Рельсовый путь всегда имеет неровности, а колесные пары, имеющие к тому же коническую поверхность бандажей, перемещаясь по этим неровностям, совершают колебательные движения. Колебания их передаются на кузов электровоза или вагона электропоезда, который также начинает колебаться вокруг продольной оси (боковая качка), поперечной (галопирование), вертикальной (виляние), параллельно продольной оси (подпрыгивание) и вдоль поперечной оси (относ). Чтобы кузов не повторял ко лебаний колесных пар и двигался по возможности плавно, обеспечивают его опи-рание на рамы тележек, а рам на колесные пары через рессорное подвешивание, состоящее из системы пружин, листовых рессор, подвесок, гасителей колебаний и других элементов.

Рессорное подвешивание обладает необходимой упругостью и способностью поглощать (гасить) возникающие при движении э. п. с. вертикальные и боковые силы, под действием которых происходят колебания. Рессорное подвешивание также равномерно распределяет нагрузки между колесными парами и колесами.

От конструктивных особенностей рессорного подвешивания и его параметров, а также от того, как распределены колеблющиеся массы кузова и тележки, зависят так называемые динамические характеристики электровоза или вагона электропоезда. Рессорное подвешивание стремятся сделать как можно мягче, снижая этим чувствительность локомотива к состоянию пути.

Жесткость ж рессоры или цилиндрической пружины характеризуется нагрузкой Р, вызывающей прогиб 1 рессоры или пружины на 1 мм. Жесткость ж - Р/[ измеряется в ньютонах или килограммах на 1 мм. Статический прогиб рессоры /ст =

= Ясв - Нгр, где Нсв - высота без нагрузки, т е свободная; Нгр - высота под нагрузкой Р. Гибкостью /о рессоры или пружины называется величина, обратная жесткости, т. е, /о = 1 /ж. В комплектах, состоящих из нескольких параллельно расположенных листовых рессор или пружин, имеющих разные жесткости жи ж2, ж3,..., жп и сжимаемых таким образом, что все рессоры или пружины получают одинаковый прогиб /, общая жесткость равна сумме жесткостей отдельных рессор.

Если рессоры соединены последовательно, то каждая из них подвергается действию силы Р и дает прогиб, обратно пропорциональный жесткости; общий прогиб является суммой прогибов отдельных рессор; общая гибкость равна сумме их гибкостей.

При сложном рессорном подвешивании, когда имеются несколько последовательно соединенных групп, состоящих из параллельно соединенных рессор, сначала находят жесткость, а затем гибкость каждой группы рессор отдельно. Затем, сложив гибкости, получают общую гибкость сложного рессорного подвешивания.

Например, если рессорное подвешивание состоит из двух последовательно соединенных групп, в первой группе параллельно соединены две пружины с жесткостями ж1 и ж2, во второй группе - три с жесткостями ж3, ж4 и ж5, тогда жесткость первой группы Ж1 = Ж) + Ж2, второй группы ж" = Жл + Жа + + жь. Гибкость этих групп будет }о = 1 /ж' = = \/(Ж1 + Ж2) и /о' = 1 /ж = 1/(иСз + Ж* + + ж3). Общая гибкость /ооб = ^6 + Ра

Рессорное подвешивание локомотива выполняют по возможности с меньшей жесткостью, амплитуды колебаний ограничивают, вводя специальные гасители, т. е. элементы, рассеивающие энергию колебаний

На электровозах и электропоездах первых выпусков в качестве упругих элементов широкое распространение получили листовые рессоры. Рассеяние энергии колебаний в системе, имеющей листовые рессоры, происходит за счет сил трения, возникающих между листами. Однако эти силы, а следовательно, и коэффициент трения нестабильны, что является большим недостатком листовых рессор. Как показали наблюдения, после сравнительно непродолжительной эксплуатации силы трения увеличиваются в 5-6 раз по сравнению с силами трения в рессорах, выпущенных заводом-изготовите-лем. Это приводит к резкому изменению динамики локомотива.

Чтобы избежать указанного недостатка, рессорное подвешивание стали выполнять из витых цилиндрических пружин, включая параллельно им демпфирующее устройство.

Различают демпферы сухого и вязкого трения. В демпфере сухого трения энергия колебаний гасится силами трения, возникающими при скольжении одного твердого тела по другому Обычно в нем предусматривают регулировочное устройство, с помощью которого устанавливают наперед заданное значение демпфирующей силы. В эксплуатации это регулировочное устройство дает возможность сохранить выбранные параметры

Основным недостатком такого демпфера является его чувствительность к размерам возмущающих колебаний, т е. конкретная демпфирующая сила обеспечивает оптимальное демпфирование колебаний только в интервале определенных по амплитуде неровностей пути Если амплитуды неровностей при той же демпфирующей силе будут меньше, т. е. если эквивалентные этим неровностям возмущающие силы будут меньше демпфирующей, то упругие элементы, установленные параллельно с демпфером, не будут перемещаться В этом случае все импульсы от неподрессоренных элементов на подрессоренные будут передаваться жестко Если амплитуды неровностей больше определенных указанным интервалом, то энергия, поглощаемая демпфером, меньше энергии, необходимой для поддержания в системе допустимого уровня колебаний. Более сложен по конструкции, но свободен от указанных недостатков демпфер вязкого трения (гидравлический гаситель).

Конструктивно не всегда можно разместить элементы рессорного подвешивания, выбранного в соответствии с требуемой жесткостью, в буксовом узле (между буксой и рамой тележки). В этом случае его делят на ступени: первую (буксовую), и вторую, размещаемую между рамой тележки и кузовом.

Такие параметры, как жескость и тип рессорного подвешивания, способ и степень демпфирования в сочетании с задан ными массами и моментами инерции подрессоренных элементов, определяют характеристики вертикальной динамики локомотива, т. е колебаний галопирования, подпрыгивания и боковой качки.

Несравненно большую трудность представляет выбор параметров, определяющих горизонтальную динамику.

Конструкция отдельных узлов, а также экипажа в целом определяет плавность хода локомотива в горизонтальной плоскости. Ряд факторов, способствующих спокойному ходу локомотива в прямых участках пути, отрицательно сказывается на прохождении им кривых и наоборот. Так, благоприятным для прохождения кривых является наличие свободных раз-бегов осей колесных пар, для улучшения же плавности хода в прямых необходимо исключить все возможные взаимные перемещения элементов экипажа в горизонтальной плоскости. Для спокойного прохождения кривых малого радиуса с минимальным воздействием на путь полезно применять горизонтальное сочленение тележек, при движении же в прямых участках пути и особенно при входе в кривую оно является вредным.

В экипажах различных типов эти проблемы решаются по-разному, однако в конструкциях всех современных локомотивов имеются и общие тенденции. Массы тележек и кузова в горизонтальной плоскости разделяют, т. е. между ними исключают жесткую поперечную связь. Поэтому становится необходимым применение устройств, возвращающих кузов в соосное с тележками положение после отклонений от него, а также элементов, демпфирующих горизонтальные колебания кузова относительно тележек, возникающие прн извилистом движении экипажа. Упругая характеристика возвращающего устройства должна обеспечивать начальное отклонение кузова относительно тележек при незначительных возвращающих силах. Это способствует плавному, без передачи толчков и больших поперечных усилий на кузов прохождению локомотивом горизонтальных неровностей пути; одновременно снижаются силы, передаваемые от локомотива на путь, так как в этом случае во взаимодействии участвуют практически только массы тележки. При увеличении смещения кузова от соосного положения возвращающее усилие должно резко возрастать, ограничивая это движение. Демпфирование поперечных колебаний увеличивает воздействие локомотива на путь при вписывании в кривые, препятствуя повороту тележек под кузовом. Это ограничивает значение демпфирующих сил, т. е. определяет степень демфи-рования.

Применяют упругое горизонтальное сочленение тележек, конструктивно предусматривающее их взаимное свободное перемещение на величину, которая обеспечивает независимое движение в прямых участках пути. Это создает и более благоприятные условия входа экипажа в кривые.

Буксовые узлы | Электровозы и электропоезда | Схемы и элементы рессорного подвешивания

Рекомендуемый контент: