- •§ 1. Появление первых железных дорог.
- •§ 2. Паровозы, тепловозы, электровозы
- •§ 3. Пассажирские перевозки.
- •§4. Грузовые перевозки.
- •§ 5. Вклад изобретателей, инженеров и ученых в развитие железнодорожного транспорта.
- •§ 1.6. Предпринимательство на железной дороге.
- •§ 1.7. История отечественного электровозостроения.
- •Серийные электровозы
- •Электровозы чс2 и чс2т серии 53e.
- •Известные переделки электровозов.
- •§1.8. Тепловоз.
- •§1.9. История тепловозостроения
- •§1.10. Магистральные тепловозы.
- •§1.11. Маневровые тепловозы.
- •§1.12. Классификация и характеристики локомотивов.
- •§1.13. Группы подвижного состава.
- •§1.14. Типы и классификация экипажных частей.
- •§2.1. Типы рам и кузовов.
- •§2.2. Конструкция главных несущих рам и их элементов.
- •§2.3. Кузова ненесущего типа.
- •§2.5. Несущие кузова и особенности их работы.
- •§2.6. Расчет рам и кузовов.
- •§2.7. Оборудование кабины машиниста.
- •§2.8. Расположение оборудования на тепловозе.
- •§2.9. Общее устройство и типы тележек.
- •§2.10. Рамы тележек.
- •§2.11. Колесные пары.
- •§2.12. Буксовые узлы.
- •§2.13. Рессорное подвешивание.
- •§2.14. Конструкция и расчет упругих элементов.
- •§2.15. Резиновые элементы рессорного подвешивания.
- •§2.16. Пневматические рессоры.
- •§2.17. Опорно-возвращающие устройства.
- •§2.18. Тяговые устройства.
- •§2.18. Тормозные устройства.
- •§3.1. Назначение, классификация и общее устройство тяговых приводов.
- •§3.2. Тяговые приводы локомотивов с электрической передачей.
- •§3.3. Выбор основных параметров и расчет прочности элементов тягового привода с электродвигателем.
- •§4.4. Карданные приводы.
- •§4.5. Проектирование карданного привода.
- •§4.6. Спарниковые механизмы.
- •§4.7. Гидравлические передачи.
- •§4.1. Основные принципы размещения оборудования на локомотивах.
- •§4.2. Развеска локомотива.
- •§4.3.Топливная система.
- •§4.3. Масляная система.
- •§4.4. Водяная система.
- •§4.4. Системы воздухоснабжения.
- •§4.5.Воздухоочистители.
- •§4.6.Система выхлопа дизеля, глушители шума.
- •§4.7. Охлаждающие устройства.
- •Конструкция, параметры и расчет водомасляных теплообменников.
- •§4.7. Конструкция охладителей наддувочного воздуха.
- •§4.8. Системы охлаждения тяговых электрических машин и аппаратов тепловозов.
- •§4.9. Вентиляторы охлаждающих устройств и систем, выбор основных параметров вентиляторов
- •§4.10. Расчет вентилятора.
§2.16. Пневматические рессоры.
Значительный интерес представляет пневматическое рессорное подвешивание в связи с положительными качествами:
– возможность получения параметров подвешивания с большим значением статического прогиба;
– простое регулирование жесткости и величины демпфирования;
–возможность автоматического регулирования перекоса кузова при прохождении кривых участков пути, что имеет большое значение для скоростного движения;
– с помощью таких рессор можно поддерживать постоянную высоту пола кузова над головками рельсов измененем давления.
В отечественном локомотивостроении пневматическое подвешивание применялось на опытных тепловозах (ТЭ7, 2ТЭ10Л, ТГМЗ и ТЭМ7).
Баллонные пневморессоры (рис. 2.74, а) работают только в вертикальном направлении, диафрагменные (рис. 2.74, б) — в вертикальном и горизонтальном, подушечные (рис. 2.74, в) — в вертикальном и продольном.
Комбинированные пневморессоры (рис. 2.74, г) допускают повышенные вертикальные перемещения по сравнению с диафрагменными. Сопротивления диафрагменной рессоры поперечной деформации возникает вследствие изменения площади и формы поверхности контакта оболочки с поршнем пневморессоры и частично из-за жесткости оболочки.
Для снижения вертикальной жесткости пневморессоры соединяют с дополнительным резервуаром большого объема, в качестве которого используют обычно внутренние полости отдельных балок рамы тележки или специальные баллоны.
Пневморессоры с дополнительным резервуаром соединяют трубопроводами, которые используют в качестве дросселей, обеспечивающих требуемый демпфирующий эффект.
Основные параметры пневморессор приведены в табл. 2.19.
В первом приближении жесткость пневморессоры можно принять равной:
(2.167)
где Sэ — эффективная (несущая) площадь пневморессоры; р0— давление в исходном положении статического равновесия; V0 — объем воздуха в положении статического равновесия; п — показатель политропы (при медленном статическом деформировании пневморессоры п = 1, а при динамическом п = 1,3—1,4); Δ — деформация пневморессоры.
|
О
Таблица
2.19 | ||||
Тип пневморес |
Нагрузка |
Внутреннее |
Наи |
Диаметр |
Высота, |
соры |
Р, кН |
рабочее давление, МПа |
больший прогиб, мм |
наружный, мм |
мм |
Балонная |
150 |
0,520 |
40 |
672 |
162 |
|
100 |
0,500 |
50 |
572 |
152 |
|
45 |
0,700 |
40 |
338 |
135 |
Диафрагменная |
100 |
0,500 |
50 |
371 |
168 |
|
100 |
0,500 |
30 |
570 |
165 |
|
150 |
0,518 |
50 |
682 |
180 |
Подушечная |
90 |
0,700 |
40 |
1100x244 |
110 |
§2.17. Опорно-возвращающие устройства.
В экипажной части тягового подвижного состава и вагонов для передачи вертикальной нагрузки от кузова на тележки, создания возвращающих сил и моментов при поперечном относе кузова и повороте тележки вокруг вертикальной оси применяются опорно - возвращающие устройства различной конструкции.
Для возможности оценки влияния поперечных связей кузова и тележек на горизонтальную динамику локомотива рассмотрим схемы, приведенные на рис. 2.75.
При жесткой связи в поперечном направлении рамы тележки с кузовом траектория движения неподрессоренных частей yн(х)навязывается тележке и кузову, что приводит к увеличению сил взаимодействия с путем Yвозм (рис. 2.75, а) и поперечных ускорений кузова ӱk .
При устранении жесткой связи и замене ее квазиупругой (рис. 2.75, б) силы поперечного взаимодействия с путем и ускорения кузова уменьшаются. Этот подход используется в отечественном локомо- тивостроении (тепловозы 2ТЭ116, ТЭП70).
Возможен и промежуточный вариант — снижение инерционной связи предоставлением кузову возможности поворота с упругой
Рисунок
2.75 – Схемы поперечной связи кузова и
тележки: а
— жесткая; б
— квазиупругая; в
— упругая поперечно-угловая.
поперечной угловой связью кузова с рамой тележки (рис. 2.75, в). Такое устройство применено на тепловозе ТЭП60.
Рассмотрим более подробно опорно-возвращающие устройства локомотивов, передающие массу кузова с оборудованием на тележки и возвращающие ее в первоначальное положение при выходе из кривых участков пути. Движение по прямым участкам сопровождается интенсивным вилянием тележек, которое вызвано конусностью бандажей и зазорами между их гребнями и головками рельсов. Для уменьшения виляния экипажа кроме возвращающего момента, создаваемого опорами кузова, необходимо обеспечивать демпфирование перемещений.
На тепловозах применяются различные конструктивные схемы опор и возвращающих устройств: роликовые с постоянным возвращающим моментом и моментом трения (тепловозы ТЭ10, 2ТЭ10Л и др.); комбинированные резино-роликовые опоры с упругим шкворневым устройством (2ТЭ10М, 2ТЭ10В, 2ТЭ116 и др.); маятниковые опоры с пружинными возвращающими устройствами (ТЭП60); пружинные, работающие на вертикальную и горизонтальную нагрузки (ТЭП70, ТЭП80, ТЭМ21); опоры на маятниковых подвесках (ТЭМ7, ЧМЭЗ).
Роликовые опорно-возвращающие устройства с постоянным возвращающим моментом и моментом трения. Устройства этого типа применены на тележках тепловозов ТЭЗ, ТЭ10, 2ТЭ10Л и др. (рис. 2.76).
Нагрузка от кузова передается через четыре роликовые опоры, установленные на боковины рамы тележки по окружности, центр которой является центром поворота тележки (рис. 2.77). Внутри корпуса 1 (см. рис. 2.76) помещен подвижный механизм опоры, состоящий из сферического гнезда 4, верхней опорной плиты 3 и цилиндрических роликов 2. Хвостовики роликов с обеих сторон входят в отверстия обойм 5, что обеспечивает их параллельное перемещение при перекатывании. Рабочие поверхности верхней 3 и нижней 6 опорных плит представляют собой наклонные плоскости. Внутренняя плоскость корпуса заполнена осевым маслом Л в летний период и маслом 3 — в зимний. Уровень масла необходимо поддерживать между верхней и нижней отметками маслоука - зателя. От пыли и влаги опора защищена брезентовым чехлом 7.
При прохождении тепловозом кривых участков пути тележка поворачивается, и в результате наклона поверхностей опорных плит возникают горизонтальные усилия, стремящиеся вернуть тележку в первоначальное положение. Тележка поворачивается по окружности вокруг центра шкворня, а ролики катятся по наклонным поверхностям, перемещаясь по прямой. В результате сферическое гнездо 4 проскальзывает по верхней опорной плите. Если оси опор повернуть относительно радиуса окружности, на которой они расположены, то перемещение сферического гнезда по опорной плите увеличится, и работа трения возрастет.
Рисунок
2.76 – Роликовое опорно-возвращающее
устройство тележки тепловоза 2ТЭ10Л.
Рисунок
2.77 – Схема расположения роликовых
опор.
Для получения возвращающих сил и моментов трения, необходимых для устойчивого положения тележки под тепловозом и плавного вписывания экипажа в кривую, после проведения испытаний был установлен угол наклона опорных плит, равный 2°, и угол поворота в плане, равный 5°. При этом возвращающий момент получился 17,95, а момент трения — 13,8 кН͘·м.
Опоры тепловозов обеспечивают только поворот тележек в плане относительно кузова. Продольные и поперечные горизонтальные силы от тележки к кузову передаются через шкворень.
Возвращающая сила опоры с наклонными плоскостями и роликами может быть определена по выражению
(2.168)
где Q0— нагрузка главной рамы на одну опору; α— угол наклона плоскостей опорных плит.
Это выражение справедливо, если пренебречь трением между роликами и плоскостями. При неправильном выборе угла наклона плоскости и при плохой смазке возвращающая сила превышает допустимую величину, что вызывает увеличение боковых усилий на рельс при движении локомотива в кривых.
Для предупреждения виляния локомотива в конструкции возвращающего устройства предусматривается начальная возвращающая сила, равная в среднем 20 кН.
Опорно-возвращающее устройство с пружинами типа «Флексикойл» тепловоза ТЭП70. Опорно-возвращающее устройство тележки тепловоза ТЭП70 (рис. 2.78), начиная с 8-го номера, включает группу из восьми пружин 3 типа «Флексикойл» (по четыре пружины на каждой боковине), упругое шкворневое устройство 7 с низким расположением шкворня 8, четыре вертикальных гидравлических гасителя 2 и два горизонтальных гасителя колебаний 4.
Рисунок
2.78 – Схема работы опорно-возвращающего
устройства тепловоза ТЭП70:
1
— рама тепловоза; 2
— гаситель вертикальных колебаний; 3
— пружины второй ступени подвешивания;
4
— гаситель горизонтальных колебаний;
5 — пружины первой ступени; 6 — рама
тележки; 7— пружинное устройство; 8
— низкоопущенный шкворень рамы.
Пружины закреплены от смещения своими опорными витками на раме тележки и кузова. При смещении ук кузова под действием центробежной силы Ск относительно тележки возникают противодействующие силы упругости пружин Fп, а при выборе поперечного зазора в шкворневом узле сила упругости пружин 7 — Fш. Одновременно поперечному относу (колебаниям) кузова препятствуют диссипативные силы сопротивления гасителей колебаний 4. При прекращении действия центробежной силы Ск пружины 3 и 7 возвращают кузов в первоначальное положение.
Возвращающая сила, возникающая при поперечном относе кузова, изменяется нелинейно.
При движении локомотива в прямых и кривых участках пути, кроме поперечных относительных перемещений кузова и тележек, возникают и угловые перемещения. При этом пружины 3 создают возвращающий момент. Величина этого момента определяется следующим образом (рис. 2.79).
Рисунок
2.79 – Схема для определения возвращающего
момента, создаваемого пружинами типа
«Флексикойл» тепловоза ТЭП70:
1—8
— пружины; 9
— рама тележки; 10
— шкворень
При повороте кузова относительно тележки на угол ψ в каждой пружине 3 возникает горизонтальная сила
(2.169)
Из-за малой величины угла поворота ψ (до 3—4°) можно принять
sin ψ≈ ψ, тогда
(2.170)
Возвращающий момент, действующий на тележку,
(2.171)
В конструкциях опорно-возвращающих устройств отечественных и зарубежных локомотивов с двухступенчатым рессорным подвешиванием в качестве упругих элементов второй ступени чаще всего используются пружины типа «Флексикойл» или резинометаллические опоры, работающие на сжатие и сдвиг. Для уменьшения возвращающего момента, создаваемого пружинами типа «Флексикойл», их устанавливают на резиновые амортизаторы.