Ходовая часть электровозов разных серий различается прежде всего
числом колесных пар (числом осей). Первоначально отечественные
электровозостроительные заводы выпускали только шестиосные
магистральные электровозы, затем шести- и восьмиосные. В настоящее
время промышленность поставляет на железные дороги только мощные
восьмиосные электровозы переменного и постоянного тока. Для вождения
пассажирских поездов Советский Союз получает из Чехословакии шести-
и восьмиосные электровозы постоянного и переменного тока. В
эксплуатации находятся также четырехосные пассажирские электровозы,
построенные ранее в ЧССР.
Число колесных пар электровоза определяется силой тяги, которую он
должен развивать. Применение мощных двигателей, как известно, еще не
гарантирует реализацию большой силы тяги. Чтобы создать необходимую
силу тяги, следует обеспечить достаточное сцепление колес с
рельсами. Оно определяется нагрузкой, приходящейся от колес на
рельсы, но с увеличением нагрузки растет и сила, действующая на
рельсы, шпалы, земляное полотно. Для того чтобы путь выдерживал
большие усилия, приходится увеличивать сечение рельсов, а
следовательно, и их массу, чаще располагать шпалы, что связано с
большими капитальными затратами.
На железных дорогах СССР допускаются нагрузки от колеса локомотива
на рельс до 100-122 кН (10-12,2 тс). Обычно указывают нагрузку,
приходящуюся на рельсы от двух колес, т. е. нагрузку от колесной
пары, или так называемую нагрузку от оси на рельсы. У отечественных
электровозов разных серий она составляет от 185 до 245 кН (19-25
тс). У электровозов некоторых серий нагрузка от оси на рельсы вошла
составной частью в обозначение: например, ВЛ19, ВЛ22, ВЛ22М и ВЛ23.
Здесь цифры 19, 22, 23 соответствуют нагрузке от оси на рельсы в
тонна-силах. Эта нагрузка составляет 235 кН (24 тс) для электровозов
ВЛ80 всех серий, 221 кН (22,5 тс)-для ВЛ8, 226 кН (23 тс) - для ВЛ11
и 245 кН (25 тс) -для ВЛ10У. Применение тяжелых термически
обработанных рельсов, железобетонных шпал, бесстыкового пути
позволяет повысить нагрузки от осей на рельсы. Оптимальной считается
нагрузка 245 кН (25 тс). Такая нагрузка, позволяя повысить расчетную
силу тяги электровозов, не приводит к увеличению износа рельсов и
снижению надежности механической части локомотивов. В частности, до
оптимальной может быть доведена нагрузка от оси на рельс у
электровоза ВЛ11.
Повышать силу тяги локомотива можно также, увеличивая число колесных
пар. Но и здесь существуют определенные ограничения. Рельсовая
колея, если посмотреть на нее сверху, или, как говорят, <в плане>,
состоит из прямолинеиных отрезков, соединенных плавными кривыми.
Колесные пары локомотива могут свободно перемещаться в колее,
расположенной на кривом участке пути наименьшего допустимого
радиуса, т. е. вписываться в кривую лишь до определенного числа их в
одной тележке. Например, при некотором радиусе криволинейного
участка пути четыре колесные пары не вписываются в кривую (рис. 104,
а). Здесь колесные пары 2 и 3 не могут коснуться наружного рельса, а
гребни их бандажей набегают на внутренний рельс.
При прохождении электровоза по кривому участку пути колеса набегают
на рельс и давят на него. Реакция рельсов вызывает поворот
локомотива. В процессе поворота между бандажами колес и рельсами
возникают силы трения, которые вызывают дополнительное сопротивление
движению поезда в кривой. Боковое давление, создаваемое колесными
парами, вписывающимися в кривую, может оказаться столь большим, что
произойдет излом рельсов или нарушится их скрепление со шпалами.
Значение этого давления зависит от скорости электровоза, радиуса
кривой, нагрузки от оси на рельсы.
Для обеспечения безопасности движения боковое давление колесных пар
на рельсы необходимо по возможности более равномерно распределить
между всеми колесами электровоза. Равномерность его распределения
зависит от числа колесных пар в одной тележке локомотива, способа их
закрепления в раме.радиуса кривой и
дополнительного уширения рельсовой колеи. Если, например, обеспечить
возможность осям 2 и 3 перемещаться в поперечном направлении
относительно рамы (это перемещение называют поперечным разбегом
колесной пары), то в кривой все четыре колеса будут касаться
наружного рельса (рис. 104, б). Чем больше число колесных пар в
одной раме, тем труднее добиться соприкосновения их всех с наружным
рельсом в кривых участках пути. При наименьшем радиусе кривых пути,
принятом в СССР, в одной раме удается разместить не более четырех
движущих колесных пар.
Рис. 104. Расположение колесных пар в кривом
при жестком закреплении их в раме (а) и при поперечном разбеге (б)
Радиус кривых сказывается и на коэффициенте сцепления, так как в
кривых малого радиуса колеса одной и той же оси проходят разные
расстояния. В результате этого они проскальзывают и коэффициент
сцепления несколько снижается. Кроме того, сила тяги, развиваемая
колесной парой, и ее давление на рельсы в кривых изменяются. Это
учитывают, когда определяют расчетный коэффициент сцепления.
Увеличение сцепного веса при сохранении принятой нагрузки от оси на
рельсы было достигнуто в результате использования нескольких тележек
в одном локомотиве. Тележки могут быть сочленены (шарнирно связаны)
или не иметь сочленения. Шестиосные электровозы ВЛ19, ВЛ22М и ВЛ23
имеют по две сочлененные трехосные тележки (рис. 105, а); у
электровоза ВЛ8 четыре сочлененные двухосные тележки.
Сила тяги, развиваемая электровозами с сочлененными тележками,
передается составу через их рамы. Поэтому тележки получаются
тяжелыми и при больших скоростях движения оказывают сильное
воздействие на путь. Чтобы избежать этого, применяют свободные,
несочлененные тележки (рис. 105, б), например, на электровозах ВЛ60,
ВЛ80, ВЛ82, ВЛ10, ВЛ11 и всех электровозах серий ЧС. Отечественные
восьмиосные электровозы имеют унифицированные несочлененные тележки.
При несочлененных тележках сила тяги передается через раму кузова.
Благодаря этому сами тележки получаются более легкими и оказывают
меньшее воздействие на путь, однако усложняется соединение тележек с
рамой кузова.
На некоторых пассажирских электровозах в первый период
электровозостроения, как и у паровозов, устанавливали дополнительно
так называемые бегунковые колесные пары, не связанные с тяговыми
двигателями. Их монтировали в специальных одноосных или двухосных
бегунковых тележках. Объяснялось это следующим. Во-первых, тяговые
двигатели и электрические аппараты были громоздкими, тяжелыми. В
результате общий вес электровоза получался настолько большим, что
передать его только на движущие оси, не превышая максимальной
допустимой нагрузки, было невозможно. Этот избыточный вес и
передавали на бегунковые оси. Во-вторых, основываясь на опыте
эксплуатации паровозов, считали обязательным на электровозах,
рассчитанных на большие скорости движения, по концам устанавливать
бегунковые колеса для облегчения вписывания локомотива при входе его
в кривые участки пути. Первая причина отпала сама собой, а опыт
работы электровозов показал, что при движении их с большими
скоростями иметь бегунковые оси необязательно.
Число движущих и бегунковых колесных пар, их взаимное расположение в
тележках выражают в виде осевых формул, представляющих собой
сочетание цифр и условных знаков. Первая цифра осевой формулы -
число бегунковых осей с одной стороны электровоза. Далее ставится
дефис (-) и после него цифра, которая означает число движущих
колесных пар, находящихся в одной тележке. Если тележек несколько,
то после каждой цифры, соответствующей числу осей тележки, ставится
знак плюс (+)> когда тележки имеют сочленение, или минус (-),если
тележки не сочленены. Последняя цифра - число бегунковых осей с
другой стороны электровоза.
Рис. 105. Схема расположения в кривых
сочлененных трехосных (а) и несочлененных двухосных (б) тележек
За рубежом в осевых формулах применяют буквенные обозначения.
Буква А соответствует одной движущей колесной паре, В - двум, С -
трем, D - четырем и т. д.
Опыт эксплуатации показал, что локомотивы, имеющие несколько
тележек, склонны к виляющему движению в прямых участках пути при
существующей (с 1851 г.) ширине колеи 1524 мм. Виляющее движение
вызывает более быстрый износ рельсов и расстройство пути. При
электрической и тепловозной тяге скорость движения поездов
повысилась, что способствовало увеличению виляний. Многочисленные
опыты убедили, что для устранения виляний необходимо несколько
уменьшить ширину колес, не изменяя предельные размеры колесных пар.
Поэтому действующими Правилами технической эксплуатации железных
дорог Союза ССР (ПТЭ) ширина колеи между внутренними гранями головок
рельсов на прямых участках пути и в кривых радиусом 350 м и более
установлена 1520 мм. Это позволяет повысить плавность и безопасность
движения, уменьшить износ подвижного состава и рельсов.
