Чтобы паровоз мог свободно и безопасно проходить по кривым участкам пути, колесные пары его должны устанавливаться в рельсовой колее таким образом, чтобы между гребнями бандажей и головками рельсов были определенные зазоры (не менее допускаемых), а боковые давления, возникающие во время движения между гребнями бандажей и рельсами, были минимальными и не могли вызвать сход паровоза с рельсов или расстройство пути. В зависимости от того, в какой степени тот-или иной паровоз удовлетворяет этим условиям, обеспечивающим его безопасное движение по рельсам, определяют, насколько хорошо паровоз вписывается в кривые.
Для облегчения прохода экипажа локомотива в кривых участках пути малого радиуса в этих местах делают дополнительное уширение колеи, которое определяется Правилами технической эксплуатации. Однако допускаемое уширение колеи в кривых недостаточно для прохода экипажа современных локомотивов, имеющих большую базу — расстояние между крайними движущими осями. Поэтому, как уже известно из предыдущих параграфов, отдельные колесные пары паровоза имеют поперечные смещения (разбеги) относительно рамы, а бандажи ведущих колесных пар, как правило, делают без гребней или с гребнями уменьшенной толщины. Чтобы обеспечить проход экипажа паровоза по имеющимся на сети дорог кривым наименьшего радиуса, размер базы ограничивается — количество движущих осей в одной жесткой раме не делают больше пяти.
При следовании по кривому участку пути на паровоз действует центробежная сила, стремящаяся направить его движение по касательной к кривой. В результате действия центробежной силы гребни бандажей набегающих колес паровоза прижимаются к наружному рельсу колеи, вызывая соответствующую силу реакции прикрепленного к шпалам рельса, которая заставляет экипаж паровоза поворачиваться в кривом участке пути. Одновременно сила трения бандажей о рельсы создает сопротивление повороту экипажа в кривой.
Центробежная сила и сила реакции наружного рельса будут тем больше, чем выше скорость движения, меньше радиус кривой и тяжелее паровоз. Чтобы уменьшить действие центробежной силы и повысить безопасность движения, наружный рельс в кривых участках пути ставят с возвышением по отношению к внутреннему рельсу.
Величина возвышения наружного рельса зависит от радиуса кривой и скорости движения на данном участке: чем круче кривая и выше скорость, тем возвышение делают больше. Наибольшее возвышение наружного рельса, как правило, не должно превышать 150 мм.
Но так как поезда и локомотивы следуют по кривым участкам пути с различной скоростью, а возвышение наружного рельса рассчитано на какую-то определенную скорость, то, естественно, сила, возникающая от наклона паровоза при возвышенном наружном рельсе, не может всегда полностью уравновесить центробежную силу. Одним из основ вых средств уменьшения воздействия на путь центробежных и других сил, действующих в поперечном направлении, и повышения безопасности движения являются паровозные тележки, которые воспринимают часть веса паровоза, облегчают прохождение кривых участков пути и уменьшают воздействие его на путь.
Тележка соединена с главной рамой паровоза шарнирно при помощи водила и шкворня, и поэтому при движении под действием силы реакции рельса тележка свободно отклоняется внутрь кривой (рис. 211). Экипаж паровоза в это время в результате действия центробежных сил по инерции стремится двигаться по прямой. Но тележка имеет еще упругую связь с главной рамой паровоза при помощи особого пружинного или секторного возвращающего устройства, которое стремится вернуть тележку в нормальное положение. Но так как тележка удерживается на рельсовой колее гребнями бандажей, то усилием этого возвращающего устройства передняя часть главной рамы паровоза будет притягиваться к тележке и отклоняться внутрь кривой. Таким образом, тележка облегчает прохождение паровозом кривой и уменьшает боковые нажатия гребней бандажей на рельсы.
Тележки бывают передние (направляющие) и задние (поддерживающие). Кроме того, тележки разделяют на одноосные и двухосные. В грузовых паровозах применяют передние одноосные и задние одноосные или двухосные тележки. В пассажирских паровозах тележки бывают одноосные и двухосные как передние, так и задние. Преимущественное применение на пассажирских паровозах имеют двухосные тележки, обеспечивающие хорошее вписывание в кривые на больших скоростях и плавный ход на прямых участках пути.