Индивидуальное рессорное подвешивание.

Совокупность упругих элементов, связанных с передачей вертикальных нагрузок в конструкции локомотивов, называется упругим или рессорным подвешиванием.

Назначение: рессорное подвешивание предназначено для уменьшения динамического воздействия КП на рельсы при движении по неровностям пути, распределения нагрузок по колёсным парам и обеспечения плавности хода тепловоза.

Рессорное подвешивание бывает сбалансированное и индивидуальное, одноступенчатое и двухступенчатое.

Подвешивание, состоящее из независимых друг от друга упругих элементов (комплектов), называется несопряжённым или индивидуальным.

Одноступенчатой называется система подвешивания, в которой все упругие элементы (комплекты) размещены между рамой тележки и буксами КП.

Двухступенчатой называется система подвешивания, в которой, помимо первой (буксовой) ступени подвешивания, имеется вторая (центральная) ступень, упругие элементы этой ступени размещаются между главной рамой тепловоза и рамой тележки, т.е. входят в состав опорных устройств кузова.

Если нагрузка от рамы тележки на буксы передаётся последовательно через упругие элементы одного типа (цилиндрические спиральные пружины, либо листовые рессоры), подвешивание называют одинарным; если нагрузка передаётся последовательно через упругие элементы двух типов – двойным.

Конструкция: рессорное подвешивание тележки бесчелюстного типа выполнено одноступенчатым, одинарным (только пружины) и индивидуальным для каждого буксового узла КП. Оно состоит из шести одинаковых групп. Каждая группа состоит из двух одинаковых пружинных комплектов, установленных между опорными кронштейнами корпуса буксы и кронштейнами рамы тележки.

Пружинный комплект включает: три цилиндрических спиральных пружины – наружную, среднюю и внутреннюю – вставленные друг в друга; две опорные ступенчатой конфигурации плиты и регулировочные прокладки. Для исключения касания и заскакивания витков одной пружины между витками другой, их размещают с диаметральным зазором не менее 5 мм на сторону; кроме того пружины навивают в разные стороны. Статическая нагрузка на комплект воспринимается пружинами в соотношении: наружной – 65%, средней – 23%, внутренней – 12%.

Пружины комплектов навивают из прутков пружинной стали 60С2А диаметров: для наружных пружин – 36 мм, для средних – 23 мм, для внутренних – 16 мм.

Для выравнивания величин статических нагрузок, передаваемых КП одной тележки на рельсы, значения жёсткости и высоты комплекта в свободном состоянии пружин не должны значительно отличаться друг от друга. С этой целью пружины разграничивают по жёсткости на три группы. Номер группы для комплекта устанавливают по номеру группы наружной пружины. Формируют комплекты следующим образом: если наружная пружина 1 группы, то внутренние – 1 или 2; если наружная пружина 2 группы, то внутренние – 1, 2 или 3; если наружная пружина 3 группы, то внутренние – 2 или 3. Перед установкой на тележку пружинные комплекты собирают и стягивают специальными технологическими болтами, которые после монтажа комплектов снимают.

Осадка пружинных комплектов под приложенной нагрузкой составляет 126 мм, что позволяет обеспечить зазор в 40 – 50 мм между буксовыми головками поводков и нижними листами боковин рамы тележки, необходимый во избежание ударов при колебаниях надрессорного строения.

Параллельно каждой группе рессорного подвешивания установлен фрикционный гаситель колебаний, способный одновременно гасить все три вида колебаний: подпрыгивание, галопирование и поперечную качку.

Гаситель состоит из корпуса, приваренного через подкладку к вертикальному листу боковины рамы тележки; поршня, связанного штоком с уголковым кронштейном передней крышки буксы; двух вкладышей с приклёпанными (либо приклеенными) накладками из износостойкого фрикционного материала; пружины; крышки; болтов крепления крышки; защитного кожуха (колпака). Для компенсации поперечных перемещений буксы относительно рамы тележки шток гасителя соединён с кронштейном передней крышки буксы и внутренней перегородкой поршня сферическими шарнирами, состоящими из сухарей, обойм и резинометаллических амортизаторов.

Материалом фрикционных накладок вкладышей служит лента тормозная ЭМ-1 вальцованная толщиной 6 – 8 мм. Вкладыши установлены в корпус гасителя по обеим сторонам поршня, прижимаются к его наружной поверхности пружиной, расположенной между наружным вкладышем и крышкой, удерживаются от проворота шпонкой, вставленной в сквозное отверстие корпуса сбоку. Пружина поджимается четырьмя болтами, крепящими крышку. Для предохранения рабочих поверхностей гасителя от попадания пыли и влаги сверху на корпус гасителя установлен быстросъёмный пластмассовый кожух, удерживаемый двумя пружинами растяжения за кольцо.

При вертикальных колебаниях рессорного подвешивания поршень перемещается относительно вкладышей, преодолевая силу трения от нажатия пружины, на что расходуется часть энергии колеблющихся масс, и тем самым осуществляется гашение колебаний. Величина силы трения, реализуемая одним гасителем с новыми фрикционными накладками, составляет 400 кгс.

 

Расчет характеристик рессор. Сила трения зависит от нагрузки на рессору

 

F_ТР = y_тр Р, (14.1)

 

где y_тр – коэффициент относительного трения рессоры; Р – нагрузка на рессору.

В свою очередь

y_тр = , (14.2)

 

где m – коэффициент трения, принимается равным 0,4; n – число листов; h – ширина листа; L – длина листа.

Нагрузка на рессору определяется

 

Р = Ж f, (14.3)

 

где Ж – жесткость рессоры; f – прогиб рессоры.

При нагружении рессоры сила, необходимая для прогиба рессоры, определяется

 

Р_Н = Р + F_ТР = Р + y_тр Р = Р (1 + y_тр). (14.4)

 

Для обеспечения гашения колебаний при достаточной гибкости коэффициент относительного трения должен быть в пределах y_тр = (5–6) %.

Жесткость листовой рессоры зависит от следующих параметров:

 

Ж_Р = , (14.5)

 

где Е – модуль упругости для стали равен 2,05×10⁵, МПа; b – ширина листа, м; h – толщина листа, м; n_К – число коренных листов; n_С – число ступенчатых листов; L – длина листа, м; a – ширина хомута, м

Пружины. Они предназначены для сглаживания ударов и толчков, передаваемых от колесной пары на подрессоренную массу экипажной части. Пружины изготовляются из стальных прутков круглого сечения марки 60С2. Для обеспечения плотного прилегания к плоскости концы заготовок оттягивают на длине 3/4 витка. После изготовления пружину подвергают термообработке: закалке при нагреве до t = 870 °С, с последующим отпуском, после нагрева до t = 460 °С. При установке в узле нескольких пружин для устранения закручивания торцовых опор и перекоса их изготавливают с разными навивками (правой и левой).

По своей жесткости пружины делятся на группы и для обеспечения минимальной разницы в нагрузках от колесных пар наружные пружины в тележке должны быть одной группы жесткости.

Расчет характеристик пружин. Основной характеристикой пружины является ее жесткость

 

Ж_ПР = , (14.6)

 

где d – диаметр прутка, м; G – модуль сдвига, МПа; n_Р – число рабочих витков; D – диаметр пружины, м

Резиновые амортизаторы. Они предназначены для гашения высокочастотных колебаний и снижения уровня шума. Резиновые амортизаторы обычно соединяют с металлическими пластинами путем вулканизации. Резиновые амортизаторы выполняют в виде сплошных или кольцевых шайб. В них резина испытывает деформации сжатия, сдвига и сложного сопротивления. В качестве материала используется морозостойкая резина.

Расчет характеристик амортизатора. Основными характеристиками амортизатора являются:

– твердость резины (по Шору), h = 30–70;

– модуль упругости, кН/м², который зависит от твердости резины

 

Е_Р = , (14.7)

– сжимающее напряжение, кН,

= , (14.8)

 

где Р – сжимающая сила, кН; S_a – площадь поперечного сечения, м²;

– жесткость

Ж_РА = , (14.9)

 

где F – площадь амортизатора, м²; Н – высота амортизатора, м

 

F = , (14.10)

 

где D_А и d_A – наружный и внутренний диаметры амортизатора.

Гасители колебаний. Предназначены для гашения колебаний надрессорного строения локомотива. Гасители колебаний, используемые на локомотивах, могут быть фрикционного или гидравлического действия.

Фрикционные гасители работают за счет сухого трения, возникаемого за счет действия пружины. Используются гасители постоянной или переменной силы трения (т. е. силой трения пропорциональной перемещению). Гасители с постоянной силой трения устанавливаются в первой ступени рессорного подвешивания тепловозов серии 2ТЭ116, 3ТЭ10М, ТЭМ18.

Фрикционный гаситель имеет поршень, соединенный с буксой, и вкладыши, установленные в корпусе, связанном с рамой тележки. На внутреннюю поверхность вкладышей крепятся фрикционные накладки. Силу трения регулируют за счет жесткости пружины. Работа трения гасит колебания надрессорной части локомотива и пропорциональна амплитуде колебаний (рис. 12.1).

 

Рис. 12.1. Фрикционный гаситель колебаний: 1 – рама тележки;

2 – вкладыш; 3 – поршень; 4 – пружина; 5 – шарнир; 6 – крышка; 7 – букса

 

При коэффициенте трения вальцовачной ленты около 0,4 и силе нажатия пружины 5 кН суммарная сила трения составляет 2 кН.

Фрикционный гаситель колебаний хорошо гасит колебания при нормальном состоянии пути и он может отказать при наличии в нем неисправностей. Кроме этого, фрикционные гасители колебаний снижают чувствительность рессорного подвешивания, так как начинают работать тогда, когда возникает толчок, достаточный для преодоления в нем силы трения.

Гидравлические гасители колебаний работают за счет преодоления сопротивления при движении жидкости. На тепловозе ТЭП70 на каждой тележке установлено 4 вертикальных и 2 горизонтальных гасителей.

Гидравлический амортизатор имеет цилиндр, поршень со штоком и клапаны (рис. 12.2).

 

Рис. 12.2. Гидравлический амортизатор:
1 – цилиндр; 2 – дроссельное отверстие;
3 – клапан; 4 – поршень со штоком; 5 – клапан

 

При работе амортизаторов масло дросселируется из полости под поршнем А в полость над поршнем В, создавая демпфирующие силы за счет сил сопротивления протеканию масла без использования сил трения и силы пружины.

При малых относительных скоростях считается, что сила сопротивления пропорциональна первой степени скорости перемещения поршня относительно цилиндра

 

F = b V, (14.11)

 

где b – коэффициент вязкого сопротивления или параметр сопротивления демпфера; V – скорость перемещения поршня.

Характеристика гидравлического амортизатора может быть симметричной и несимметричной. В первом случае силы сопротивления при ходе на растяжение и сжатие одинаковы. Во втором случае – разные. Гасители с симметричной характеристикой устанавливают на второй ступени рессорного подвешивания. В буксовой ступени рессорного подвешивания целесообразно использовать амортизаторы с несимметричной характеристикой, так как при движении колеса по выпуклой неровности возникают большие усилия, чем при движении по впадине.