Рис. 51. Рессорное подвешивание тепловозов ТЭЗ и 2ТЭ10Л:

/ - листовая рессора; 2,8 - спиральная пружина; 3 - резиновый амортизатор; 4, 9, 12, 14 - валнкн; 5 - П-образная подвеска; 6 - балансир; 7 - опора балансира; 10- клапан для смазки; - подвеска пружины; 13 - втулка; 15 - подвеска

ннем необходимо выполнять строго симметричными относительно продольной вертикальной плоскости и в эксплуатации периодически проверять на весах и восстанавливать исходные нагрузки па колеса.

Трехточечное подвешивание не реагирует на неправильный подбор или потерю части несущей способности любого упругого элемента. Однако такое подвешивание обладает меньшей угловой жесткостью относительно продольной оси локомотива, что приводит в ряде случаев к повышенной боковой качке в эксплуатации.

На отечественных тепловозах ТЭЗ, 2ТЭ10Л, ТЭМ1, ТЭМ2 и др. наиболее распространено одноступенчатое сбалансированное (четырехточечное) рессорное подвешивание из листовых рессор и спиральных пружин (рис. 51). Нагрузка на буксы передается через балансиры 6. Спиральные пружины 2, расположеннью по обе стороны листовой рессоры /, передают нагрузку от рамы тележки на хомут рессоры через подвеску 15 и валик 4. Концы листовой рессоры соединены с концами балансиров также при помощи подвесок 5 и валиков 12 и 14. Нагрузка на пружины передается через круглые резинометаллические прокладки. Стальные валики н втулки подвергнуты предварительной закалке и смазаны консистентной смазкой, запрессовываемой через клапаны на торцах валиков.

Достоинства сбалансированного рессорного подвешивания проявляются и при движении по неровностям пути. При наезде на неровности пути одним из колес нагрузка перераспределяется между остальными, связанными балансирами. Однако при скоростях движения свыше 60 км/ч вследствие большой инерционности балансиров и рессор резко уменьшается эффект перераспределения нагрузок, а нагрузка от колесной пары на путь может даже возрастать. Кроме того, шарнирные соединения в эксплуатации подвержены сильному износу,

причиной которого являются значительные давления между валиками и втулками, особенно возрастающие вследствие перекосов подвесок при поперечных перемещениях (наличие зазоров между наличниками букс и рам тележек) букс относительно рамы тележки. В связи с этим шарнирная система, соединяющая упругие элементы одной стороны тележки, недостаточно чувствительна из-за значительного трения в шарнирах. Эти факторы существенно уменьшают теоретические преимущества сбалансированной системы рессорного подвешивания в отношении выравнивания нагрузок на колеса.

Реализовать гашение колебаний обрессоренного строения конструктивно значительно проще при наличии сбалансированного рессорного подвешивания.

Основные характеристики рессорного подвешивания. К основным характеристикам рессорного подвешивания относят жесткость ступеней, суммарную жесткость, степень демпфирования, распределение демпфирования по ступеням. Часто вместо жесткости подвешивания указывают прогиб под статической нагрузкой, приходящийся на ступень (статический прогиб).

Статический прогиб ступени подвешивания

Дет = NJж,

где Л/д - нагрузка на ступень подвешивания; - жесткость ступени подвешивания.

При двухступенчатом подвешивании вводят характеристику суммарного статического прогиба

Дсг S ~ ст. в Л Act. hi

где Act.в И ct.ii - статичсский прогиб соответственно верхней и нижней ступеней подвешивания.

Гашение (диссипация) энергии колебаний осуществляется как в самих элементах подвешивания, так и в специально предназначенных для этого элементах - гасителях колебаний. В зависимости от физической природы диссипации силы гашения подразделяют на следующие Три основные группы:

фрикционные, характеризуемые силой трения N, которая в первом приближении зависит только от скорости А относительной деформации соответствующего элемента; Л/р = Л/р sign А;

гидравлические, сила гашения которых пропорциональна скорости относительных перемещений; Л/р = сК, где с - коэффициент пропорциональности (параметр гидравлического гасителя колебаний);

силы конструкционного демпфирования элементов, в первом приближении пропорциональные относительной деформации элементов и оцениваемые декрементом колебаний б.

Потребную величину демпфирования фрикционными гасителями колебаний оценивают при помощи так называемой зоны трения подвешивания бр. Для ступени подвешивания

бтр = Л/тр/Ж,

где ж - жесткость упругих элементов подвешивания, параллельно с которыми работает фрикционный гаситель.

Потребную величину демпфирования гидравлическими гасителями колебаний оценивают безразмерным параметром демпфирования D.

Для одноступенчатого подвешивания

D = c/2 Ужт,

где т - масса обрессоренной части локомотива. Для двухступенчатого подвешивания

1(\т.в/Дст2) + 2(Дсх.и/Дсгх)

2/i (-

1 + Ж1/Ж2

(15)

где Д - низшая собственная частота системы. Собственная частота системы

к 2 = }0,5 (а + с) ± 1/ (а + cfH -c(a-b),

где а = {ж-1 + Ж2)1т1; Б = щ!, с = жт, ж- и ж - жесткости верхней и нижней ступеней подвешивания; тя - массы обрессоренных частей кузова и тележек; и Са - параметры гасителей верхней и нижней ступеней подвешивания.

Рациональный суммарный статический прогиб рессорного подвешивания и его распределение по ступеням, тип гасителей колебаний, параметры демпфирования и их распределение по ступеням подвешивания зависят от конкретной схемы подвешивания, типа локомотива, характеристик путей, на которых предполагается его эксплуатация. Эти величины определяют в результате исследований колебаний локомотива.

Общепринятым можно считать требование наличия достаточно больших значений статического прогиба, увеличивающегося с возрастанием конструкционной скорости локомотива. По рекомендации ЦНИИ МПС статический прогиб cTS ™ должен быть примерно равным конструкционной скорости локомотива V, км/ч. Суммарный статический прогиб двухступенчатого подвешивания следует принимать примерно на 20% больше, чем одноступенчатого подвешивания. Необходимо стремиться к неравномерному распределению общего статического прогиба между ступенями подвешивания. При этом в ступени с большим статическим прогибом подвешивания обязательно располагают гасители колебаний.

В зависимости от конструкционной скорости локомотива параметр D = = 0,15-7-0,30 (с увеличением скорости движения параметр D уменьшается). Для эквивалентной одноосной тележки при диссипации энергии только фрикционными гасителями зона трения бр = 5 мм. Значение бгр уменьшают с увеличением числа осей в тележке и расстояния между ними. При эксплуатации локомотива на путях с большими амплитудами неровностей значение бр увеличивают. Гасители колебаний, если они предусмотрены в нижней ступени подвешивания, необходимо располагать над крайними осями тележки для эффективного гашения колебаний галопирования ее рамы.

Жесткость сложной системы рессорного подвешивания. В системе подвешивания упругие элементы могут быть соединены

Рис. 52. Схемы соединения (загружения) рессор:

а - параллельное; б - последовательное

параллельно, последовательно или сложным образом в отдельную точку подвешивания.

Параллельно включенные элементы имеют одинаковый прогиб А под действием общей силы (рис. 52, а), даже если их жесткости а»!, даса, ж различны. В каждом упругом элементе рессоры силы Л/i = АдаСх, N2 = Ажг, Л/з = АдаСд. В то же время сила N равна сумме сил, действующих на каждый упругий элемент, т. е. Л/ = Л/i + Л/г + Л/з = А (ж + Жз + ж. Все упругие элементы можно заменить одним с жесткостью ж при условии, что N = Адас. Так как Адас = А (ж- -\- жЛ- ж), то получим ж = = Жх -\- Ж2 + даСз, т. е. общая жесткость равна сумме жесткостей отдельных упругих элементов, расположенных параллельно.

Последовательно включенные упругие элементы под действием одной и той же силы имеют прогиб, обратно пропорциональный их жесткости (рис. 52, б), т. е. А = М/ж, = М/ж, A3 = = N/жз. Общий прогиб группы упругих элементов А = А -f -f Аз + A3 = Л/ (l/aKj. + \/ж2 + l/aKg). Заменяя группу упругих элементов одним элементом, эквивалентным с суммарной жесткостью ж, получим А = N/ж или \/ж = (l/wCj. + 1/Жз + 1/жз). Величину, обратно пропорциональную жесткости, называют гибкостью. Суммарная гибкость

Г = Г + Г2 + Г,.

Пусть имеется группа, состоящая из т упругих элементов, объединенных при помощи балансиров, причем равнодействующая всех вертикальных нагрузок, передаваемых от рамы тележки на буксы колесных пар точки подвешивания, равна N. Обозначим через Л/,-, Ж1 и А; соответственно нагрузку, жесткость и деформацию г-го элемента, а через ж и А соответственно жесткость и статический прогиб точки подвешивания. Тогда из условия равенства работ

0,5/VA = 1; 0,5/V,A,

NVж = Г Nj/ж.

! = 1

Рис. 53. Зависимость прогиба от нагрузки:

а - цилиндрической пружниы; б - резинового амортизатора; в - листовой рессоры; / - при нагрузке; 2 - при разгрузке

Обозначая через Я,. = NJN отношение нагрузки на г-й элемент к нагрузке на точку подвешивания, получим

\j=l

Если какие-либо элементы k, (k+ 1) передают нагрузку последовательно, то для этой подгруппы ~ К+1-

Пример. Определим жесткость рессорного подвешивания одной стороны тележки тепловоза 2ТЭ10Л (см. рис. 51). Обозначим через Жх, ж, ую соответственно жесткости листовой рессоры, пружины и резинового амортизатора. Тогда %1 = 1/3, Я,2 = 1/6 и = 1/6. Нагрузка на каждый из упругих элементов отнесена к нагрузке, передаваемой на одну сторону тележки. В этом случае

1 18Ж1Ж;Жз

(1/3)2 (2/i) + (1/6)2 (6/) (1уб)2 ~ 4ж,ж + Зжж, + Зжж, •

При Ж1 = 173-10* Н/м, жа = 107-10* Н/м и ж, = 10 Н/м получим ж = 332.10* Н/м.

Жесткость для ряда упругих элементов является величиной постоянной (цилиндрические пружины с постоянным шагом, большая часть листовых рессор). Для других упругих элементов (конические пружины, пневматические рессоры, резиновые амортизаторы при больших деформациях) жесткость обусловлена величиной их прогиба и может зависеть от скорости деформации.

Зависимость (силовая характеристика) между нагрузкой и прогибом рессоры или пружины характеризует их упругие свойства и способность к диссипации энергии колебаний. Для цилиндрических пружин, практически не способных рассеивать энергию колебаний, линии нагрузки и разгрузки совпадают и представляют собой прямую (рис. 53, а). Зависимость между нагрузкой и прогибом резиновых амортизаторов и пневматических рессор нелинейна (рис. 53, б), при этом линии нагрузки и разгрузки образуют петлю, площадь которой характеризует величину рассеивания энергии. На силовой характеристике листовой рессоры (рис. 53, в) нагрузка 84

изменяется пропорционально прогибу, жесткость рессоры постоянна. Но вследствие значительных сил трения между листами жесткость рессоры при разгрузке меньше, чем при нагрузке. При отсутствии трения силовая характеристика определялась бы одной прямой ОМ и жесткостью рессоры.

Трение в рессоре оценивается так называемым коэффициентом относительного трения фр = iVp/AT.

Сила трения /Vp связана с прогибом А рессоры и жесткостью ж рессоры, следующей зависимостью:

М, = Фр/V = фрЖА.

Площадь заштрихованного четырехугольника численно равна работе сил трения на пути от А до Ап,ах и обратно. Коэффициент относительного трения для листовой рессоры

Фр = 2Цр(я2- l)(/ipL),

где [Хтр-коэффициент трения между листами, принимаемый в зависимости от условий смазки 0,3-0,4; - общее число листов рессоры; Лр - толщина листа; L - длина рессоры (расстояние между опорами).

Коэффициент относительного трения рессорного подвешивания тележки с т рессорами

где Яр - отношение нагрузки на рессору к весу обрессоренной части, приходящемуся на всю тележку; Жр и - жесткость соответственно рессоры и рессорного подвешивания тележки (без учета трения).

Наличие в сбалансированном подвешивании листовых рессор приводит к тому, что жесткость подвешивания оказывается зависящей от величины прогиба его при колебаниях. Так, если динамическая нагрузка /V„„h на. листовую рессору меньше силы трения /Vp в ней, то рессора не деформируется и ее жесткость может быть принята бесконечно большой. В этом случае жесткость точки подвешивания тепловоза 2ТЭ10Л (см. рис. 53)

ж = 6Ж2Жз/(Ж2 -f Жз).

Подставляя ранее принятые значения, получим ж = 580-10* Н/м, т. е. на 75% выше жесткости при работе листовых рессор.

Цилиндрические винтовые пружины для подвижного состава изготовляют в соответствии с ГОСТ 14959-69 из прутков круглого сечения горячекатанной пружинной и рессорной стали 55С2, 60С2, 65С2ВА. Допустимо применять стали 60С2А и 60С2ХФА. Твердость пружины в термообработанном состоянии должна быть равна НВ 370-440 или HRC 40-47. После термической обработки пружины необходимо упрочнять наклепом дробью, заневолива-нием или другими способами. Режимы термообработки и упрочнения выбирают такими, чтобы они обеспечивали долговечность