Kolej
Powrót
Zestawy kołowe
Węzły łożyskowe - prowadzenie zestawów kołowych:
Łożyska główne (maźnice), układy prowadzenia zestawów kołowych, oraz sprężyny I stopnia usprężynowania tworzą
tak zwane węzły łożyskowe, które odpowiadają za prawidłową współpracę zestawów kołowych
z torem oraz za przenoszenie sił trakcyjnych z zestawów kołowych na ramę wózka, a
w pojazdach ostojnicowych z zestawów kołowych bezpośrednio na na nadwozie.
W skład ułożyskowania zestawu kołowego wchodzą dwa węzły łożyskowe.
1) Łożyska główne - maźnice:
Maźnica zwana też łożyskiem głównym to element w którego skład wchodzą łożyska toczne (rzadziej ślizgowe) osadzone
na czopach łożyskowych osi oraz kadłub (korpus) maźnicy, w którym te łożyska są osadzone. Kształt
kadłuba maźnicy jest zależny oraz sposobu prowadzenia
zestawu kołowego względem ramy wózka, czy w pojazdach ostojnicowych względem ostoi pojazdu oraz
od typu zastosowanego usprężynowania I-ego stopnia.
Łożyska toczne to łożyska w których pomiędzy dwoma pierścieniami znajdują się elementy toczne w kształcie
kulek, walców lub baryłek.
Pierścień wewnętrzny osadzony jest na czopie łożyskowym osi, a pierścień zewnętrzny osadzony jest w kadłubie łożyska.
Pomiędzy pierścieniami mieszczą się wymienione wcześniej elementy toczne łożyska.
W taborze kolejowym stosuje się najczęściej łożyska toczne walcowe lub baryłkowe.
Cechą pierwszego typu łożysk jest ich rozłączność , czyli możliwość montażu i demontażu. Ich budowa zapewnia
też luz, dzięki któremu istnieje możliwość przesuwu poprzecznego zestawu kołowego względem
korpusów maźnic. W pojazdach przeznaczonych do dużych prędkości łożyska walcowe mogą być wspomagane
łożyskami kulowymi przeznaczonymi do przenoszenia wyłącznie obciążeń osiowych.
Łożyska baryłkowe natomiast nie są demontowalne i nie zapewniają luzu poprzecznego - przenoszą
obciążenia promieniowe i osiowe.
Łożyska ślizgowe są bardzo rzadko stosowane nowobudowanym w taborze kolejowym. Dawniej, w parowozach,
czy też wagonach stosowane były takie łożyska ze smarowaniem panewek z użyciem
knotów i poduszek smarowych. Omówione łożyska ślizgowe są wykorzystywane np. w zawieszeniu silnika trakcyjnego
na osi zestawu kołowego (zawieszenie "za nos" - system tramwajowy).
Kadłuby łożysk tocznych są to elementy wykonane jako odlewy staliwne, a ich kształt, jak było wspomniane, jest zależny
od zastosowanego w danym pojeździe rodzaju prowadzenia i usprężynowania zestawów kołowych.
Elementy te mają budowę niepodzielną. Wewnątrz cylindrycznej części kadłuba
osadzane są łożyska łożyska (zespoły łożysk), a przestrzenie wolne między częściami tocznymi łożysk
oraz wolną przestrzeń w kadłubie wypełnia
się smarem stałym lub ciekłym (przy prędkościach pow. 200km/h).
Od zewnątrz kadłuby łożysk osłania się uszczelnionymi pokrywami, które zabezpieczają przed przedostawaniem się
zanieczyszczeń do łożyska oraz przed wypływaniem smaru z łożyska na zewnątrz.
Ilość smaru musi być szczegółowo dobrana - zbyt duża jego ilość prowadzi do przegrzewania się łożysk.
Smar musi być też w odpowiednich odstępach czasu uzupełniany i wymieniany.
Czop łożyskowy osi z łożyskiem tocznym (opis na pow.)
Dwa łożyska toczne na czopie osi
Łożyska toczne w kadłubie maźnicy - zdjęta pokrywa (opis na pow.)
Maźnica - kompletne łożysko główne (opis na pow.)
Do kadłubów maźnic mogą być mocowane również elementy służące do pomiaru prędkości, czy też szczotki osiowe realizujące
uszynienienie taboru i przekazywanie prądów powrotnych elektrycznych pojazdów trakcyjnych do szyn.
Szczotki osiowe FROST na maźnicy
Czujnik prędkości ATM na maźnicy
2) Układy prowadzenia zestawów kołowych:
a) prowadzenie sztywne
Pierwszym opracowanym na początku istnienia kolei sposobem było sztywne prowadzenie
zestawów kołowych do ramy w wyniku czego nie były one usprężynowane. W wyniku tego oddziaływanie dynamiczne
koła jezdnego na szynę w takim rozwiązaniu jest przenoszone bezpośrednio na ramę wózka. Duża jest więc
też masa niesprężynowana. Maksymalna prędkość eksploatacyjna w omówionym rozwiązaniu nie może przekraczać 100km/h
i im jest mniejsza tym lepiej dla żywotności szyn.
Sztywne zawieszenie zestawów kołowych można czasem spotkać w wagonach towarowych, platformach w Polsce, częściej w Rosji i USA.
Prowadzenie SZTYWNE - schemat
b) prowadzenie widłowe
Kolejnym historycznie rozwiązaniem było zastosowanie systemu widłowego prowadzenia zestawów kołowych
za pośrednictwem tak zwanych wideł maźniczych.
Kadłub maźnicy posiada pionowe ścianki ze ślizgami (najczęściej miedzianymi). Ślizgi te te współpracują
z wykładzinami wideł maźniczych ramy, które wykonane są ze stali.
Prowadzenie widłowe może być, jednostronne, dwustronne lub kątowe.
Prowadzenie WIDŁOWE - schemat
Powyższy układ prowadzenia jest bardzo prosty w budowie. Największą jego wadą jest występujące mimo smarowania,
zużycie ścierne współpracujących ze sobą elementów przez co pogorszone zostają własności biegowe pojazdu.
Prowadzenie widłowe - ET21 (opis na powiększeniu)
Prowadzenie widłowe - EN57 (opis na powiększeniu)
Prowadzenie widłowe - wagon towarowy (opis na powiększeniu)
c) prowadzenie kolumnowe
Kolejnym systemem prowadzenia zestawów kołowych jest prowadzenie kolumnowe polegające na zastosowaniu
sprężyn stalowych w których znajdują się kolumny prowadzące.
Sprężyny i kolumny wsparte są w cylindrycznych gniazdach kadłuba maźnicy,
a na ich drugim końcu oparta jest podłużnica ramy wózka (belka ostojnicowa).
System ten daje dużą sztywność w płaszczyźnie poziomej, a zużycie cierne elementów prowadzenia jest niewielkie.
Omawiane rozwiązanie można
spotkać miedzy innymi w wagonach pasażerskich oraz superszybkich składach TGV.
W składach ICE 2 kolei DB zastosowano prowadzenie kolumnowe zestawów kołowych z hydrauliczną regulacją
sztywności więzu łożyskowego w zależności od prędkości jazdy - im wyższa prędkość tym sztywniejsze prowadzenie (system RHC).
Prowadzenie KOLUMNOWE - schemat
Prowadzenie kolumnowe - wagon pasażerski (opis na pow.)
Prowadzenie kolumnowe - EZT Siemens RABe (opis na pow.)
d) prowadzenie sprężyste-cięgnowe (taśmowe)
Prowadzenie sprężyste cięgnowe zwane też prowadzeniem taśmowym to przykład w którym sprężyste prowadzenie realizowane jest w płaszczyźnie
poziomej, a płaskie cięgna cięgna sprężyste występują w układzie jedno lub dwustronnym. W prowadzeniu tym nie występuje
zużycie ścierne.
Omówione rozwiązanie występuje głównie w wózkach tocznych, gdyż zastosowane cięgna nie są przystosowane
do przenoszenia dużych sił pociągowych i hamulcowych, jakie występują w pojazdach trakcyjnych.
Wyjątek stanowią lekkie pojazdy trakcyjne, gdzie siły pociągowe są nieduże.
Prowadzenie SPRĘŻYSTE CIĘGNOWE (taśmowe) - schemat
Prowadzenie sprężyste cięgnowe - SA110 (opis na pow.)
e) prowadzenie wahaczowe
Kolejnym przykładem prowadzenia, w którym nie występuje zużycie ścierne jest prowadzenie wahaczowe.
Ramię wahacza może być odlane ze staliwa wraz z cylindryczną częścią kadłuba maźnicy lub do niej przyspawane.
Zastosowane w tym rozwiązaniu przeguby gumowo-metalowe powodują sprężyste prowadzenie w płaszczyźnie poziomej.
Wahacz stanowi jednocześnie
prowadzenie w kierunku poprzecznym.
Prowadzenie WAHACZOWE PROSTE - schemat
Prowadzenie wahaczowe proste - lok. GANZ V46 (opis na pow.)
Rzadko stosowaną odmianą prowadzenia wahaczowego jest prowadzenie wahaczowe kątowe, które można spotkać
na przykład w wagonach restauracyjnych, czy też w wózkach napędnych zespołów trakcyjnych (nie występuje w lokomotywach).
W związku z tym, że wagony barowe są cięższe od typowych pasażerskich zastosowanie w nich
zawieszenia wahaczowego prostego spowodowałoby obniżenie poziomu linii zderzaków, gdyż sprężyna jest za krótka
by "unieść" cięższy wagon do poziomu typowego wagonu pasażerskiego, a zastosowanie dłuższej sprężyny znów zbyt znacznie wzniosłoby wagon wzwyż.
Z tego też powodu obrócono sprężynę o 90 stopni i uzyskano tą samą wysokość wagonu i odpowiednio dłuższą
sprężynę. Na długość nie ma większych ograniczeń jeżeli chodzi o wymiar sprężyny,
natomiast na wysokość są.
Wahaczowe kątowe prowadzenie zestawów kołowych korzystnie przenosi siły dynamiczne na ramę wózka.
Prowadzenie WAHACZOWE KĄTOWE - schemat
Prowadzenie wahaczowe kątowe - SA110 (opis na pow.)
f) prowadzenie cięgnowe
Prowadzenie cięgnowe to typ prowadzenia
wykorzystywany głównie w lokomotywach, umożliwiający przenoszenie dużych sił pociągowych.
Stosuje się układy jednocięgnowe oraz dwucięgnowe (lemniskatowe) typu Alsthom.
Cięgna zwane też prowadnikami łączące kadłuby maźnic z ramą wózka zakończone są łbami okrągłymi. Łby te
wyposażone w tuleje metalowo-gumowe są osadzone na sworzniach, które łączą je ze wspornikami ramy wózka i kadłuba maźnicy.
Tuleje metalowo - gumowe w łbach prowadników oraz pierścienie metalowo-gumowe znajdujące się po zewnętrznych
stronach łbów prowadników, zapewniają odpowiednią podatność poprzeczną.
Prowadzenie JEDNOCIĘGNOWE - schemat
Prowadzenie jednocięgnowe - E6ACT (opis na pow.)
Prowadzenie jednocięgnowe - CZ LOKO 719 (opis na pow.)
Prowadzenie DWUCIĘGNOWE (lemniskatowe) typu ALSTHOM - schemat
Prowadzenie dwucięgnowe - ET22 (opis na pow.)
Prowadzenie dwucięgnowe - ALSTOM Prima II (opis na pow.)
g) prowadzeniegumowe klinowe
Jednym z najnowocześniejszych rozwiązań stosowanych zarówno w taborze kolejowym jaki tramwajowym
jest prowadzenie gumowe klinowe, które
zapewnia prawidłowe prowadzenie w płaszczyźnie bez dodatkowych elementów konstrukcyjnych. Dodatkowo konstrukcja
sprężyny metalowo-gumowej klinowej (wkładki amortyzacyjnej) umożliwia dobór sztywności w trzech kierunkach,
a podczas eksploatacji
nie wymaga obsługi.
W tym rozwiązaniu najczęściej wystarczające jest tłumienie własne (wewnętrzne) - nie ma konieczności stosowania tłumików hydraulicznych.
Prowadzenie GUMOWE KLINOWE - schemat
Prowadzenie gumowe klinowe - ED74 (opis na pow.)
Prowadzenie gumowe klinowe - SA106 (opis na pow.)
Prowadzenie gumowe klinowe - lokomotywa ALSTOM 203
Sposoby usprężynowania zestawów kołowych opisałem w dziale "Rodzaje podwozi i wózki".