 7, на которых установлены фрикционные планки при помощи двух винтов с отрывными головками и самоконтрящихся гаек. Опорная плита 1 переходит в предохранительные полки, являющиеся опорами для балки триангеля в случае обрыва подвесок, которыми триангели подвешены к кронштейнам 8 боковой рамы.

В кронштейны 8 в целях предотвращения их износа установлены износоустойчивые втулки.

Полки с овальными отверстиями 9 служат опорами для балки авторежима.

Проемы для установки колесных пар имеют площадки 14, которыми боковая рама через адаптер опирается на кассетные подшипники и упорные кронштейны 11, размещенные на челюстях проема 5 и 6.

В нижней части внутренних буксовых челюстей 5 имеются места для установки клиновидных фиксаторов 12, предназначенных для предотвращения самопроизвольного разъединения колесных пар и рамы тележки. 

Отличия в конструкции центрального и буксовых проемов

Если сравнивать конструктивные особенности боковых рам типовой тележки, которая применяется на железных дорогах, и тележки модели 18-9817, то боковая рама представленной тележки имеет ряд значительных приимуществ, а именно:

1. В верхней части буксового проема боковой рамы тележки модели 18-9817 имеются специальные упоры, которые взаимодействуют с адаптером, установленным над кассетным роликовым подшипником, и обеспечивают передачу продольных и поперечных сил от колесной пары на раму тележки, а также обеспечивают роль жестких ограничителей смещения подшипникового узла относительно боковой рамы.

Вертикальные челюсти буксового проема боковой рамы в обычных условиях эксплуатации не взаимодействуют с подшипниковым узлом колесной пары (здесь имеется зазор шириной порядка 2 – 4 мм), а все нагрузки передаются через специальные упоры и опорную площадку.

Благодаря малому плечу передачи нагрузок, по сравнению с боковой рамой типовой тележки, резко снижаются изгибающие моменты, воздействующие на буксовый проем при продольных соударениях и торможении.

2. Рессорный проем боковой рамы тележки модели 18-9817 имеет сложную конфигурацию и снабжен достаточно мощными вертикальными стойками, которые при взаимодействии с направляющими на надрессорной балке тележки обеспечивают передачу продольных и угловых нагрузок при соударении и изабегании боковых рам. Это обеспечивает разгрузку фрикционных клиньев от восприятия чрезмерных продольных и угловых нагрузок, гарантированную связность элементов тележки и ограничивает в допустимых пределах ( не более 10 мм) велечины забегания боковых рам.

У типовой тележки прередача продольных и угловых нагрузок при соударении и изабегании боковых рам осуществляется через фрикционные клинь, пружинный комплект и специальные конштейны боковой рамы, т.е. надрессорная балка имеет большую свободу как продольных и поперечных, так и угловых смещений при забегании боковых рам. Из-за малых площадей контакта идет интенсивный износ поверхностей взаимодействующих при передаче продольных, поперечных и угловых нагрузок, увеличение смещений, что в свою очередь приводит к потере кинаматики тележки и увеличению динамической нагруженности элементов тележки и путевой структуры.

Отличия в конструкции внутреннего радиуса буксового проема

Одним из критических сечений в боковой раме типовой тележки является внутренний радиус буксового проема.

Если рассмотреть данный узел в разрезе, то мы видим резкое изменение моментов инерции (моментов сопротивления) при переходе от буксового проема к наклонному поясу, что является концентратором напряжений в данной зоне. Аналогом этой картины может служить вал или ось, выполненный с плавным и ступенчатым преходом из одного диаметра к другому.

Внутренний радиус боковой рамы тележки модели 18-9817, как показано на рисунке этого слайда, имеет плавное изменение перехода от опорной части буксового проема к наклонному поясу. Кроме этого узел внутреннго радиуса буксового проема более развит, что тоже повышает его свойства к сопротивлению разрушения.

Кассетный подшипник TBU 150x250 мм

На колесную пару установлен кассетный подшипник с коническими роликами TBU 150.

Основные размеры подшипника:

Диаметр внутреннего кольца – 150 мм;

Диаметр наружного кольца – 250 мм;

Ширина наружного кольца – 160 мм.

Изготовители подшипников:

1. ОАО «Волжский подшипниковый завод», Россия;
2. фирма «SKF», Швеция;
3. фирма «Brenco», США.

Подшипники сертифицированы в РС ФЖТ.

Адаптер подшипника с упругой прокладкой.

Боковые рамы опираются на подшипниковые узлы колесных пар через адаптеры.

Между адаптером и горизонтальной полкой буксового проема боковой рамы помещена упругая прокладка "AdapterPlus”. Утвержден в соответствии со спецификацией М-976 на тележках HD Split Wedge и ASF Motion Control. Более 10 000 вагонокомплектов и более 10 лет эксплуатации.

Адаптер Плюс позволяет колесной паре занимать радиальное положение при движении по кривой. Конструкция эластомерной подкладки адаптера подшипника исключает контакт металла с металлом и улучшает осевое выравнивание колпары. В отличие от обычных адаптеров, которые полностью изготовлены из металла, эластомерная подкладка обеспечивает управляемое движение колесной пары при более низких силах вхождения в кривую. Угол атаки сокращается на 49 %. Колеса выравниваются быстрее, движение в кривой улучшается, и уменьшается сопротивление качению, уменьшается износ опорной площадки буксового проема, опорного кронштейна и опорных частей адаптера подшипника.

Экономические преимущества адаптера "AdapterPlus”.

Взято из Технологического дайджеста — Апрель 1998:

- 50% увеличение срока службы рельса в кривых;

- 25% увеличение срока службы колесной пары;

- 6% - 8% уменьшение потребления топлива;

- 35%  увеличение межремонтного срока.

- Исключает необходимость ремонта буксового проема в связи с отсутствием износа;

- Отсутствие износа адаптера подшипника;

- Увеличен срок службы роликового подшипника в связи с уменьшенными боковыми силами и вертикальными ударами.

Срок службы - 1,000,000 миль.

Центральное рессорное подвешивание

тележки модели 18-9817

Надрессорная балка опирается опорными поверхностями на боковые рамы в центральном проеме через комплекты рессорного подвешивания.

Рессорное подвешивание представляет собой пружинный комплект и узел фрикционного гасителя колебаний. Упругая характеристика пружинного комплекта приведена на рисунке ниже. Пружинный комплект в зоне работы под тарой и брутто имеет линейную характеристику.

Пружинный комплект тележки модели 18-9817

Пружинный комплект центрального рессорного подвешивания состоит из девяти двухрядных пружин.

В качестве упругих элементов в тележке модели 18-9817 под надрессорной балкой установлены стандартные для американских железных дорог семь наружных пружин D5, и пять внутренних пружин D5. Для обеспечения стабильной работы клинового гасителя колебаний на протяжении межремонтных пробегов под клиньми установлены специально подобранные пружины с повышенным прогибом. Винтовые пружины изготовленны в соответствии с AAR M-114. Материал пружин – сталь 5160Н.

Пружины D5, примененные в центральном рессорном подвешивании тележки модели 18-9817, эксплуатируютя в США более 49 лет. За это врема их выпущено более 1,7 миллионов коплектов. По данным эксплуатирующих организаций в США за это времы данные пружины имели 3% отказов.

На данный момент заканчиваются сертификационные испытания пружин в РС ФЖТ. Все пружины выдержати циклические испытания на базе 10 мил. циклов (ни одна пружина не разрушилась).

Если сравнивать конструктивные особенности рессорного подвешивания типовой тележки, которая применяется на железных дорогах, и тележки модели 18-9817, то рессорное подвешивание представленной тележки также имеет приимущества, а именно:

1. Рессоный комплект тележки модели 18-9817 расчитан напостановку девятипружинного рессорного комплекта, а типовой тележки на семипружинный рессорный комплект. Применение более развитого опорной поверхности рессорного комплекта в тележке модели 18-9817 по сравнению с типовой тележкой позволяет использовать прутки меньшего диаметра, снизить массу рессорного комплекта, увеличить сопротивление рессорного комплекта колебаниям галопирования.
2. Фрикционные клинья в типовой тележке являются основным связующим звеном, которое объединяет боковые рамы и надрессорную балку в единую систему. Продольные, поперечные и угловые взаимные перемещения надрессорной балки и боковых рам передаются через фрикционные клинья и пружинный комплект, что является существенным недостатком этой тележки. Наиболее остро этот недостаток проявляется при большом износе пар трения и неправильном подборе размеров конструктивных элементов, что приводит к увеличению забегания боковых рам, перекосу надрессорной балки и изменению кинематики тележки с вытекающими отсюда неблагоприятными последствиями для динамической нагруженности как тележки, так и путевой структуры. В тележке модели 18-9817 клин разгружен от восприятия чрезмерных поперечных и угловых нагрузок, так как прередача этих нагрузок происходит непосредвтенно от набрессорой балки на вертикальные стойки боковой рамы.

Узел фрикционного гасителя колебаний.

В качестве гасителя колебаний в центральном рессорном повешивании применена фрикционная пара сухого трения. Она состоит из фрикционного клина Ride Master с углом наклона 37.5° и фрикционной планки. Крепление фрикционных планок осуществляется болтами высокой прочности с отрывной головкой и самоконтрящими гайками.

Фрикционный клин, изготовлен из стали 30ГСЛ по ГОСТ 977-88, термоупрочнен и имеет твердость контактной поверхности с фрикционной планкой боковой рамы 418-512 НВ. Фрикционная планка изготовлена из стали У-10 ГОСТ 1435-99, термоупрочнена и имеет твердость контактной поверхности с фрикционным клином 341-415 НВ.

По данным Американских железных дорог данный узел эксплуатируется на 250 000 ывгонокомплектах и его износостойкость составляет 1609000 км.

Отличия в конструкции клиньев

Если сравнивать конструктивные особенности клина типовой тележки, которая применяется на железных дорогах, и тележки модели 18-9817, то клин представленной тележки также имеет приимущества, а именно:

1) Наклонные контактные поверхности клина установленного на тележке модели 18-9817 разнесены и имеют сложный угол контакта с криволинейной поверхностью, что улучшает работу фрикционного клина при гашении поперечных колебаний, улучшает связанность боковой рамы с надрессорной балкой и уменьшает износ трущихся поверхностей.

Клин типовой тележки имеет плоскою наклонную контактную поверхность меньшей ширины, что приводит к увеличенным нагрузкам на кромки вертикальной рабочей поверхности клина при забегании боковин и угловых нагрузках. Это приводит к перекосу клина, интенсивному износу трущихся поверхностей, что в свою очередь приводит к потере сязанности боковой рамы с надрессорной балкой и ухудшает динамическую нагруженность тележки.