После публикации сюжета «Колесная пара» и короткой дискуссии по нему на форуме сайта, внимательнее присмотрелся к ходовой части рудничных вагонеток. Оказалось, что в ходу самые разные конструкции и общепринятой их оценки нет. Нет даже общей терминологии. Так, производители зачастую называют колесной парой два колеса, установленные посредством подшипников на одной оси, то есть два колеса, вращающиеся независимо друг от друга. А в специальной литературе (и то не всегда) такая пара называется скатом, а составляющие её колеса полускатами. О недостатках такой «скатной» конструкции рассказано в упомянутом выше сюжете.
Здесь же речь пойдёт о способах соединения колесных пар или скатов с рамой вагонетки. С давних времен и до настоящего времени наиболее распространено их жесткое крепление (Рис. 1 и 2).
Рис.1 Старинная вагонетка с жестким креплением колесных пар
Рис. 2. Современная вагонетка с жестким креплением скатов
В теме «Механизмы линейного перемещения» обсуждения основной статьи на форуме сайта, в сообщении 3588 показано, что при жестком креплении ходовой части к жесткой раме 4-колесной тележки основная часть нагрузки всегда действует только на какие-то два колеса из четырёх:
https://pravmash.ru/forums/topic/mexanizmy-linejnogo-peremeshheniya/
Можно считать, что при движении по рельсовому пути такой тележки, изготовленной с нормальной точностью, каждое колесо с равной вероятностью может воспринимать как максимальную, так и нулевую нагрузку от веса самой тележки и от груза. При этом каждое колесо несёт половину веса тележки с грузом в течение четверти времени работы. Ещё столько же времени оно несёт половину веса пустой тележки. И половину времени работы колесо несёт нагрузку, близкую к нулю.
Достаточно поставить одну из колесных пар или скатов на балансир, соединенный с рамой, чтобы нагрузка всегда распределялась практически поровну между всеми четырьмя колесами. То есть на тележке с балансиром, каждое колесо половину срока службы несёт четверть веса тележки с грузом и ещё столько же времени несёт четверть веса пустой тележки.
Эквивалентная нагрузка на подшипники каждого колеса, определённая по известной методике с учетом типичной для рудничных вагонеток нагрузочной характеристики, отличается для этих двух вариантов примерно в 1,6 раза. Поскольку долговечность шариковых подшипников обратно пропорциональна кубу нагрузки, установка балансира повысит эту долговечность, при прочих равных условиях, примерно в четыре раза. А для роликовых подшипников увеличение составит около 4,8 раз.
Выгода применения такого просто устройства как балансир очевидна. Ведь при этом повышается долговечность не только подшипников, но и колес вагонетки, а также рельсового пути.
В некоторых вагонетках между опорами колесных пар или скатов устанавливаются резинометаллические амортизаторы. Это снижает динамические нагрузки на опорные подшипники, на колеса и на рельсовый путь и несколько улучшает распределение нагрузок между колесами. Но эта мера не может обеспечить равную нагрузку на все колеса.
С установкой простого балансира у вагонетки появляется недостаток – уменьшение боковой устойчивости из-за уменьшения размеров и формы опорного контура (треугольник вместо прямоугольника). Но этот недостаток легко устранить. Для этого достаточно ограничить угол поворота балансира. Он должен быть достаточным для равномерного распределения нагрузки на колеса при нормальном движении вагонетки. В то же время, два простых упора должны ограничивать поворот балансира, когда смещение центра тяжести вагонетки может привести к её опрокидыванию. То есть балансир должен обеспечивать перемещение колес по вертикали не более чем на 20 – 30 мм. Это достаточно для компенсации неточностей изготовления вагонетки и неровностей рельсового пути и обеспечивает практически такое же положение ребра опрокидывания, как и при жестком креплении колесных пар.
Таким образом, есть все основания рекомендовать производителям рудничных 4-колесных вагонеток жестко или посредством резинометаллических амортизаторов крепить к раме только одну колесную пару из двух, а вторую соединять с рамой посредством балансира.
В сети нашелся интересный документ Министерства угольной промышленности СССР «Методические рекомендации по разработке проекта перевода подвижного состава действующих шахт на секционные поезда ПС 3,5 и вагонетки ВДК 2.5», изданный в 1987 году.
Рис. 3 Схема секционного поезда
Три цитаты из документа:
«Секционный поезд (…..) состоит из секций, соединенных между собой шкворнями через упругую связь. Каждая секция имеет только одну колесную пару. Выпускаемые Дружковским машзаводом секционные поезда имеют двухосную тележку, на которую опирается головная секция. В настоящее время шахтами накоплен опыт замены тележки на вагонетку типа ВДК 2,5-900 (…..)».
«Основными преимуществами поезда ПСЗ,5-900 по сравнению с составом из отдельных вагонеток являются:
— высокая производительность локомотивной откатки за счет большей грузоподъемности, при одной и той же весовой норме поезда (низкий коэффициент тары) и увеличения оборачиваемости составов (эффективная разгрузка, устойчивость против схода с рельсов). Повышение грузоподъемности и оборачиваемости позволяют сократить количество единиц подвижного состава (вагонеток и электровозов). Конструктивные особенности секционного поезда — нерасцепляемость состава и высокая устойчивость против схода с рельсов повышают степень безопасности работ на транспорте».
«Секционный поезд ПСЗ,5-900 предназначен для транспортирования угля (горной массы) на магистральных откаточных выработках с колеей рельсового пути 900 мм и с минимальным радиусом закругления 12 м».
Видимо, при применении секционного поезда на путях с колеей 750 мм радиус закругления может быть ещё меньше.
У одноосных вагонеток, в отличие от большинства двухосных, всё в порядке с самоустанавливаемостью, — здесь нагрузка гарантированно распределяется поровну между колесами.
Судя по всему, замечательная инициатива по переводу действующих шахт на эффективный рудничный транспорт, затеянная на излёте СССР, так и не получила существенного развития. В сегодняшней номенклатуре упомянутого выше Дружковского машзавода (Украина) секционных поездов нет. Однако их выпускает Донецкий Экспериментальный Ремонтно-Механический завод: http://donerm.com.ua/poezda-sektsionnye.html
Других производителей такого подвижного состава в сети обнаружить не удалось.
19.12.21 Д.Д.