Что не относится к неподрессоренной части локомотива

Тема. Рессорное подвешивание ТЭМ2 и 2М62,ЧМЭ3.

Взаимодействие экипажа и пути

Масса локомотива разделяется на подрессоренную и неподрессоренную. К неподрессоренным массам относят массу колесной пары с буксами, часть массы рессорного подвешивания первой ступени (примерно 2/3), около половины массы тягового электродвигателя при опорно-осевом его подвешивании (двигатель опирается одним концом на ось колесной пары, а другим — на раму тележки). Неподрессоренная масса, приходящаяся на одни колесно-моторный блок у тепловозов с опорно-осевой подвеской двигателя (ТЭМ2, М62 и др.), составляет 4,5—4,6 т. У тепловозов ТЭП70 с опорно-рамным подвешиванием двигателя (двигатель закреплен на раме тележки и значит подрессорен) неподрессоренная масса составляет 2,5-2,7 т.

При движении тепловоза его подрессоренные и неподрессоренные массы совершают колебания относительно рельсового пути. Причем колебания колесных пар (неподрессоренных масс) происходят самостоятельно, независимо от колебаний всего экипажа. У тепловозов различают следующие основные виды колебаний: подпрыгивание, галопирование, поперечная качка, виляние и боковой относ.

Подпрыгивание (перемещение вверх и вниз) совершается под действием периодически изменяющихся вертикальных сил (рис.50, а), вызывающих колебательное движение надрессорного строения относительно колесных пар.

Галопирование (колебание надрессорного строения вокруг поперечной оси у, проходящей через центр тяжести тепловоза) вызывается (рис.50, б) неодинаковым прогибом рессорного подвешивания передней и задней тележек.

Поперечная (боковая) качка (колебания экипажа вокруг продольной оси экипажа (рис. 50, в) возникает вследствие разного по знаку прогиба рессорного подвешивания на одной и другой сторонах тепловоза.

Виляние(поперечное перемещение и одновременно вращательное движение относительно вертикальной оси тепловоза в зазорах между колесами и рельсами) возникает вследствие извилистого движения колесной пары, вызываемого коничностью бандажей, и попеременного воздействия упругих сил со стороны рельсов на колеса каждой колесной пары.

Боковой относ (смещение экипажа в поперечном направлении) вызывается действием центробежных сил (иногда и сильного ветра).

Рис.50. Основные виды колебаний локомотива:

Колебания локомотива приносят много вреда, сопровождающие колебательный процесс чрезмерные динамические нагрузки расстраивают путь, нарушают плавность хода, а иногда могут вызывать сход экипажа с рельсов. Воспринимаемые экипажем динамические нагрузки вредно отражаются на работе тягового оборудования, ухудшают условия труда локомотивной бригады.

Основными параметрами (характеристиками) всех колебательных процессов являются: массы, участвующие в колебательном процессе, размах (амплитуда) колебаний и частота или период колебаний. Количественные показатели этих параметров для колеблющихся в вертикальном направлении подрессоренных масс характеризуют вертикальную динамику локомотива.

Вертикальная динамика локомотива считается хорошей, если он имеет плавный ход во всем диапазоне скоростей, т. е. оказывает наименьшее динамическое воздействие на путь, обеспечивает минимальную утомляемость локомотивных бригад.

Горизонтальную динамику характеризуют силы, действующие на рельсы и экипаж в горизонтальной плоскости при прохождении кривых и прямых участков пути, а также поведение экипажа в рельсовой колее (виляние, поперечные броски кузова и т. д.).

Возникающие при колебаниях силы растут с увеличением скорости. Во избежание их чрезмерного роста, при котором создается угроза безопасности движения, следует снижать скорость тепловоза. Для установления допускаемой скорости движения в прямых и кривых участках пути необходимо иметь представление о действующих на колесные пары силах в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Силы, возникающие при вертикальных колебаниях экипажа. Причина возникновения вертикальных колебаний надрессорного строения обусловлена различными неровностями рельсового пути. При качении колеса по неровности, рессорное подвешивание как бы разделяет массы нижнего и верхнего строения экипажа. Инерционное же перемещение кузова вниз вызовет сжатие упругих элементов подвешивания и инерционная сила погаснет. Сжатые упругие элементы подвешивания после исчезновения дополнительных инерционных сил восстанавливаются за счет внутренних сил, упругости.

Критическая скорость и гашение колебаний. Катящиеся по рельсам колеса получают толчки и удары с частотой, зависящей главным образом от периодичности повторения рельсовых стыков. Эту частоту называют частотой вынужденных колебаний. Кузов же колеблется с частотой собственных свободных колебаний, которая зависит от статического прогиба рессорного подвешивания под нагрузкой. В случае совпадения частот вынужденных и собственных колебаний наступает явление резонанса, при котором резко возрастают амплитуды колебаний кузова, а значит и динамические силы. Скорость, при которой наступает резонанс, называют критической.

Коэффициентом использования сцепного веса называют.Отношение минимальной нагрузки от колесной пары на рельсы к расчетной нагрузке, которую находят из условия равномерного распределения массы локомотива между всеми колесными парами тепловоза. Для тепловозов со смешанным расположением тяговых двигателей и с поднятыми до уровня рамы шкворнями коэффициент использования сцепного веса равен 0,8. У тепловозов 2ТЭ116 тяговые двигатели в тележке расположены друг за другом (гуськом) моторно-осевыми подшипниками в одну сторону. При этом усилия на зубья зубчатых колес у всех трех колесных пар тележек направлены в одну сторону. Это дало возможность повысить у этих тепловозов расчетный коэффициент использования сцепного веса на 10—12 °/о, хотя фактически меньше (9— 8°/о). Чтобы полнее использовать сцепной вес локомотива, современные локомотивы (ТЭП70, ТЭМ7) выполняют с низкоопущенными шкворнями, точки передачи тяговых усилий у которых располагаются на уровне осей колесных пар (рис.51). При такой конструкции шкворней у локомотива снижается момент, приводящий к разгрузке передней тележки и перегрузке задней.

Движение по кривым. Известно, что при входе в кривую и движении по ней на локомотив действует центробежная сила, вызываемая изменением направления вектора скорости. Эта сила зависит от массы локомотива, скорости и радиуса кривой.

У тележечного экипажа, имеющего значительную длину, проходимость в кривой обеспечивается благодаря повороту тележек относительно оси кузова на некоторый угол. В рельсовой колее тележка направляется гребнями колесных пар. Расположение тележек в кривой без заклинивания оказывается возможным благодаря зазору между рельсами и гребнями бандажей колесных пар. Несмотря на эти мероприятия вход локомотива в кривые и движение по ним сопряжены с большими усилиями, передаваемыми колесными парами на рельсы. Превышение этих усилий создает угрозу безопасности движения.

Рис.51. Схема передачи тягового усилия от рамы тележки к раме тепловоза с помощью низкоопущенного шкворня: 3F-усилие от трех колесных пар.

Рессорное подвешивание. Предназначено для уменьшения динамического воздействия колес на рельсы при движении по неровностям пути, распределения нагрузок по колесам и обеспечения плавности хода тепловоза. Рессорное подвешивание бывает сбалансированное и индивидуальное, одноступенчатое и двухступенчатое.

Нагрузка от массы кузова и тележки передается колесным парам через буксы, установленные на концы оси. Упругими элементами, посредством которых нагрузка передается на колесные пары, могут служить листовые рессоры, цилиндрические витые пружины, резиновые амортизаторы.

По способу передачи нагрузки на колесные пары рессорное подвешивание бывает индивидуальным или сбалансированным. Если упругие элементы размещены только между буксами и рамой тележек, такое подвешивание называют одноступенчатым. Если же, помимо буксовой ступени, упругие элементы имеются между рамами кузова и тележек, подвешивание называется двухступенчатым.

Сбалансированное подвешивание применяется на тепловозах ТЭМ2 и др. (рис. 52, а). При этом подвешивании каждая тележка имеет по две самостоятельные сбалансированные

При индивидуальном подвешивании (рис.52, б) каждая колесная пара имеет независимые комплекты подвешивания с каждой стороны тележки.

Основными параметрами рессорного подвешивания являются жесткость и определяемый ею статический прогиб. Чем меньше жесткость и выше статический прогиб, тем меньше частота собственных вертикальных колебаний надрессорного строения. Для обеспечения удовлетворительных ходовых качеств тепловоза статический прогиб должен быть примерно численно равен по значению конструкционной скорости, а частота свободных колебаний надрессорного строения.

При наличии двух ступеней подвешивания прогибы между буксовой и кузовной ступенями распределяются либо поровну, либо большее значение закладывается в кузовной ступени (около 2/3 общего прогиба). В буксовой ступени получить большой прогиб труднее, так как увеличение прогиба связано с ухудшением условий работы передаточного механизма тягового привода. Распределение прогибов между буксовой и кузовной ступенями влияет на частоты собственных колебаний тележки и кузова. При двухступенчатом подвешивании имеют место две частоты вертикальных колебаний: низшая частота, соответствующая синфазным, т. е. не отличающимся по фазе колебаниям кузова и тележки, и высшая, соответствующая противофазным направленным навстречу друг другу колебаниям кузова и тележки. Низшая частота колебаний кузова определяется суммарным статическим прогибом и для современных тепловозов равна 1,5—1,7 Гц; высшая примерно равняется четырем значениям низшей, т. е. 6—7 Гц. Выявлено, что на человеческий организм оказывают нежелательное воздействие три интервала частот колебаний: менее 1 Гц, вызывающие явление укачивания; 4— 8 Гц, при которых возникают резонансные явления в области головного мозга, приводящие к быстрой утомляемости; 16—32 Гц — вибрации высокой частоты, возникающие, например, при работе дизеля и неблагоприятно влияющие на организм человека. Таким образом, колебания кузова с высшей частотой как раз будут находиться в нежелательной зоне частот, однако амплитуда этих колебаний кузова мала и они быстро затухают.

Двухступенчатое рессорное подвешивание позволяет получить большой статический прогиб при удобном размещении упругих элементов и возвращающих устройств. При этом в буксовой ступени можно иметь незначительный прогиб для уменьшения взаимных перемещений элементов тягового привода, что улучшает его работу.

Во избежание резонансных явлений колебания надрессорного строения вынуждены гасить, для чего в рессорном подвешивании предусмотрены специальные устройства — демпферы. Демпферы создают силу трения, затормаживающую колебательный процесс. При наличии в подвешивании листовых рессор демпфером является сама рессора. Возникающее между листами рессоры трение при их взаимных перемещениях способствует гашению колебаний. На тепловозах применяются другие устройства, создающие силу трения — фрикционные и гидравлические демпферы.

Потеря энергии на трение в листах рессоры или демпферах приводит к увеличению жесткости подвешивания в процессе колебаний. Фактическая (динамическая) жесткость зависит от коэффициента относительного трения.

Рессорное подвешивание тележки тепловоза: ТЭМ2, М62 включает рессорные и концевые узлы, соединенные балансирами. Нагрузка от рамы тележки на буксу через концевой узел передается посредством пружины 7 (рис.53), резинового амортизатора 8, расположенного между тарелкой 16 и подкладкой 19, подвески 18, соединенной валиком 17 с балансирами 1. Подвеска 18 изготовлялась раньше в виде стержня, соединенного с головкой резьбой. Из-за появления трещин в резьбовом соединении сборный вариант подвески заменен цельнокованым. Через рессорный узел нагрузка передается посредством резиновых амортизаторов 8, пружин 7 и рессоры 10, включенной последовательно пружинам с помощью двуплечего кронштейна 6 и валика 5. Пружины и резиновые амортизаторы фиксируются в раме тележек с помощью фиксаторов 9, выполненных заодно целое с тарелками 11 пружин. Рессора 10 опирается на валики 15 П-образных подвесок 2 через специальные опорные втулки 14, выступ которых входит в эллиптические отверстия в первом коренном листе рессоры. Подвески соединены валиками 13 с балансирами. Балансиры, нагруженные по обоим концам, передают нагрузку на буксу своей средней частью. Опираются балансиры на закаленные упоры, запрессованные в корпус буксы.

Рис. 53. Рессорное подвешивание тележки: ТЭМ2, М62

Шарнирные соединения состоят из валиков, вставленных в закаленные втулки которые запрессованы в отверстия подвесок, балансиров и опор рессор. Валик 5 полый, в него ввернут клапан 12, через который подводится масло к трущимся поверхностям по осевым и радиальным каналам.

Назначение балансиров выравнивать нагрузку между колесными парами при наезде на неровности пути при малых скоростях. При значительных скоростях динамические нагрузки, имеющие малый период действия, не успевают перераспределяться между колесами вследствие значительной инерции балансиров и рессор, замедляющих их угловые перемещения. Этому способствует значительное трение в листах рессоры и шарнирных соединениях.

Резиновые амортизаторы. Получили широкое распространение в экипажной части современных локомотивов, так как резина является незаменимым материалом для гашения высокочастотных вибраций и шума. Выполняются в виде круглых сплошных или кольцевых пластин с привулканизированными или приклеенными металлическими прокладками, либо в виде прямоугольных пластин.

Рессорное подвешивание тепловоза ЧМЭ3.Состоит из двух комплектов цилиндрических рессор (пружин) и двух гидравлических гасителей колебаний (демпферов) 1 (рис.54.)

На каждый подшипник буксового узла опирается неравноплечий качающийся балансир, расточенная средняя часть которого служит корпусом буксы. На коротком плече балансира имеется тарелка, на которую опираются две цилиндрические пружины внутренняя 3 и наружная 4. В верхней части пружины 3 и 4 через тарелку 5, упру­гую шайбу 6 и шайбу 7 опираются на раму тележки. На конце коротко­го плеча балансира имеется вилка с проушинами, в кото­рых закреплен нижний конец гидравлического гасителя ко­лебаний 1. Верхний конец га­сителя закреплен в кронштей­не, приваренном к раме те­лежки. В проушинах гаситель закреплен при помощи вали­ков 8 и 12 через упругие элементы.

Длинное плечо балансира имеет отверстие в которое запрессована резино-металическая втулка 6, состоящая из двух стальных втулок внутренней и наружной и уста­новленной между ними резиновой втулки. Внутренняя стальная втулка, имеет шпо­ночную канавку а наружная выполнена разъемной по образующей цилиндра. В резинометаллическую втулку 6 вставлен валик 4 со шпонкой 8. Валик 4 своими концами входит в отверстия фартуков ра­мы 5 тележки и закреплен к последней по­средством болтов 7, стопорящихся шайба­ми.

Удары и толчки ко­лесных пар, возникающие от неровностей пути, передаются на раму тележки через качающийся балансир посредством упру­гой резинометаллической втулки 6 и ком­плекта цилиндрических пружин. Гасители колебаний в свою очередь вместе с ци­линдрическими рессорами осуществляют демпфирование вертикальных колебаний, вызванных действием на экипаж локомо­тива неровностями пути.

Рис.54. Рессорное подвешивание тепловоза ЧМЭЗ:

Источник

Особенности устройства ходовых частей подвижного состава

Взаимодействие пути и подвижного состава

От колес подвижного состава на путь передается сложное силовое воздействие, которое можно разложить на вертикальные и горизонтальные (поперечные и продольные) составляющие: вертикальное давление, вызывающее осадку пути и изгиб рельсов; боковое давление, стремящееся сдвинуть путь в сторону, и продольные силы – причина угона (продольного смещения) рельсошпальной решетки.

Вертикальное давление на рельс – это нормальные (перпендикулярные к поверхности) силы, которые через колеса подвижного состава передаются на рельсы. Сила тяжести подвижного состава, приходящаяся на одну ось, когда он находится в неподвижном состоянии, называется статической нагрузкой. Допускаемая величина ее нормирована: для локомотивов – 250 кН (25 тс) и для грузовых вагонов – 235 кН (23,5 тс). Статическая нагрузка незагруженных вагонов примерно в 3 раза меньше.

Нагрузка, передаваемая подвижным составом на рельсы при движении, называется динамической. Динамическая нагрузка – величина непостоянная; она непрерывно изменяется под влиянием многочисленных факторов случайного характера. Динамическое воздействие подвижного состава на путь определяется сложными колебательными процессами, возникающими при движении. Они обусловлены наличием различных неровностей на поверхностях соприкасания колес с рельсами, упругой деформируемостью пути, рессор и других элементов ходовых частей, особым характером движения жестко соединенных между собой осей подвижного состава в рельсовой колее при изменяющейся по протяжению пути траектории движения подвижного состава.

В общем случае взаимодействие пути и подвижного состава определяется особенностями конструкций ходовых частей подвижного состава и рельсовой колеи, а также качеством технического содержания локомотивов, вагонов и пути.

Каждая единица подвижного состава состоит из неподрессоренной и подрессоренной частей. К неподрессоренной части относят массу колесных пар, букс и примерно 2/3 массы рессор. Все остальное составляет подрессоренную часть. При движении подрессоренные и неподрессоренные части локомотивов и вагонов совершают колебательные движения относительно пути и друг друга и это вызывает изменения нагрузок на рельсы. Динамическое давление на рельс может превышать статическую нагрузку в 1,5–2 раза, а при совпадении неровностей на пути с неровностями на колее, в зависимости от скорости движения, силы в контакте колеса и рельса в некоторых случаях возрастают в 3–4 раза.

При движении поезда на рельсы действуют и переменные горизонтальные поперечные силы: рамное давление (силы, действующие на кузов и передаваемые через раму на колесные пары), а также боковое давление, вызванное поворотом состава в кривых (вписывание подвижного состава в кривые). Рамные усилия могут достигать 6000–7000 кгс (6–7 тс); боковые давления составляют 0,2–0,65 максимального значения вертикальных сил. Силы давления на рельсы от гребней колес в прямых участках, вызванные вилянием подвижного состава, могут достигать 3–4 тс. Рельсы воспринимают также и горизонтальные продольные силы (силы угона, торможения и продольные усилия от действия температуры).

При конструировании верхнего строения пути и ходовых частей подвижного состава стремятся достигнуть возможно более благоприятного их взаимодействия.

Особенности устройства ходовых частей подвижного состава

Подвижной состав железнодорожного транспорта в отличие от других видов (автомобильного, водного, воздушного) не имеет рулевого управления. Траекторию его движения определяет рельсовая колея. Этим определяются и особенности ходовых частей подвижного состава:

Постоянство рельсовой колеи требует и постоянства расстояния между колесами каждой из осей. Для этого колеса запрессовывают на оси так, чтобы они не могли ни смещаться, ни поворачиваться относительно оси. Это называется глухой насадкой колес. Ось с насаженными на нее двумя колесами называют колесной парой.

Для направления движения колес по рельсам и предотвращения схода их с рельсов они имеют с внутренней стороны обода закраины, называемые гребнями или ребордами. Расстояние между внутренними гранями ободов колес называется насадкой колес. На (рис. 1) показано соотношение размеров и допусков колесной пары и ширины рельсовой колеи. Ширина колесной пары К складывается из насадки колес (1440±3 мм), двух толщин гребней колес (от 25 до 34 мм) и 2 мм (по 1 мм на колесо), учитывающих скос гребней с внутренней стороны у стальных вагонных и тендерных колес, который начинается на 10 мм выше уровня контактирования колес с рельсами. Последний принимают на 10 мм ниже поверхности катания головок рельсов.

Рис. 1 – Соотношения размеров и допусков колесной пары и ширины рельсовой колеи

Из рисунка видно, что колесная пара размещается в рельсовой колее не вплотную обоими гребнями колес к боковым граням головок рельсов, а с некоторым зазором δ. Этот зазор необходим для компенсации допусков в насадке колес и ширине колеи, а также для уменьшения сопротивления движению поезда и износа гребней и головок рельсов.

При ширине колеи 1524 мм максимальный зазор между гребнем колеса и рельсом достигает 38 мм, а минимальный – 9 мм. Если же учитывать только номинальные размеры колесной пары и рельсовой колеи, то значения зазора получаются равными 16–18 мм. На зарубежных дорогах величины зазора различны (7; 9 и 11 мм).

Слишком малая, как и слишком большая, величина зазора ухудшают взаимодействие пути и подвижного состава; уменьшение зазора улучшает динамическое воздействие подвижного состава на путь, снижает напряжения в рельсах и расстройства пути в плане.

Рис. 2 – Очертания и основные размеры ободов колес: а – локомотивного; б – вагонного

Поверхность катания колес подвижного состава коническая с уклоном 1/20 (рис. 2); благодаря этому обеспечивается более равномерный их износ и более плавное движение. Колесо, выведенное из среднего положения на рельсе, стремится вернуться к нему. Особенно необходима коничность колес для прохода по стрелочным переводам, где даже при небольшом прокате цилиндрических колес создавались бы резкие удары в крестовинах. Для равномерного опирания колес рельсам также придают наклон в 1/20 внутрь колеи, который называют подуклонкой рельсов; он может изменяться от 1/60 до 1/12.

Две-три оси объединяют жесткой рамой, не допускающей поворота их относительно друг друга. Это обеспечивает их параллельность, которая необходима, чтобы исключить возможность перекоса колесных пар в плане и провала их внутрь колеи. Расстояние между крайними осями, параллельными друг другу, называется жесткой базой, а между крайними осями единицы подвижного состава – полной колесной базой. Чем длиннее жесткая база локомотива или вагона (рис. 3), тем труднее они проходят по кривым участкам, особенно малых радиусов.

Рис. 3 – Типы жестких баз подвижного состава: а – четырехосный вагон; б – двухосный вагон; в – электровоз; г – паровоз

Ширина колеи

Для начала ознакомимся с номинальными размерами ширины колеи, указанными в ПТЭ (приказ от 21 декабря 2010 года № 286):

Номинальный размер ширины колеи между внутренними гранями головок рельсов на прямых участках железнодорожного пути и на кривых радиусом 350 м и более – 1520 мм. Ширина колеи на более крутых кривых должна быть:

На участках железнодорожных линий и железнодорожных путях, где комплексная замена рельсошпальной решетки не производилась, до их реконструкции допускается на прямых и кривых участках железнодорожного пути радиусом более 650 м номинальный размер ширины колеи – 1524 мм. В этих случаях на более крутых кривых ширина колеи принимается:

Порядок устранения отклонений, превышающих указанные значения, устанавливается, соответственно, владельцем инфраструктуры, владельцем железнодорожных путей не общего пользования.

Ширина колеи менее 1512 мм и более 1548 мм не допускается. Нахождение и курсирование железнодорожного подвижного состава, предназначенного для использования на железнодорожных путях общего пользования, по железнодорожным путям, не соответствующим указанным нормам, не допускается.

На железнодорожных путях не общего пользования допускается сохранять до переустройства:

На строящихся, а также после проведения реконструкции и капитального ремонта железнодорожных путей номинальный размер ширины колеи между внутренними гранями головок рельсов на прямых участках железнодорожного пути и на кривых радиусом 350 м и более должен быть – 1520 мм.

Источник