Пружні елементи. Пружини
Колісні пари вагонів пов'язані з рамою візка і кузовом вагона через систему пружних елементів і гасителів коливань, звану ресорним підвішуванням. Ресорне підвішування за рахунок пружних елементів забезпечує пом'якшення поштовхів і ударів, що передаються колесами кузову, а також за рахунок роботи гасителів, гасіння коливань, що виникають при русі вагона. Крім того (в деяких випадках), ресори і пружини передають напрямні зусилля з боку коліс на раму візка вагона.
Коли колісна пара проходить якусь нерівність шляху (стики, хрестовини і т. П.), Виникають динамічні навантаження, в тому числі ударні. Появі динамічних навантажень сприяють також дефекти колісної пари - місцеві пороки поверхонь катання, ексцентричність посадки колеса на вісь, неврівноваженість колісної пари і ін. При відсутності ресорного підвішування кузов жорстко сприймав би все динамічні дії і відчував великі прискорення.
Пружні елементи, розташовані між колісними парами і кузовом, під впливом динамічної сили з боку колісної пари деформуються і здійснюють коливальні рухи разом з кузовом, причому період таких коливань у багато разів більше, ніж період зміни вимушених коливань. Внаслідок цього зменшуються прискорення і сили, які сприймаються кузовом.
Пом'якшувальну дію ресорного підвішування при передачі кузову поштовхів розглянемо на прикладі руху вагона по рейковому шляху. При коченні колеса вагона по рейковому шляху через нерівності рейки і дефектів поверхні кочення колеса кузов вагона, при безрессорном з'єднанні його з колісними парами буде копіювати траєкторію руху колеса (ріс.а). Траєкторія руху кузова вагона (лінія а1-в1-з1) збігається з нерівністю шляху (лінія а-в-с). При наявності ресорного підвішування вертикальні поштовхи (ріс.б) передаються кузову через пружні елементи, які, пом'якшуючи і частково поглинаючи поштовхи, забезпечують більш спокійний і плавний хід вагона, оберігають рухомий склад і шлях від передчасного зносу і пошкоджень. Траєкторію руху кузова при цьому можна зобразити лінією а1-В2-с2, яка має більш пологий вигляд у порівнянні з лінією а в с. Як видно з рис. б, період коливань кузова на ресорах у багато разів більше, ніж період зміни вимушених коливань. Внаслідок цього зменшуються прискорення і сили, які сприймаються кузовом.
Пружини
Пружини широко застосовуються в вагонобудуванні, в візках вантажних і пасажирських вагонів, в ударно-тягових приладах. Розрізняють пружини гвинтові і спіральні. Гвинтові пружини виготовляють завивкою з прутків стали круглого, квадратного або прямокутного перерізу. За формою гвинтові пружини бувають циліндричні і конічні.
Різновиди гвинтових пружин
а - циліндричні з прямокутним перетином прутка; б - циліндричні з круглим перетином прутка; в - конічні з круглим перетином прутка; г - конічні з прямокутним перетином прутка
У ресорному підвішування сучасних вагонів найбільшого поширення набули циліндричні пружини. Вони прості у виготовленні, надійні в роботі і добре амортизують вертикальні і горизонтальні поштовхи і удари. Однак вони не можуть гасити коливання обрессоренних мас вагона і тому застосовуються тільки в поєднанні з гасителями коливань.
Пружини виготовляють відповідно до ГОСТ 14959. Опорні поверхні пружин роблять плоскими і перпендикулярними до осі. Для цього кінці заготовки пружини відтягуються на 1/3 довжини окружності витка. В результаті цього досягається плавний перехід від круглого до прямокутного перетину. Висота відтягнутого кінця пружини повинна бути не більше 1/3 діаметра прутка d, а ширина - не менше 0,7d.
Характеристиками циліндричної пружини є: діаметр прутка d, середній діаметр пружини Д висота пружини у вільному Нсв і стислому НЖУ станах, число робочих витків nр і індекс т. Індексом пружини називається відношення середнього діаметра пружини до діаметру прутка, тобто т = D / d.
Матеріал для пружин і ресор
Матеріал для ресор і пружин повинен володіти високою статичної, динамічної, ударною міцністю, достатньою пластичністю і зберігати свою пружність протягом усього терміну служби ресори або пружини. Всі ці властивості матеріалу залежать від його хімічного складу, структури, термічної обробки та стану поверхні пружного елемента. Ресори і пружини для вагонів виготовляються зі сталі 55С2, 55С2А, 60С2, 60С2А (ГОСТ 14959-79). Хімічний склад сталей в процентах: С = 0,52 - 0,65; Mn = 0,6 - 0,9; Si = 1,5 - 2,0; S, P, Ni не більше 0,04 кожного; Cr не більше 0,03. Механічні властивості термічно оброблених сталей 55С2 і 60С2: межа міцності 1 300 МПа при відносному подовженні 6 і 5% і звуження площі перетину 30 і 25%, відповідно.
При виготовленні пружини і амортизатори піддаються термічній обробці - гартуванню та відпуску.
Міцність і зносостійкість ресор і пружин в більшій мірі залежить від стану поверхні металу. Всякі пошкодження поверхні (дрібні тріщини, полон, заходи, вм'ятини, ризики і тому подібні дефекти) сприяють концентрації напружень при навантаженнях і різко знижують межа витривалості матеріалу. Для поверхневого зміцнення на заводах застосовують дробеструйную обробку ресорних листів і пружин.
Суть цього способу полягає в тому, що пружні елементи піддають дії потоку металевої дробу діаметром 0,6-1 мм, що викидається з великою швидкістю 60-80 м / с на поверхню листа ресори або пружину. Швидкість польоту дробу підбирається такий, щоб в місці удару створювалося напруга вище межі пружності, а це викликає в поверхневому шарі металу пластичну деформацію (наклеп), що в кінцевому підсумку зміцнює поверхневий шар пружного елемента.
Крім дрібоструминного обробки, для зміцнення пружин можуть застосовувати заневоліваніе, що полягає в дотриманні пружин в деформованому стані певний час. Пружина завивається таким чином, що відстані між витками в вільному стані робляться на деяку величину більше, ніж за кресленням. Після термічної обробки пружину знімають до зіткнення витків і витримують в такому стані від 20 до 48 годин, потім її розігрівають. При стисненні в зовнішній зоні поперечного перерізу прутка створюються залишкові напруги зворотного знака, внаслідок чого при її роботі справжні напруги виявляються менше, ніж вони були б без заневоліванія.
Дворядні пружини. Циліндричні пружини в залежності від навантаження, що сприймається ними, роблять однорядними або багаторядними. Багаторядні пружини складаються з двох, трьох і більше пружин, вкладених одна в іншу. В дворядних зовнішня пружина виготовляється з дроту більшого діаметру, але з малим числом витків, внутрішня - з прутка меншого діаметру і з великим числом витків. Для того щоб при стисканні витки внутрішньої пружини не затискалися між витками зовнішньої, обидві пружини завивають в різні боки. У багаторядних пружинах розміри прутків також зменшуються від зовнішньої пружини до внутрішньої, а число витків відповідно збільшується.
Багаторядні пружини дозволяють при тих же габаритах, що і у однорядною пружини, мати велику жорсткість. Широке застосування дворядні і трирядне пружини отримали в візках вантажних і пасажирських вагонів, а також поглинають апаратах автозчепних пристроїв. Силова характеристика багаторядних пружин є лінійної.
У деяких конструкціях дворядних пружин (наприклад, в візках 18-578, 18-194) зовнішні пружини ресорного комплекту вищі за внутрішні, завдяки чому жорсткість підвішування у порожнього вагону в 3 рази менше, ніж у навантаженого.
