Ситуация, сложившаяся в последние годы в малых железнодорожных хозяйствах — на узкоколейных рудничных путях, побуждает к тому, чтобы напомнить, что такое колесная пара и как она работает.

Это пара колес, насаженных на общую ось, жестко соединённых с ней и работающих вместе с осью как одно целое. Не уверен, но скорее всего, такой она была на железных дорогах ещё до появления локомотивов, то есть при конной или человеческой тяге.

Важнейшее свойство колёсной пары, это её способность направлять движение железнодорожного транспортного средства по рельсовым путям. Оно обеспечивается особым профилем поверхности катания колеса, контактирующего с выпуклой головкой рельса (Рис. 1).

Рис. 1. Классическая колёсная пара

Фокус в том, что профиль этот конусный и окружности катания имеют разный диаметр в разных точках по его ширине. Колёса пары имеют одинаковую угловую скорость (число оборотов в единицу времени), но в разных точках профиля линейная окружная скорость различна. То есть два колеса, контактирующие с рельсом в разных точках профиля, при равных угловых скоростях за каждый оборот проходят разные расстояния.

Когда пара находится посередине рельсовой колеи, всё в порядке – колеса контактируют с рельсами в точках с одинаковыми диаметрами окружности катания. Колёса пары не «борются» друг с другом, поскольку на каждом обороте они, имея равные окружные скорости, проходят равные расстояния. Представим, что колесная пара по рис. 1 немного смещена влево от оси рельсового пути. Тогда левое колесо будет контактировать с рельсом к точке с большим диаметром окружности катания, а правое – в точке меньшего диаметра. Вот тут и возникает «борьба» колес одной пары. Теперь, при равных угловых скоростях у них разные линейные окружные скорости. В этих условиях пара «стремится восстановить равновесие» и вернуться в среднее положение. Что и происходит в реальности.

Таким образом, при движении по прямой и по кривым большого радиуса колесная пара автоматически центрируется относительно рельсовой колеи и гребни её колёс не трутся о боковые поверхности рельсов, следовательно, не изнашиваются и не создают «лишнего» сопротивления качению. И только на кривых малого радиуса, например, на стрелочных переводах или под воздействием каких-либо случайных нагрузок пара смещается до контакта гребня одного из колёс с рельсом. Этим предотвращается сход колёс с рельсов.

В наше время всё чаще появляются рационализаторы, заменяющие колёсные пары на два колеса, соединяемые с общей осью не жестко, а посредством подшипников, то есть со свободой вращения относительно оси и относительно друг друга. До большой железной дороги дело не дошло, а вот на рудничных путях разворачивается всё шире. И это называется «Модернизация колёсной пары». Хотя это устройство так называть нельзя, поскольку оно лишено важнейшего для колесной пары свойства. И вообще, можно ли считать модернизацией возврат на многие века к конструктивной схеме обыкновенной телеги или арбы?

Примером может служить проект группы компаний КАНЕКС по модернизации вагонетки ВДР 5,3М, датируемый 2015 годом:      https://kanex.ru/proekty/modernizatsiya-vagonetki-vdr-5-3m-/

Вот картинка, взятая из проспекта фирмы, который можно скачать по ссылке https://my-files.su/0cops3

Рис. 2. Колёсный узел вагонетки по проекту КАНЕКС

К сожалению, более качественной картинки не нашлось. Третье колесо посередине оси к сюжету не относится и связано с системой разгрузки вагонеток.

Мой упрек авторам не в том, что они не знают правил черчения или пренебрегают ими. А в том, что буксовые подшипники колесной пары заменены на подшипники, встроенные в колеса.

Поскольку свойство самоцентрирования колесной пары относительно рельсовой колеи здесь утрачено, можно было бы пойти и дальше по пути «модернизации». Например, заменить сложный профиль поверхности катания на простой цилиндрический, так как конусный профиль здесь бесполезен.

Утверждаю, что заявленная в проекте цель «Повысить ресурс работы колесных пар» не будет достигнута. Вагонетка на таких колёсах будет постоянно рыскать на путях, гребни колёс будут тереться о рельсы и изнашиваться.

К тому же, трение гребней будет создавать дополнительное сопротивление качению, то есть лишнюю нагрузку на локомотив и повышенный расход топлива или электроэнергии.

Если приведенные здесь доводы не убедительны для авторов проекта, они могут проделать простейший опыт. Если ещё не успели заменить все старые вагонетки на «модернизированные», можно сделать следующее:

— Выбрать пару вагонеток – старую и новую, убедившись, что все подшипники в нормальном состоянии (все колёса свободно вращаются от руки).

— Вручную, поочередно прокатить обе пустые вагонетки на расстояние в несколько десятков метров на одном и том же участке пути.

— Сравнить полученные ощущения и определить какую вагонетку толкать существенно легче.

13.06.2021

Д.Д.