Исследование конструкции рессорного подвешивания

Лабораторная работа №5

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 называется 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.

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 (исходя из обеспечения нормальных условий для локомотивной бригады) — 1,8—2,2 Гц. Для оценки эффективности рессорного подвешивания локомотива достаточно сказать, что оно снижает ускорение и частоту колеба­ний подрессоренных масс по сравнению с неподрессоренными в 10—15 раз.

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 и 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, пред­ставляющего собой отношение работы трения к работе сил упругости. Напри­мер, работу трения и работу сил упругости листовой рессоры можно найти из характеристики ее нагружения (рис. 1). Под статической нагрузкой Рст про­гиб рессоры равен ƒ_ст(точка С). При возникновении колебаний под действием дополнительной динамической нагрузки рессора прогнется на 2ДИН, при этом некоторое усилие сначала требуется для преодоления трения в листах рессоры пока начнется динамический прогиб. При разгрузке (колебания вверх) упру­гие силы рессоры заставляют листы вернуться в исходное положение.

Рис. 23. Характеристика нагружения рессоры

При этом нагрузка снизится ниже статической и прогиб рессоры уменьшится относитель­но первоначального положения (при статической нагрузке) еще на Zдин. При последующем движении надрессорного строения вниз вновь преодолевается сопротивление трения в листах рессоры (линия А — А') и прогиб достигнет 2 Zдин.При обратном движении надрессорного строения разгрузка будет происходить по линии Б — Б'. Пло­щадь, заключенная между линиями нагружения и разгружения АА'ББ', и будет представлять работу сил тре­ния, а работа упругих сил опреде­ляется площадью под линией О'С'. Если через точки А и Б провести ли­нию, то тангенс угла наклона этой ли­нии к оси абсцисс, т. е. к оси проги­бов, даст динамическую жесткость рессоры. Прогиб ƒэкв называется экви­валентным прогибом, он меньше ста­тического и определяет фактические качества подвешивания.

Сбалансированное рессорное под­вешивание.

Рессорное подвешивание тепловозов ТЭЗ, 2ТЭ10Л, ТЭМ2, М62 включает рессорные и концевые узлы, соединенные балансирами. Нагрузка от рамы тележки на буксу через концевой узел передается посредством пру­жины 7 (рис. 24), 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, 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, наплавленной твердосплавным электродом марки Ж4 или 50 ХФА. Толщина наплавленного слоя должна быть 2,5—3,5 мм. Опираются балансиры на закаленные упоры, запрессованные в корпус буксы. Шарнирные соединения состоят из валиков (сталь 5), вставляемых свобод­но от руки в закаленные втулки, запрессованные 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. Остальные валики имеют ступенчатую форму. Их средняя часть выполне­на с меньшим диаметром, внутренний же диаметр всех втулок одинаков. Поэто­му втулки, опирающиеся на среднюю часть валиков, имеют возможность при взаимных перемещениях перекатываться по ним, как на призмах. В этом слу­чае трение скольжения заменяется трением качения и шарнирные соединения изнашиваются меньше.

Прямое назначение балансиров — выравнивать нагрузку между колесны­ми парами при наезде на неровности—выполняется лишь 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. (Точкой рессорного подвешивания называют группу рессор и пружин, объединенных балансирами. На каждой стороне тележки по одной точке подвешивания.) Устройство рессорного подвешивания можно уяснить из общего вида тепло­воза. Нагрузка на буксу 10 передается через концевой узел резино­вым амортизатором 24 и пружиной 19, установленной на опорной шайбе подбуксового балансира 16. Пружина центрирована нижним и верхним направля­ющими стаканами, фиксированными в подбуксовом балансире и раме тележки. Рессорный узел включает прямоугольный резиновый амортизатор 23, установ­ленный в опорном гнезде рамы тележки, рессору, средние пружины. Нагрузка от рамы тележки через амортизатор и рессору передается посредством подвесок на двуплечий балансир 17, опирающийся своими концами на средние пружины. Рессорный балансир представляет собой два стальных листа толщиной 20 мм, соединенных по концам литыми опорами. Этими опорами рессорный балансир опирается на пружины через опорные камни. Контактные поверхности опоры и камня имеют цилиндрическую форму, образованную соответственно радиу­сами 130 и 160 мм. Твердость поверхностей HRC 40—50. Средние пружины вхо­дят в цилиндрические гнезда подбуксовых балансиров и нагружают через них буксу. Пружины сверху центрированы направляющими стаканами.

Рис. 24. Рессорное подвешивание тележки:

1 — балансир; 2, 18 — подвески; 3 — скоба предохранительная; 4 — втулка; 5, 13, 15, 17— валики;

6 — кронштейн; 7— пружина; 8 — амортизатор; 9 — хомут; 10 — рессора; 11 — тарелка; 12 — клапан смазки; 14 — опора рессоры; 16 — тарелка; 19 — прокладка; 20 — шплинт; 21 – гайка

В пассажирских тепловозах для уменьшения динамического воз­действия на путь применяют двухступенчатое рессорное подвешивание.

Первая ступень представляет собой упругую связь между рамой тележки и буксами колесных пар. Вторая ступень рессорного подве­шивания осуществляет упругую связь между кузовом тепловоза и рамой тележки. На тепловозах ТЭП60 и ТЭП 70 до № 008 (рис. 25) первая ступень подве­шивания состоит из балансиров 8, пружин 1 и 2, листовых рессор 5 с амортизаторами 7 и Р. Вторая ступень имеет две главные маятнико­вые опоры 4 с резиновыми конусными амортизаторами 10 по концам и четыре боковые спиральные пружины 3,

Маятниковые опоры 4 выполнены с упругими резиновыми амор­тизаторами 10 и возвращающими механизмами с пружинами 11 двух­стороннего действия, центрирующими тележки относительно рамы кузова при боковом перемещении и повороте.

Боковые опоры представляют собой пружины 3, размещенные в кронштейнах тележки и нагруженные через стаканы вертикальными стойками, воспринимающими нагрузку от главной рамы через шаро­вые опоры трения 12. На раме тележки укреплены скобы 13, допус­кающие только небольшое отклонение стоек.

Рис. 25. Схема двухступенчатого рессорного подвешивания тепловозов ТЭП60, ТЭП 70 (№ 001-007): 1 — концевая пружина; 2, 3, 11 — пружины; 4 — маятниковая опора; 5— листовая рессора; 6 — балка; 7— резиновые амортизаторы; 5 — балансир; 9, 10 — амортизаторы; 12 — шаровые опоры трения; 13 — скоба

От рамы тележки нагрузка через резиновые амортизаторы 7 пере­дается на листовые рессоры 5 и одновременно через резиновые амор­тизаторы 9 на концевые пружины 1, а далее через балки 6 на пружи­ны 2. Шейки колесных пар нагружаются балансирами 8, подвешенными на валиках к буксам.

Дата добавления: 2014-12-07