Пути повышения эксплуатационной надёжности тяговых и прицепных рельсовых и безрельсовых транспортных средств

Е.В. Сливинский, С.Ю. Радин 

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ  

ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИ  

ТЯГОВЫХ И ПРИЦЕПНЫХ РЕЛЬСОВЫХ  

И БЕЗРЕЛЬСОВЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 

Монография 

2-е издание, стереотипное

Москва 
Издательство «ФЛИНТА» 
2022 

УДК 629.113(075.3) 
ББК  34.42 

 С47 

Рецензенты: 

Н.А. Фортунова, кандидат технических наук, доцент 

(Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина), 

С.В. Елецких, кандидат технических наук, доцент 
(Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина) 

Сливинский Е.В. 
С47    Пути повышения эксплуатационной надёжности тяговых и 
прицепных рельсовых и безрельсовых транспортных средств: 
монография / Е.В. Сливинский, С.Ю. Радин. – 2-е изд., стер. – 
Москва : ФЛИНТА, 2022. – 186 с. – ISBN 978-5-9765-4889-3. – 
Текст : электронный. 

Монография содержит результаты теоретических исследований, а также описание перспективных технических решений в области совершенствования конструкции тепловозов и вагонов повышения долговечности их ходовых частей, а также надёжности автомобильных поездов. Проведены примеры численных расчётов по определению рациональных геометрических и кинематических параметров предложенных конструкций.  
Предназначена научным работникам и инженерам, занимающимся исследованием и проектированием рельсовых и безрельсовых 
транспортных средств, а также преподавателям, аспирантам и студентам технических вузов, техникумов, и колледжей транспортной 
направленности. 

УДК 629.113(075.3) 
ББК 34.42 

ISBN 978-5-9765-4889-3  
  © Сливинский Е.В., Радин С.Ю., 2022 
 © Издательство «ФЛИНТА», 2022 

ВВЕДЕНИЕ 
 

Известно, что одним из важнейших видов транспорта, как в нашей 

стране, так и за рубежом, является железнодорожный и автомобильный транс
порт. Это объясняется его универсальностью в обслуживании производящих 

отраслей народного хозяйства и удовлетворении потребностей населения в гру
зовых и пассажирских перевозках. Характерной особенностью современного 

железнодорожного и автомобильного подвижного состава является сравни
тельно высокая скорость его движения, производительность, энергонасыщен
ность, надежность и экономическая эффективность использования. Такие каче
ства основаны на постоянном совершенствовании конструкций грузовых и пас
сажирских локомотивов, а также автомобилей, полуприцепов и прицепов к 

ним. Одними из важнейших конструктивных элементов локомотивов и автопо
ездов являются их ходовые части, в устройство которых входят – рессорное 

подвешивание, состоящее из рессор, гасителей колебаний, а также тяговое и 

тормозное оборудование. Практика эксплуатации таких устройств показывает, 

что их качественное проектирование и конструирование последних оказывает 

существенное влияние на плавность хода подвижного состава, а также и на его 

эксплуатационную надежность. Однако анализ многообразия конструкций ло
комотивов и автопоездов показывает, что в настоящее время они не в полной 

мере отвечают требованиям сегодняшнего дня, особенно это показательно для 

высокоскоростного подвижного состава. Учитывая это в СКБ ЕГУ им. И.А. Бу
нина по заказу Елецкого участка Белгородского региона ЮВЖД, проводилась 

НИР и НИРС, направленная на совершенствование конструкции ходовых ча
стей железнодорожной техники, а также бюджетная НИР, связанная с модерни
зацией автотранспорта и поэтому таким двум направлений и посвящена данная 

монография. 

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 

   

Известно [1-8, 49, 56], что в настоящее время в нашей стране эксплуати
руются различные модели магистральных грузовых, пассажирских  и маневро
вых  тепловозов снабжённых трёхосными тележками, на которых размещены 

колёсно-моторные блоки (КМБ), опорно-возвращающие устройства, взаимо
действующие с кузовами тепловозов, и тормозное оборудование. Это, напри
мер, (рис.1.1) соответственно такие локомотивы как 2ТЭ10М, ТЭ136, ТЭ126, 

ТЭ121, ТЭ116, ТЭП70, ТЭП75, М62, ТЭМ2У и др. 

 

Рис. 1.1 

   

Преимущество тепловозов по сравнению с другими видами локомотивов 

определяется дальнейшим путём развития и расширения тепловозной тяги, а 

также совершенствование их конструкции. К числу первоочередных задач по 

модернизации тепловозов относится повышение надёжности, снижение стои
мости, а также обеспечение технологичности изготовления и ремонта при тех
ническом обслуживании, от которых зависит повышение моторесурса дизелей 

и увеличение межремонтных пробегов. 

Известно также [3, 56], что важнейшим конструктивным агрегатом со
временных тепловозов являются бесчелюстные трёхосные тележки, которые 

составляют  их ходовую часть, тем самым  обеспечивая силу тяги, силу тяжести 

кузова на рельсы, силу торможения, воспринимает усилие возникающие при 

прохождении кривых и неровности пути и поэтому от совершенствования их 

конструкции зависит плавность хода тепловоза и его динамические  качества. 

Тележки тепловозов классифицируют по выполнению рабочих функций, числу 

осей, типу рам, конструкции рессорного подвешивания, способу передачи кру
тящего момента на колёсные пары, конструкции опорно-возвращающих и тяго
вых устройств. На рис. 1.2 показан ряд конструкций тележек тепловозов моде
лей, описанных выше. Такие челюстные и бесчелюстные тележки обычно со
стоят из рам, букс, рессорного подвешивания, опор кузова, тормозной системы, 

колёсных пар и тягового привода. 

 

 

Рис. 1.2 

 

Несмотря на свою эффективность использования бесчелюстных тележек 

они обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что при  дви
жении тепловозов в кривых пути из-за невозможности углового поворота край
них в тележках колесных пар относительно геометрического центра дуги рель
сового пути и копирования ее последними, происходит повышенный износ 

гребней колес, а в отдельных случаях возможен и сход тележек с рельс. В тоже 

время они склонны к вилянию при движении по прямым участках дорог. Оба 

таких факта приводят в итоге к повышенному износу гребней колёс их колёс

ных пар, что впоследствии требует дорогостоящих ремонтов тепловозов в депо 

и на заводах отрасли. 

Известно также [21, 24, 43-45], что для перевозки грузов и пассажиров на 

железнодорожном транспорте широко используются различные по конструк
ции вагоны (рис. 1.3). 

 

Рис. 1.3 

      

В основном все вагоны независимо от их назначения состоят из пяти ос
новных узлов, а именно: ходовой части, рамы, ударно-тяговых приборов, кузо
ва и пневматического не прямодействующего тормоза. Ходовые части обеспе
чивают безопасное движение вагонов по рельсовому пути с необходимой плав
ностью хода и наименьшим сопротивлением движению. Ходовые части пасса
жирских вагонов монтируют обычно на тележках и наиболее распространён
ными из них являются двухосные тележки конструкции КВЗ-ЦНИИ. Анализ 

многочисленных библиографических источников показывает, что наиболее от
ветственным из узлов всех перечисленных грузовых вагонов является их рес
сорное подвешивание, эффективность работы которого существенно сказыва

ется на нагруженности ходовых частей и безопасности их эксплуатации. В рес
сорном подвешивании пассажирских вагонов применяются винтовые пружины 

сжатия. В практике мирового вагоностроения помимо винтовых пружинных 

комплектов в качестве рессорного подвешивания используют также пневмати
ческие упругие элементы. 

Существенным недостатком конструкций рессорного подвешивания ва
гонов является то, что все они, кроме пневматического, не имеют возможности 

саморегулирования в автоматическом режиме своих жесткостных характери
стик в зависимости от внешних динамических воздействий от неровности пути 

на последние. В тоже время известно [55-63], что для повышения производи
тельности грузовых и легковых автомобилей в практике наиболее эффектив
ным приемом является использование различных по назначению и конструкции 

прицепов (рис. 1.4).  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.4 

Такие автопоезда могут использоваться не только автотранспортными 

предприятиями, но и различными коммерческими структурами, представляю
щими из себя в условиях рыночной экономики, малый и средний бизнес. Прак
тика производства и эксплуатации указанных автопоездов, как в нашей стране, 

так и за рубежом показывает, что рост парка грузовых автомобилей неизбежно 

способствует росту потребителей различных по назначению прицепов, исполь
зуемых для производственных нужд. Обычно транспортный парк, эксплуати
рующий тягачи и прицепы разделяют на автомобильный транспорт и трактор
ный транспорт. Подвижной состав автомобильного транспорта, используемый 

для нужд как народного, так и сельского хозяйства, подразделяется на грузовой 

и специальный. Грузовые автомобили и автомобильные прицепы различаются в 

зависимости от устройства кузовов и других конструктивных особенностей, 

определяющих характер их использования.  

Учитывая вышеизложенное, в Агропромышленном институте и СКБ  

ЕГУ им. И.А. Бунина проводится НИР по заказу НИИКТИ (г. Коломна) и по 

одному из её разделов по линии НИР и НИРС, которая включена в план работы 

СКБ университета, проводятся работы, направленные на упрощение конструк
ции и повышение эффективности использования и надёжности локомотивов.  

По результатам проведенного анализа библиографических и патентных источ
ников разработаны ряд перспективных устройств, направленных на снижение 

износа гребней колёс тепловозов при их движении, как по прямым, так и кри
вым участков пути причём последние признаны изобретениями. Одновременно 

на кафедре Технологических процессов в машиностроении и Агроинженерии 

выполняется бюджетная НИР на тему «Динамика, прочность и надёжность 

транспортных, строительно-дорожных и сельскохозяйственных машин, а также 

стандартного промышленного и нестандартного оборудования используемого  

в Чернозёмном регионе Российской федерации» и одним из её разделов являет
ся направление, связанное с совершенствованием  конструкции  автотрактор
ных поездов. По результатам проведенного анализа библиографических и па
тентных источников также разработаны ряд перспективных устройств, направ
ленных на повышение эффективности использования автопоездов причём, по
следние так же, как и в первом случае (для железнодорожной техники), призна
ны изобретениями. 

2. ПУТИ МОДЕРНИЗАЦИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО  

ПОДВИЖНОГО СОСТАВА 

 

2.1. Перспективные конструкции ряда узлов локомотивов и вагонов 

 

В настоящее время на отечественных и зарубежных железнодорожных 

магистралях продолжается эксплуатация тепловоза ТЭ109. Это магистральный 

грузопассажирский тепловоз широкой колеи с электрической передачей произ
водства Луганского тепловозостроительного завода (ВЗОР). Односекционный 

(существовал и экспериментальный двухсекционный вариант 2ТЭ109 рис. 2.1). 

Кузов тепловоза – вагонного типа выполнен в габарите 02-Т (габарит европей
ских железных дорог). Выпускался на экспорт в ГДР, Болгарию. Несколько 

единиц эксплуатировались в Советском Союзе на предприятиях промышленно
го ЖД транспорта. Немецкие железнодорожники дали тепловозам семейства 

ТЭ109 имя Людмила (Ludmilla). На сети железных дорог Германии (Deutsche 

Bahn) они имеют обозначения: BR230, BR231, BR232, BR233, BR234, BR241. 

Много тепловозов этих серий эксплуатируются в Германии и сегодня, как при
надлежащие концерну, так и частных компаний. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.1 

Кузов тепловоза цельнонесущий, в его конструкции применены алюми
ниевые сплавы. Тележки бесчелюстного типа, применяемые на опытных тепло
возах 2ТЭ10Л, и в дальнейшем на тепловозах 2ТЭ10В. Передаточное отноше
ние редуктора 15:68=1:4,533, предусмотрена возможность применения редук
тора с передаточным отношением 20:63=1:3,15 для использования тепловоза с 

пассажирскими поездами. Длина тепловоза по осям 20 170 мм, общая колесная 

база 15 550 мм. 

На тепловозе установлен V-образный четырехтактный шестнадцатици
линдровый дизель 1А-5Д49 (16ЧН26/26), имеющий номинальную мощность 

3000 л. с. при частоте вращения коленчатого вала 1000 об/мин. Диаметр цилин
дров 260 мм, ход поршня 260 мм. Применен газотурбинный наддув и непосред
ственный впрыск топлива. Вес дизеля с поддизельной рамой (сухой) 17500 кгс, 

расход топлива при номинальной мощности 180 г/(э.л.с.ч). 

Несмотря на свою эффективность использования, таких тележек они об
ладают существенным недостатком, заключающимся в том, что при  движении 

тепловоза в кривых пути из-за невозможности углового поворота крайних в те
лежках колёсных пар относительно геометрического центра образующей дуги 

рельсового пути и копирования её последними, происходит повышенный износ 

гребней колёс, а в отдельных случаях возможен и сход тележки с рельс [47, 49]. 

Следовательно на таких тепловозах могли бы быть использованы бесчелюст
ные трёхосные тележки, конструкция которых описана, например в патенте 

(RU2553400), у которой на торцевых поверхностях букс крайних колёсных пар 

тележки жёстко закреплены втулки квадратного сечения и в них подвижно в 

вертикальной плоскости тепловоза размещены подобного сечения стержни, 

связанные со штоками пневмоцилиндров, закреплённых на раме и каждый из 

пневмоцилиндров с помощью трубопроводов соединён с воздухораспределите
лем, установленным на раме тепловоза в её средней части, а золотник воздухо
распределителя жёстко связан с его кузовом и выполнен с возможностью пере
ключения между соединением пневмоцилиндров с источником сжатого воздуха 

на прямых участках пути и с атмосферой в кривых участках пути, причём упо
мянутый воздухораспределитель подключён к источнику сжатого воздуха, рас