Вагонная ось это элемент колесной пары, на котором укрепляются колеса. Она представляет собой стальной брус круглого, переменного по длине поперечного сечения. Вагонные оси различаются: размерами основных элементов в зависимости от значения воспринимаемой нагрузки, формой шейки оси — для подшипников качения и подшипников скольжения, формой поперечного сечения — сплошные или полые.
Кроме этих признаков, определяющих конструкцию, оси классифицируются: по материалу, способу изготовления, способу торцового крепления подшипников качения — корончатой гайкой или шайбой.
У вагонной оси имеются две шейки , пред под ступичные 2 и под ступичные 3 части, а также средняя часть 4 оси.
Для снижения концентрации напряжений в местах изменения диаметров оси делают плавные переходы— галтели, выполненные определенным радиусом. Снижение концентрации напряжений, вызванных посадкой деталей подшипников качения, достигается разгружающей канавкой, расположенной у начала задней галтели шейки оси. Оси для подшипников скольжения по торцам имеют буртики М, препятствующие смещению подшипников вдоль оси наружу при движении вагона.
Для возможности восстановления геометрического центра оси и ограничения зоны постановки клейм и знаков на торцах осей колесных пар с подшипниками скольжения делаются контрольные окружности диаметром 100 мм в виде канавок с разбивкой на секторы. Оси для роликовых подшипников по концам шеек вместо буртиков имеют нарезную часть К для навинчивания корончатой гайки.
Кроме того, на каждом торце таких осей имеется паз с двумя отверстиями, в которых выполнена нарезка. Паз дает возможность поставить стопорную планку, которая крепится двумя болтами. В вагонных осях с креплением подшипников качения при помощи шайбы в торцах осей делаются отверстия с нарезкой Такое крепление может быть выполнено в двух вариантах: при помощи трех или четырех болтов.
В центре торцов всех типов вагонных осей сделаны отверстия для установки и закрепления оси или сформированной колесной пары при обработке на станках. Форма и размеры центровых отверстий установлены стандартом. Шейки вагонных осей выполняют цилиндрической формы для размещения на них подшипников. Пред под ступичные части оси — это переходные зоны от шеек к под ступичным частям. На пред под ступичных частях размещаются задние уплотнения буксовых узлов: уплотнительные шайбы при буксовых узлах с подшипниками скольжения, лабиринтные кольца при буксовых узлах с подшипниками качения. Средняя часть оси имеет конический переход от под ступичных частей. Оси колесных пар вагонов, оборудованных дисковыми тормозами, а также оси, на которых смонтирован привод под вагонного генератора, имеют посадочные поверхности для установки тормозных дисков или деталей редуктора.
Нестационарный режим нагружения при вращении колесной пары вызывает в оси знакопеременные напряжения с амплитудами изменяющейся величины, что требует применения специальных мер, повышающих предел выносливости осевой стали. К таким мерам относятся обточка средней части оси и упрочнение всей поверхности оси путем накатки роликами, а также контроль оси ультразвуком или другими методами дефектоскопии. Размеры и допускаемые нагрузки для стандартных осей вагонов широкой колеи, кроме вагонов электро- и дизель-поездов.
Уменьшение допускаемых нагрузок для осей пассажирских вагонов по сравнению с осями грузовых вагонов обосновано более высокими скоростями движения пассажирских поездов и повышенными требованиями безопасности движения. Диаметры шеек осей для подшипников качения меньше, чем оси III типа, так как при роликовых подшипниках не требуется резерва на возможные переточки оси в эксплуатации. Это обеспечивает снижение массы и стоимости буксового узла, а также уменьшение динамического воздействия вагона на путь.
Оси РУ1 и РУ1Ш, обследующиеся подшипниками с наружным диаметром 250 мм, имеют меньшие размеры шеек по сравнению с осью РУ, которая применяется для подшипников диаметром 280 мм.
Для грузовых вагонов с повышенными нагрузками от колесной пары на ось 245 кН разработана колесная пара с усиленной осью, у которой диаметр шейки оси 140 мм, средняя часть имеет цилиндрическую форму диаметром 172 мм, а под ступичной — 204 мм.
Параметры шероховатости после обработки для поверхностей оси установлены Государственным стандартом.
В качестве материала для изготовления вагонных осей применяется: для вагонов основных типов сталь ОсВ, для вагонов электропоездов — сталь ОсЛ. Гарантийный срок эксплуатации осей установлен 8,5 лет, а срок службы — 15 лет.
Химический состав: углерода 0,40—0,48; марганца 0,55—0,85; кремния 0,15—0,35; фосфора не более 0,04; серы не более 0,045; хрома не более 0,3; никеля не более 0,3; меди не более 0,25%.
Технологический процесс изготовления вагонной оси включает получение черновой заготовки, термическую обработку, правку, очистку от окалины, черновую и чистовую механическую обработку, приемку и клеймение.
Вагонные оси изготавливают поперечно-винтовой прокаткой и радиально-ротационным методом. Процесс поперечно-винтовой прокатки ведется на трехвалковом стане, валки которого расположены под углом 120° один к другому, что обеспечивает автоматическую деформацию заготовки по форме оси при помощи копировального устройства. При радиально-ротационном способе черновая ось зажимается в шпинделе машины, где ролики обеспечивают обжатие заготовки в соответствии с требуемыми размерами.
Изготовление вагонных осей методом поперечно-винтовой прокатки и радиально-ротационным методом дает возможность обеспечить высокую производительность и улучшить качество металла оси.
На шейке или средней части оси в горячем состоянии наносят знаки и клейма. После этого черновые оси термически обрабатывают (нормализация или нормализация с отпуском) с последующим процессом правки на прессах, штампах, либо под плитами, а затем очистки в дробеструйных конвейерных камерах.
Черновые оси проходят прием о даточные испытания от каждой партии одной плавки до 150 шт. При этом проверяют внешний вид, размеры каждой оси и проводят механические испытания образцов, вырезанных из оси, на удар и растяжение.
В процессе механической обработки вагонных осей на участках, оснащенных автоматическими линиями, обрезают два конца заготовки и зацентровывают их, затем выполняют черновую обработку оси, проточку шеек под резьбу M 10, фрезерование пазов под стопорную планку и сверловку отверстий под резьбу М 12.
Кроме этих признаков, определяющих конструкцию, оси классифицируются: по материалу, способу изготовления, способу торцового крепления подшипников качения — корончатой гайкой или шайбой.
У вагонной оси имеются две шейки , пред под ступичные 2 и под ступичные 3 части, а также средняя часть 4 оси.
Для возможности восстановления геометрического центра оси и ограничения зоны постановки клейм и знаков на торцах осей колесных пар с подшипниками скольжения делаются контрольные окружности диаметром 100 мм в виде канавок с разбивкой на секторы. Оси для роликовых подшипников по концам шеек вместо буртиков имеют нарезную часть К для навинчивания корончатой гайки.
Кроме того, на каждом торце таких осей имеется паз с двумя отверстиями, в которых выполнена нарезка. Паз дает возможность поставить стопорную планку, которая крепится двумя болтами. В вагонных осях с креплением подшипников качения при помощи шайбы в торцах осей делаются отверстия с нарезкой Такое крепление может быть выполнено в двух вариантах: при помощи трех или четырех болтов.
В центре торцов всех типов вагонных осей сделаны отверстия для установки и закрепления оси или сформированной колесной пары при обработке на станках. Форма и размеры центровых отверстий установлены стандартом. Шейки вагонных осей выполняют цилиндрической формы для размещения на них подшипников. Пред под ступичные части оси — это переходные зоны от шеек к под ступичным частям. На пред под ступичных частях размещаются задние уплотнения буксовых узлов: уплотнительные шайбы при буксовых узлах с подшипниками скольжения, лабиринтные кольца при буксовых узлах с подшипниками качения. Средняя часть оси имеет конический переход от под ступичных частей. Оси колесных пар вагонов, оборудованных дисковыми тормозами, а также оси, на которых смонтирован привод под вагонного генератора, имеют посадочные поверхности для установки тормозных дисков или деталей редуктора.
Нестационарный режим нагружения при вращении колесной пары вызывает в оси знакопеременные напряжения с амплитудами изменяющейся величины, что требует применения специальных мер, повышающих предел выносливости осевой стали. К таким мерам относятся обточка средней части оси и упрочнение всей поверхности оси путем накатки роликами, а также контроль оси ультразвуком или другими методами дефектоскопии. Размеры и допускаемые нагрузки для стандартных осей вагонов широкой колеи, кроме вагонов электро- и дизель-поездов.
Уменьшение допускаемых нагрузок для осей пассажирских вагонов по сравнению с осями грузовых вагонов обосновано более высокими скоростями движения пассажирских поездов и повышенными требованиями безопасности движения. Диаметры шеек осей для подшипников качения меньше, чем оси III типа, так как при роликовых подшипниках не требуется резерва на возможные переточки оси в эксплуатации. Это обеспечивает снижение массы и стоимости буксового узла, а также уменьшение динамического воздействия вагона на путь.
Оси РУ1 и РУ1Ш, обследующиеся подшипниками с наружным диаметром 250 мм, имеют меньшие размеры шеек по сравнению с осью РУ, которая применяется для подшипников диаметром 280 мм.
Для грузовых вагонов с повышенными нагрузками от колесной пары на ось 245 кН разработана колесная пара с усиленной осью, у которой диаметр шейки оси 140 мм, средняя часть имеет цилиндрическую форму диаметром 172 мм, а под ступичной — 204 мм.
Параметры шероховатости после обработки для поверхностей оси установлены Государственным стандартом.
В качестве материала для изготовления вагонных осей применяется: для вагонов основных типов сталь ОсВ, для вагонов электропоездов — сталь ОсЛ. Гарантийный срок эксплуатации осей установлен 8,5 лет, а срок службы — 15 лет.
Химический состав: углерода 0,40—0,48; марганца 0,55—0,85; кремния 0,15—0,35; фосфора не более 0,04; серы не более 0,045; хрома не более 0,3; никеля не более 0,3; меди не более 0,25%.
Технологический процесс изготовления вагонной оси включает получение черновой заготовки, термическую обработку, правку, очистку от окалины, черновую и чистовую механическую обработку, приемку и клеймение.
Вагонные оси изготавливают поперечно-винтовой прокаткой и радиально-ротационным методом. Процесс поперечно-винтовой прокатки ведется на трехвалковом стане, валки которого расположены под углом 120° один к другому, что обеспечивает автоматическую деформацию заготовки по форме оси при помощи копировального устройства. При радиально-ротационном способе черновая ось зажимается в шпинделе машины, где ролики обеспечивают обжатие заготовки в соответствии с требуемыми размерами.
Изготовление вагонных осей методом поперечно-винтовой прокатки и радиально-ротационным методом дает возможность обеспечить высокую производительность и улучшить качество металла оси.
На шейке или средней части оси в горячем состоянии наносят знаки и клейма. После этого черновые оси термически обрабатывают (нормализация или нормализация с отпуском) с последующим процессом правки на прессах, штампах, либо под плитами, а затем очистки в дробеструйных конвейерных камерах.
Черновые оси проходят прием о даточные испытания от каждой партии одной плавки до 150 шт. При этом проверяют внешний вид, размеры каждой оси и проводят механические испытания образцов, вырезанных из оси, на удар и растяжение.
В процессе механической обработки вагонных осей на участках, оснащенных автоматическими линиями, обрезают два конца заготовки и зацентровывают их, затем выполняют черновую обработку оси, проточку шеек под резьбу M 10, фрезерование пазов под стопорную планку и сверловку отверстий под резьбу М 12.
