Брусковые рамы

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Толщина брусковых рам, как указано раньше, делается в три-четыре раза большей чем листовых. Наименьшую толщину имеют брусковые рамы паровозов сер. «Е»-114 мм; паровозы сер. «ФД» и «ИС» имеют раму толщиной 125 мм, паровозы сер. «ТА», «ТБ»-140 мм; у крупнейших американских паровозов брусковые рамы имеют толщину до 156 мм.

Что касается в ы с о т ы брусковой рамы, т. е. ширины одного полотна, то последняя делается значительно меньшей чем у листовых рам. Здесь большая толщина рамы позволяет уменьшить ее высоту. Прочность брусковой рамы больше чем листовой уже потому, что имеется возможность очень надежной постановки струнок: рама и струнки в действительных условиях работают как цельная монолитная ферма примерно одной и той же высоты на всем протяжении наиболее нагруженных ее участков. Наиболее слабое место листовых рам-сечение по буксовому вырезу; струнки, как указано выше, не являются вполне надежным элементом, увеличивающим прочность этого слабого места.

При брусковых рамах струнки полностью включаются в работу.

Но, с другой стороны, недостаточно развитая высота брусковой рамы влечет за собою несколько меньшую жесткость ее в вертикальной плоскости. Поэтому при брусковых рамах необходимым является целый ряд промежуточных опор котла, позволяющих включать в систему рамы и паровой котел. Остовом всего паровоза здесь будет являться не изолированная от котла рама, а рама вместе с котлом. Итак, котел в этом случае рассматривается как балка, усиливающая раму. Жесткость этой балки чрезвычайно велика, так как котел представляет собой чрезвычайно мощную трубчатую балку. Если рассчитать котел как балку на изгиб, то напряжения в заклепках верхних и нижних участков (т. е. наиболее нагруженных) поперечных швов барабанов будут совершенно незначительными.

Полотнища брусковых рам требуют значительно большей станочной обработки контура на долбежно-фрезерном станке. Вместо шести-восьми штук листовых рам обрабатывается только пара рамных полотен брускового типа. Обрабатываться должны и боковые плоскости брусковых рам. Обычно на продольно-строгальном станке укладываются рядом два полотна рамы, и двумя суппортами производится строжка боковых плоскостей обеих полотен. Плоскости рам должны обрабатываться для получения совершенно правильной плоской боковой поверхности. Иначе сборка креплений будет затруднительной и, главное, ненадежной. Если листовые рамы имеют незначительную собственную жесткость в горизонтальном направлении и без перегрузки рамных болтов притягиваются к фланцам любого скрепления,-большая жесткость брусковых рам уже при незначительной неточности обработки скреплений (более широкие или, наоборот, узкие скрепления) не позволит собрать такой рамы без большой перегрузки рамных болтов. С другой стороны,-и это главное,-по мере увеличения толщины увеличиваются трудности проката плиты вообще и в особенности с соблюдением толщины, одинаковой по всей длине рамы. Строжка же боковых плоскостей позволяет получить очень надежную в работе паровоза раму, так как строганые фланцы скреплений приваливаются к строганой же поверхности рамы.

Снаружи рама также строгается; это делается как для контроля качества металла (отсутствие трещин, расслоений), так и для дальнейшего упрощения и улучшения качества сборки частей, примыкающих к раме снаружи-буксовых прокладок, цилиндров, различных кронштейнов и т. д.

Брусковая рама имеет целый ряд серьезных преимуществ перед листовой.

Во-первых, большая толщина рамы позволяет применить на паровозе блочные цилиндры со всеми их уже известными нам преимуществами перед старыми типами цилиндров. Это-важнейшее достоинство брусковых рам.

Во-вторых, большая жесткость брусковых рам в горизонтальной плоскости обусловливает возможность уменьшения количества междурамных скреплений: и кроме того облегчения их. Такое сокращение числа скреплений и кроме того упрощение их конструкции в основном компенсирует большее количество станочной обработки самих полотен рамы. Но качество (правильность и надежность) собранной брусковой рамы значительно выше, чем листовой, так как меньшее количество междурамных скреплений со значительно меньшим количеством болтовых соединений, тем более с пристрожкой соприкасающихся поверхностей, почти исключает случаи ослабление болтов в эксплуатации паровоза. Брусковая рама позволяет с успехом применить призонные конусные болты (конус 1/кю-1/ш>)> обеспечивающие полное и надежное прилегание всей своей конической (почти цилиндрической) поверхностью к стенкам длинного отверстия брусковой рамы и соединяемого с рамой фланца скрепления. Такие болты в листовых рамах все же имеют тенденцию к ослаблению, хотя ставятся на место тоже ударами молотка.

В-третьих, достоинством брусковой рамы является возможность обойтись без постановки буксовых направляющих, совершенно обязательных в листовых рамах. Большая толщина брусковых рам сама по себе является достаточно хорошим направлением для букс.

В-четвертых, брусковая рама позволяет расположить буксы и все рессорное подвешивание, включая сюда и рессоры и балансиры, в плоскости самой рамы. Симметричное расположение рессорного подвешивания устраняет перекручивающие усилия в раме, возникающие при внецентренной нагрузке листовых рам, и кроме того позволяет обойтись без многочисленных кронштейнов балансиров и направляющих подвесок, всегда неизбежных при подвешивании паровозов с тонкими листовыми рамами.

В-пятых, большая толщина брусковой рамы позволяет получить очень прочное и надежное соединение нижних шипов рамы со струнками, настолько надежное, что, рассматривая прочность собранной рамы, мы считаем полотна рамы и струнки как монолитное целое.

Что касается материала брусковой рамы, то, в зависимости от способа ее изготовления, применяются или ст.-5пов. (прокатная плита), или стальное литье, лучше легированное.

Выбор такой крепкой стали, какой является ст.-5, возможен потому, что в брусковой раме мы имеем или растянутые, или сжатые бруски, при чем и по абсолютной величине большой разницы в напряжениях различных мест одного и того сечения нет (фиг. 387). Это обстоятельство позволяет назначить более твердую, т. е. и более хрупкую, сталь, все же не опасаясь появления в ней трещин.

Литые рамы имеют присадок ванадия (США), повышающий в основном временное сопротивление металла и частично его удлинение, т. е. улучшающий качество стали. Ванадиевое литье равноценно по прочности примерно прокатной стали марки ст.-5. В исключительных случаях, конечно, можно применить и обычное углеродистое литье (ст. л.-1), как это сделано было Ворошиловград-ским заводом при отливке рамы одного паровоза но этот материал, конечно, не может считаться вполне подходящим для таких огромных и тяжело нагруженных деталей; обычное стальное литье имеет и недостаточную плотность материала, тем более, что в нем могут быть и внутренние пороки, не вскрытые при станочной обработке.

В дальнейшем, по освоении крупного легированного литья, у нас также должны будут применяться литые полотна брусковых рам.

Если конструкции листовых рам у всех паровозов примерно однотипны между собой и различаются лишь отдельными деталями, их количеством или расположением, то это положение тем более применимо к брусковым рамам. Здесь имеется значительное сходство между рамами отдельных паровозов. Длительная эволюция таких рам в США обусловила выработку наиболее рациональных и как бы нормальных типов как самих рам, так и их немногочисленных скреплений.

Форма брусковой рамы элементарно проста; на фиг. 390 показана брусковая литая рама крупного американского паровоза типа 1-5-1. ч

На фиг. 391 показан чертеж такого же полотна брусковой рамы в применении к паровозу сер. «ФД». Заметим, что по этому чертежу в мастерской изготовляется тонкий железный шаблон рамы; накладывая его на массивные прокатные плиты, ведут обработку последних. Иногда шаблоном служит первый вырезанный по разметке рамный лист. Поэтому на заводах часто называют и самое полотно «шаблоном», что, конечно, не вполне правильно.

По поводу фиг. 391 нужно отметить, что аналогичные очертания имеют брусковые рамы и мощных паровозов сер. «ИС», «ТА», «ТБ» и других. Существенные различия могут быть только по толщине рамы, в количестве буксовых вырезов и в расстоянии между ними в зависимости от числа и диаметра движущих колес.

Брусковая рама заканчивается сзади последнего буксового выреза коротким выступом; далее рама должна быть нарощена отдельным хвостовиком, при чем этот хвостовик врезается в толщу выступа брусковой рамы и закрепляется рядом крупных болтов (диаметром 32-36 мм; у «ФД» и «ИС»-33 мм).

4. Брусковые рамы
Фиг. 390;

Наличие хвостовика позволяет на 3-5 м укоротить самую брусковую раму. Наращивание вполне возможно потому, что хвостовые участки паровозной рамы, т. е. расположенные за пределами движущих колесных пар, при работе паровоза нагружаются относительно небольшими усилиями. Между тем при изготовлении брусковой рамы (отливка или прокатка) наибольшие затруднения возникают именно из-за большой длины плиты. Каждый лишний дециметр оказывается весьма нежелательным как для манипулирования рамой при прокатке (ограничивается иногда и по рольгангам прокатных станов), так и при заливке и охлаждении литой рамы из-за большой усадки стального литья. Последняя, как известно, доходит до 2% и уже при длине рамы в 11-12 м дает линейную усадку до 220-240 мм.

На фиг. 392 показан общий вид собранной брусковой рамы паровоза сер. «ФД». Рассматривая этот чертеж, мы прежде всего замечаем, что здесь, кроме самой рамы и междурамных скреплений, показаны также и рессорное подвешивание, тормозная передача, нанесены оси и буксы колесных пар, а также и расположение тележек.

Как видно из фиг. 392, у рамы паровоза сер. «ФД» междурамных скреплений меньше, чем у паровоза сер. «Эм», хотя размеры рамы и мощность паровоза сер. «ФД» гораздо больше чем паровоза сер. «Эм». Кроме того, большая часть имеющихся креплений несет и другие нагрузки, подчас настолько ответственные, что можно считать основной целью постановки этих деталей именно эти нагрузки, а роль собственно междурамного скрепления отходит как бы на второй план.

Рассмотрим все скрепления рамы паровоза сер. «ФД» и выявим их дополнительные назначения. Прежде всего укажем, что соединение всех ответствен-

4. Брусковые рамы
Фиг. 392.
4. Брусковые рамы4. Брусковые рамы

18297

ных деталей с рамой должно быть очень надежным. Болты (ст.-5) должны быть призонные, с коничностью 1Доо-7150- От руки болт вставляется на место так, чтобы он заклинивался при головке болта, не доходящей примерно на 20 мм до плоскости рамы. «Доводится» болт ударами воздушного молотка. Дыра развертывается тоже на конус,-а таким образом имеется полная уверенность в том, что вся поверхность болта плотно прилегает к стенкам отверстия соединяемых деталей.

В самой передней части рамы располагается буферный брус А, представляющий собой массивную стальную отливку, снабженную задвигающейся в междурамный промежуток плитой. В этой последней расточено отверстие для стакана балансира рессорного подвешивания передней тележки. О последнем речь будет ниже. Сейчас только подчеркнем, что стакан имеет свободнные вертикальные перемещения, и рассматриваемая отливка отнюдь не передает нагрузки на тележку. Вообще передняя консоль рамы свободна от передачи давления на тележку. Сверху буферный брус снабжен двумя массивными наклонными лапами, соединяющими брус с дымовой коробкой (см. общий вид паровоза сер. «ФД», фиг. 7). Назначение этих лап-передать котлу часть изгибающих раму усилий при подъемке паровоза на домкратах, один из которых подводится под буферный брус. Вначале диаметр лап делали 50 мм, теперь пришлось увеличить до 65 мм.

Затем солидным междурамным скреплением являются блочные паровые цилиндры Б, показанные на чертеже по контуру привалочной плиты.

Между цилиндрами и первой сцепной осью располагается первое собственно междурамное скрепление В, ясно показанное на фиг. 392. Это вертикальное скрепление необходимо, во-первых, для фиксирования нужного расстояния между рамами в их наиболее напряженной части-между цилиндрами и группой движущих осей, и, во-вторых, для создания нужной общей жесткости рамы; последнее соображение заставляет у рассматриваемого скрепления предусмотреть и развить горизонтальные полки как сверху, так и снизу. Рассматриваемое скрепление чрезвычайно характерно для всех вообще брусковых рам: кроме основного назначения это скрепление является опорой для шкворня передней тележки, и кроме того-опорой для тормозного вала.

Над первой сцепной колесной парой, а также и над пятой, сделанными у паровоза сер. «ФД» подвижными, расположены возвращающие пружинные устройства, о чем речь будет дальше. Здесь мы упоминаем об этих устройствах потому, что основная плита прибора Р является одновременно и легким междурамным скреплением. Наличие этого скрепления позволило укрепить к нему передний конец плиты, расположенной в средней вертикальной плоскости рамы и служащей для установки на ней тормозных цилиндров. Последние видны на верхней основной проекции рамы. Задний конец этой плиты крепится к параллельной рамке.

В нижней части рамы непосредственно сзади первой сцепной оси размещено легкое междурамное скрепление Г-первое, не имеющее дополнительных назначений.

Вообще междурамные скрепления должны всегда устанавливаться не только в верхней, но и непременно в нижней части рамы, непосредственно или перед движущей осью, или сзади нее. Эти крепления у букс необходимы не только для фиксирования нужного расстояния между рамами, но, главное, для того, чтобы распределить боковые усилия колесных пар на оба полотна брусковой рамы. Лишь у выреза для передней сцепной оси установлены два скрепления-с обеих сторон оси. Участок рамы здесь наиболее нагружен растягивающими и с ж и-мающими усилиями, и жесткость ее должна быть обеспечена междурамными скреплениями.

Рассматривая чертеж рамы, мы видим, что междурамные скрепления как раз и устанавливаются сзади каждой движущей оси: вертикальные скрепления установлены сзади второй-Е, третьей-И и четвертой-Л осей.

Между каждой парой смежных движущих осей в верхней части рамы устанавливаются междурамные скрепления Ж. К и Т, служащие балками под гибкие промежуточные опоры котла. Заметим, что верхнее скрепление Д между пер вой и второй сцепными осями представляет собой уже известную нам параллельную раму, несущую на себе целый ряд нагрузок.

Ведущая колесная пара работает в несколько более тяжелых условиях чем другие движущие, и для обеспечения раме дополнительной жесткости перед соответствующим (третьим у паровоза сер. «ФД») вырезом устанавливается простая кованая скоба 3, выполняющая роль дополнительного междурамного скрепления. Такая же скоба М, как видно, установлена и перед пятой сцепной осью, которая у паровоза сер. «ФД», как уже упомянуто, имеет поперечные перемещения и возвращающий прибор.

Задним скреплением собственно брусковой рамы является снова комбинированная деталь, наряду с основным назначением являющаяся и передним скреплением хвостовика, балкой передней опоры топки и опорой для шкворня задней тележки. Целый ряд побочных назначений объясняется тем, что в этом месте заканчивается собственно брусковая рама, и этим узлом необходимо воспользоваться в полной мере для крепления частей паровоза, которые должны иметь надежное соединение с основной рамой; такими частями и являются: топка, задняя тележка, хвостовик. Наряду с наиболее ответственным узлом рамы-передним цилиндровым-рассматриваемый узел деталей имеет также важнейшее значение в деле обеспечения надежной и безаварийной работы паровоза.

Теперь скажем несколько слов о буксовых струнках брусковых рам. В отличие от струнок листовых рам, крепящихся к шипам рам сбоку, струнки брусковых рам приваливаются снизу, как показано на фиг. 392. Толщина струнки делается обычно равной толщине самой рамы.

Таким образом струнка располагается в плоскости самой рамы и работает в наиболее благоприятных условиях.

Развитые поверхности, по которым соприкасаются струнки с шипами рамы, вместе с клиновидной формой шипов рамы обеспечивают очень надежную постановку струнок. Пригонка струнок представляет здесь еще более ответственную операцию чем струнок для листовых рам, так как «под краску» здесь пригоняются четыре развитых поверхности, расположенных в разных плоскостях.

Материал струнок-или ст.-5 при прокатных рамах, или ст. л.-1 при литых рамах. Заметим, что при прокатных рамах струнки вырезаются горелкой из отходов рамной плиты заготовки: заготовка дается прокатным заводом в виде широкой прямоугольной плиты, контур же рамы имеет длинную узкую консоль в передней части.

Между буксовыми вырезами у брусковой рамы, как это видно, из фиг. 391 и 392, сделаны большие окна-междуосевые вырезы. В то же самое время на верхний пояс рамы в этих местах (т. е. между буксовыми вырезами) ложатся опорные балки для гибких подбрюшников. Для создания наибольшей жесткости и укрепления верхнего пояса, обладающего относительно небольшим моментом сопротивления в вертикальной плоскости, этот пояс надо связать с нижним-вертикальным укреплением (фиг. 392). Некоторые из этих креплений служат опорами рессорных балансиров, для чего у них имеются скобы с опорными валиками. Материал крепления-ст. л.-1. Сквозь верхний вертикальный фланец крепления снаружи рамы и сквозь самую раму пропущен валик тормозной подвески (на фиг. 392. не показан). Валик оканчивается конусом (1 : 100) с нарезанным хвостовиком, снабженным гайкой. Всего таких креплений восемь, из них шесть-с валиками для балансиров.

⇐ | Листовые рамы || Конструкции паровозов || Хвостовик брусковых рам | ⇒