ПЗ - Федосеев А.В (1229434), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Тележка СР3 тепловоза серии 58 железных дорог Англии имеет бесшкворневую конструкцию. Во второй ступени подвешивания также применены винтовые пружины повышенной гибкости, установленные на боковых балках рам тележек [14].
Характеристики вторичного подвешивания, хорошо зарекомендовали, себя на модернизированном электровозе класса 86 (№ Е3173) и были одобрены Техническим центром британских железных дорог. Поперечные перемещения кузова демпфируются горизонтальным гидравлическим гасителем, присоединенным к шкворню и раме тележки. Для демпфирования вертикальных колебаний кузова применены гидравлические гасители, установленные параллельно пружинам второй ступени. В узлах крепления гасителей использованы резинометаллические элементы spherilastik, гасящие угловые перемещения.
Винтовые пружины, работающие на сжатие и сдвиг, применены во второй ступени подвешивания на электровозах серии 91 (Англия), тепловозах DE1024 (Германия) [15]. На указанных локомотивах конструкция опор выбиралась такой, чтобы элементы второй ступени подвешивания развивали малые возвращающие силы при повороте тележек, но большие - при боковом относе.
Вторая ступень подвешивания электровоза Е402 (Италия) выполнена в виде комплекта из четырех пружин повышенной гибкости [16].
Такую же конструкцию второй ступени подвешивания имеют итальянские электровозы с тремя двухосными тележками серии Е633/Е632 и Е666/Е665 с осевыми формулами 2-2-2 и 20-20-20 соответственно. При поперечных перемещениях и повороте тележек пружины работают на сдвиг.
Вторая ступень подвешивания электровоза 85ЕО (Чехия) состоит из специальных пружин, которые воспринимают перемещения тележек относительно кузова во всех направлениях. Кузов опирается на каждую двухосную тележку через шесть пружин, расположенных симметрично относительно центра тележки.
Особенностью тележек электровоза является то, что между кузовом и верхней поверхностью пружин установлены специальные ножевые опоры. Ось качания ножевых опор расположена в поперечной плоскости локомотива.
На французских тепловозах СС72000, электровозах СС21000, СС6500, ВB15000 [6] применяется опора с жесткостью в поперечном направлении 135 кГс/м. Такая опора работает при перемещениях ±60 мм, после чего вступают в работу дополнительные упругие упоры. Для гашения колебаний виляния устанавливаются фрикционные демпферы или гидравлические с характеристикой, приближенной к фрикционным.
2.3 Использование пружин Флексикойл в России
Широкое распространение эта система начала получать с конца 50-х годов и все чаще применяется в отечественном локомотивостроении. Пружины кузовной ступени подвешивания для упругой связи в поперечном направлении используются на дизель-поездах ДР1, ДР2, автомотрисе AP1, тепловозах ТГ16, ТЭП70, ТЭП75, ТЭП80, ТЭМ21, 2ТЭ25А (Витязь), электровозах ЭП200, ЭП2К, 2ЭС6, 2ЭС10,ЭП10, ЭП20, 2(3)ЭС4К, 2(3)ЭС5К, 2ЭВ120, электропоезд - ЭД6.
Вес кузова дизель-поездов ДР1, ДР2 на каждую тележку передается через, четыре пакета пружин, опирающихся на общую промежуточную балку. Промежуточная балка посредством двух продольных тяг с резиновыми шарнирами на концах соединена с кузовом. Наложенные на балку связи допускают перемещения кузова на пружинах в вертикальном и поперечном горизонтальном направлениях. Пружины разгружены от продольных усилий, возникающих при поворотах тележек относительно кузова. Промежуточная балка опирается на боковины рамы тележки посредством четырех скользунов.
Суммарный статический прогиб рессорного подвешивания тележки равен 160 мм, при этом более 3/4 прогиба приходится на вторую ступень подвешивания (144мм).
Были проведены сравнительные динамические испытания моторного вагона электросекции ЭР-1, у которого кузов имеет люлечное подвешивание и дизель-поезда ДР1 с пружинами флексикойл.
Показатели динамики дизель-поезда лучше соответствующих показателей электросекции ЭР-1. Особенно низки горизонтальные ускорения кузова дизель-поезда. Они не превышают 0,1g и почти в два раза ниже, чем на вагоне электросекции. Результаты испытаний дизель-поезда ДР-1 убедительно показали возможность достижения хороших динамических качеств экипажа применением во второй ступени пружин, амортизирующих одновременно вертикальные и горизонтальные колебания кузова.
Вторая ступень подвешивания бесшкворневой тележки дизель-поезда ДР-2 включает четыре пакета трехрядных пружин, размещенных на боковинах рамы тележки (по два пакета на боковину). Наружная пружина каждого пакета шарнирно опирается на раму тележки, что способствует уменьшению суммарной поперечной жесткости пружин.
Для уменьшения шума и вибраций, возникающих при движении дизель-поезда, между пружинами центрального подвешивания и верхними поддонами, опирающимися на пружины с каждой стороны тележки, положены резиновые прокладки толщиной 30 мм. На поддонах имеются скользуны на которые опирается кузов.
Безшкворневая система передачи тяговых усилий обеспечивает возможность вертикальных и поперечных деформаций пружин второй ступени. Демпфирование вертикальных и горизонтальных колебаний кузова осуществляется одним и тем же фрикционным гасителем рычажного типа.
В 1970 г. на Людиновском тепловозостроительном заводе был изготовлен тепловоз ТГ16-046А с двухступенчатым рессорным подвешиванием. Статический прогиб первой ступени на этом тепловозе составляет 29 мм, второй - 143 мм, суммарный - 172 мм. Вторая ступень тепловоза ТГ16 принципиально не отличается от второй ступени дизель-поезда ДР-1, хотя и выполнена конструктивно иначе. Вертикальная нагрузка от кузова на каждую тележку передается через четыре опоры скольжения. В после дующем для улучшения вписывания в кривые устанавливались опоры качений. Тяговые усилия от рамы тележки, к поперечной балке передаются через жесткий шкворень, а от балки к кузову с помощью продольных тяг, допускающих вертикальные и поперечные перемещения кузова на пружинах относительно тележек. Демпфирование вертикальных и поперечных колебаний кузова осуществляется гидравлическими гасителями, установленными наклонно по два на каждый комплект пружин.
На тепловозах ТЭП70 и ТЭП75 каждая тележка имеет в кузовной ступени подвешивания по восемь установленных вертикально пружин. Одна пружина имеет поперечную жесткость 80,8 кН/м [6]. При поперечном перемещении более ±40 мм в шкворневом устройстве включаются в работу дополнительные пружины. Два горизонтальных гидродемпфера на каждое шкворневое устройство предназначены для гашения поперечных колебаний. Жесткость на поворот тележки экспериментально была получена равной 560 кН-м/рад.
Опора кузова па тележку тепловоза ТЭ136 с осевой формулой 2o+2o-2o+2o состоит из пружин и роликовых устройств, которые обеспечивают следующие характеристики поперечных и угловых связей тележек относительно кузова: жесткость поперечной связи в пределах перемещений ±40 мм составляет 30 кН/м, противоповоротный момент - 16,8 кНм. При больших поперечных перемещениях возвращающая сила постоянна и составляет 18 кН. Длина эквивалентного маятника для тепловоза ТЭ136 составляет 0,573 м.
Вторая ступень подвешивания тепловоза ТЭП80 и электровоза ЭП200, имеющих, в принципе, одинаковую экипажную часть, состоит из десяти пружин на каждой из двух четырехосных тележек. Пружины работают на сжатие и сдвиг, на опорных поверхностях пружин установлены резиновые прокладки.
В настоящее время в ВЭлНИИ совместно с фирмой ADtranz создан пассажирский электровоз двойного питания с асинхронными тяговыми двигателями типа ЭП10 с максимальной скоростью 160 км/ч. Механическпружин и роликовых устройствую часть электровоза разработал ВЭлНИИ. С целью выбора параметров механической части, определяющих динамико-прочностные показатели электровоза, был изготовлен макет экипажной части этого электровоза и проведены его ходовые динамико-прочностные испытания. Особенности конструкции макета: в кузовной ступени подвешивания крайних тележек опоры типа флексикойл, гидравлические демпферы в обеих ступенях подвешивания, причем в кузовной ступени применено раздельное демпфирование основных видов колебаний, цельная наклонная тяга, соединяющая среднюю балку рамы тележки непосредственно с кузовом, опорно-рамное подвешивание двигателей.
Одним из последних представителей электропоездов на которых используется центральное подвешивание флексикойл, является электропоезд ЭД6.
Электровоз нового поколения - 2ЭС4К унифицирован с электровозом 2ЭС5К по узлам механической части, кабине управления, пневматическому, тормозному и другому оборудованию. Электровоз имеет ходовую часть, отвечающую современным требованиям; передача силы тяги и торможения от тележек к кузову осуществляется цельными наклонными тягами. Кузов и тележки связаны между собой в вертикальном и поперечном направлениях с помощью упругих и демпфирующих элементов. Первая ступень подвешивания - винтовые пружины сжатия, вторая ступень - на пружинах флексикойл.
Приведенный обзор конструкций тележек показывает, что как в зарубежной железнодорожной практике, так и в России широко применяется упругое разделение масс кузова и тележек посредством использования поперечной податливости пружин. В случае применения подвешивания флексикойл опоры кузова значительно упрощаются и облегчаются. Отпадает необходимость в применении тяжелой люлечной балки с люлечными подвесками. Отсутствие же трущихся элементов значительно улучшает надежность такого подвешивания и уменьшаются эксплуатационные расходы. Как показал анализ использования пружин типа Флексикойл на локомотивах, данная конструкция обладает рядом преимуществ и используется практически на всех новых локомотивах.
3 РАСЧЕТ ЦЕНТРАЛЬНОГО РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРУЖИН ФЛЕКСИКОЙЛ
3.1 Расчет пружин поперечного сдвига по методу Спарринга
Исследования пружин, нагруженных продольными и поперечными силами, выявили ряд особенностей, который следует учитывать при проектировании и изготовлении, таких пружин.
Незначительное межвитковое расстояние, высокая продольная нагрузка и большое поперечное смешение могут вызвать равномерное или прогрессивное замыкание рабочих витков пружины или первых рабочих витков, примыкающих к опорным. В результате меняется продольная и поперечная упругость пружин.
Для того чтобы избежать этого явления, необходимо строго соблюдать минимум межвиткового расстояния. Желательно добиться постепенного уменьшения шага путем уменьшения подъема витков к середине пружины.
Особое значение имеет положение опорных, плоскостей пружины относительно ее оси. Всякое отклонение от идеальной установки пружины вызывает изменение положения точек приложения суммарных сил, действующих на пружину и в конечном итоге изменение характеристики подвешивания.
На направление результирующей силы, приложенной к пружине, оказывают влияние величина перекрытия концевых витков, тщательность изготовления концевых витков и концевые зазоры. Стендовые испытания показали, что поперечная жесткость пружин в зависимости от ориентирования поперечной силы относительно концов пружины получается различной.
По стандарту Германии число витков пружины должно составлять n+0,5, при этом опорный виток равняется 3/4 длины окружности пружины, а толщина конца витка должна быть не менее 1/4 диаметра прутка.
По ГОСТ 1452-69 на пружины тележек подвижного состава железных дорог длина опорной поверхности должна быть равной 3/4 длины окружности витка, а толщина, конца витка - не более 3/4 диаметра прутка, величина перекрытия концевых витков ГОСТом не регламентируется.
Экспериментальные исследования пружин флексикойл показывают, что наибольшие касательные напряжения в прутке от поперечной силы возникают на внутреннем диаметре пружины в плоскости действия поперечной силы.
Максимальные значения изгибных напряжений возникают в сечении, перпендикулярном действию поперечной силы в верхней и нижней точках прутка.
Однако усталостную прочность пружин определяют касательные напряжения, которые при действии осевых нагрузок значительно превосходят изгибные напряжения.
Теоретическим исследованием упругих характеристик и напряжения в пружинах, нагруженных продольными и поперечными силами, занимался ряд исследователей.
При проектировании пружин второй ступени тепловоза V160 была использована методика Гросса. Немецкими специалистами отмечалось, что расчетный метод Спаринга позволяет достичь лучшего соответствия между боковыми упругими силами пружин, измеренных во время опытов с тепловозами V160, и теоретическими.
Трудности на первых этапах работы по созданию подвешивания флексикойл для, модернизированного электровоза класса 86 испытали и англичане. Несмотря на широкое использование к тому времени принципа флексикойл, было отмечено, что немногие из опубликованных теорий по боковой податливости пружин дают адекватные результаты. Напротив, по некоторым теориям были получены значительно разнящиеся решения.
Поэтому характеристики пружин и напряжение в них были уточнены при натурных испытаниях. Эти испытания показали хорошую сходимость с экспериментом методики Уэла и Британского стандарта.
Сравнение экспериментальных данных, полученных во ВНИТИ, с различными расчетными методами показывает, что наилучшую сходимость с экспериментально измеренной поперечной жесткостью пружины дает формула Спарринга. По формулам Гросса, Делама и Британского стандарта получается на 15-20% заниженный результат, а по формулам Пономарева и Нормам МПС на 7-10% завышенный результат.