Характеристики локомотивов (стр. 6 из 7)
FК = 3600 * Ne * φ ÷ v
где Ne - эффективная мощность дизеля кВт;
φ - коэффициент использования мощности дизеля, φ = 0,72
По формуле FК = 3600 * Ne * φ ÷ v рассчитаем ограничение тяговой характеристики FК = f (v) no мощности силовой установки.
Таблица 3
Результаты расчетов ограничения кривой FК = (vк) по мощности дизеля
| V км/ч | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
| FК кН | 381 | 190,5 | 127 | 95,3 | 76,2 | 63,5 | 54,4 | 47,6 | 42,3 | 38,1 |
После всех расчетов построим расчетную тяговую характеристику проектируемого тепловоза (см. приложение рис. 1).
5. Гасители колебаний
Тепловоз, как и любой локомотив, фактически движется не по ровным и гладким рельсам, какими они кажутся на вид, а по рельсам, имеющим неровности. Такие же неровности есть и на поверхности катания колес. По мере износа (в период эксплуатации локомотива, между обточками колесных пар) эти поверхности становятся неточными окружностями. Если бы неровностей не было, если бы рельсы и колеса, катящиеся по ним, были идеальными, если бы жесткость пути на всех участках была одинаковой, не возникало бы ни ударов, ни толчков, а следовательно, и колебаний тепловоза. Но этого практически не бывает. При наезде колеса на неровности рельсов, .и особенно на стыки, возникают удары, и тем сильнее, чем выше скорость. Сила ударов, напоминающих удары молота по наковальне, при скорости 100—120 км/ч достигает нескольких сотен килоньютонов (десятков тонно-сил). Кроме ударов в вертикальном направлении, возникают динамические усилия и в горизонтальной плоскости. Динамические нагрузки передаются оборудованию тепловоза также при вписывании его в кривые участки пути.
Ясно, что вовсе избавиться от ударов невозможно. Но зато можно уменьшить их силу, а следовательно, спасти дизель и другое оборудование, размещенное в кузове, да и сам кузов и рамы тележек от разрушения, а локомотивную бригаду избавить от сильной утомительной тряски. Что же для этого нужно сделать? Очевидно, надо преградить дорогу ударам. Условно разъединим колесные пары с буксами от рам тележек и в местах разрыва поставим упругий барьер — комплекс упругих тел, соединяющих буксы колесных пар с рамами тележек. В этом случае цепь, по которой передается кинетическая энергия ударов, будет прервана упругими телами, т. е. телами, обладающими упругой деформацией. Одним из наиболее распространенных видов упругих тел, применяемых на транспортных средствах, является листовая рессора (от французского ressort, что означает упругость). Ознакомимся с ее устройством.
Рис. 1 Схема образования листовой рессоры
На рис. 1а изображена прямоугольная стальная пластинка АВ, опирающаяся посередине на призму. К концам ее подвешен груз, вес которого заставляет пластинку прогнуться (см. штриховую линию). В каждом сечении изогнутая пластинка будет испытывать разные напряжения.
Чем ближе сечение к призме, т. е. к месту закрепления, тем больше напряжение, чем дальше от места закрепления, тем меньше напряжение. А нужно, чтобы пластинка равной толщины имела одинаковые напряжения во всех сечениях.
Как этого добиться? Пластинке необходимо придать форму ромба АБВГ (рис. 1б). Если опереть ромбообразную пластинку посередине на призму и подвесить по концам груз, то в любом ее сечении аа, бб и т. д. будут одинаковые напряжения, так как при такой форме, как это нетрудно догадаться, площадь поперечного сечения, а следовательно, и момент сопротивления.
От латинского слова deformatio – искажение - изменение формы или размеров тела пластинки (в направлении от ее концов к середине) будет возрастать пропорционально изгибающему моменту. Такие пластинки в форме ромбов относят к телам, которые носят название тел равного сопротивления изгибу. При ромбообразной форме все листы рессоры при изгибе имели бы примерно одинаковые напряжения. Но ромбообразные листы неудобно применять в подвижном составе из-за слишком большой ширины. Чтобы ширина рессоры была небольшой и в то же время сохранились качества тела равного сопротивления, поступают так: ромбообразный лист разрезают на несколько листов небольшой ширины (линии разреза приведены на рис. 1б). Затем полученные листы соединяют попарно (в нашем примере 2—2, 3—3, 4—4, 5—5 и 6—6) и накладывают друг на друга (рис. 1в) с таким расчетом, чтобы наверху был самый длинный и широкий (коренной) лист (практически берут два-три коренных листа). Под коренным листом размещаются остальные более короткие листы. Количество листов в рессоре выбирается в зависимости от их размеров и величины нагрузки. Собранные таким образом листы охватывают хомутом в средней их части.
Более просто устроена пружина — винтовая (цилиндрическая) рессора, навитая из одного прутка. Какими же свойствами должна обладать листовая рессора или винтовая пружина, чтобы она лучше смягчала толчки и удары?
Необходимо, чтобы рессорная система была как можно мягче, т.е. чтобы, по возможности, больше прогибалась. Гибкость - одна из важнейших характеристик упругих свойств рессоры. Обычно гибкость рессорной системы устанавливают в зависимости от скорости. Чем выше конструкционная скорость локомотива, тем гибче должна быть рессора. Она лучше смягчает воспринимаемые толчки и удары при наезде колес на неровности пути, однако гибкость ограничивается прочностью рессор. Такой же важной характеристикой упругих свойств рессоры является жесткость - величина, обратная гибкости, т.е. нагрузка, вызывающая прогиб рессоры на 1 мм. Статический прогиб рессор у современных локомотивов достигает 100 — 115 мм и даже 150—170 мм (при пневматическом или двухступенчатом рессорном подвешивании и последовательном включении упругих элементов, размещаемых между рамой тележки и кузовом локомотива).
Гибкость рессорного подвешивания листовых рессор увеличится, если они станут работать совместно с винтовыми (пружинными) рессорами (рис. 2). Чтобы более равномерно распределить нагрузку между осями тележки, отдельные рессоры часто соединяют одну с другой посредством балансиров. Балансир напоминает коромысло: средней своей частью он опирается на специальную опору буксы, на которой может качаться.
Рис. 2 Схема работы рессорного подвешивания
С листовыми рессорами балансиры соединены с помощью подвесок. Внешние концы крайних балансиров через стойку связаны с двойными пружинами, опирающимися на раму тележки. Таким образом, на этот конец балансира нагрузка от рамы передается через две пружины, что позволяет снизить напряженность их работы. На рессоры нагрузка от рамы тележки передается через хомуты, соприкасающиеся с нижней плоскостью боковин тележки посредством подкладок. Механизм, составленный из рессор, балансиров, подвесок, поводков, шарнирных соединений, гасителей колебаний, условились называть рессорным подвешиванием. Оно призвано равномерно распределять (выравнивать) нагрузку между отдельными колесными парами, т. е. снижать динамическое воздействие на путь.
Соединение рессор и пружин одной стороны тележки с помощью балансиров позволяет поддерживать примерно одинаковую нагрузку на колесные пары во время движения тепловозов. Такая комбинированная подвеска рессорного подвешивания называется сбалансированной. Каждая тележка тепловозов ТЭЗ, ТЭ10, ТЭП60, ТЭ1, ТЭ2 имеет две такие самостоятельные (левую и правую), не связанные между собой системы, или, как принято говорить, две «точки» рессорного подвешивания. Точкой рессорного подвешивания при сбалансированном подвешивании называют группу сбалансированных рессор и пружин. При индивидуальном подвешивании на каждой буксе есть соответствующая «точка» подвешивания. Они располагаются симметрично с обеих сторон тележки и работают независимо друг от друга. В двух тележках получается, таким образом, четырехточечное сбалансированное рессорное подвешивание. Однако описанная система подвешивания имеет недостатки. Если бы рессоры и пружины были идеальными, то колесо поднималось и опускалось бы под кузовом (рамой тележки) в соответствии с неровностью рельса, а кузов (рама тележки) оставался на одном и том же уровне от верхнего строения пути. Но идеальные рессоры невозможны.
Тогда возникает вопрос: что произойдет с рамой тележки, кузовом после того, как действие толчков и ударов кратковременно прекращается, т. е. после того, как колесо пройдет неровность? Благодаря приобретению энергии они начнут колебаться подобно маятнику, выведенному ударом из положения равновесия. Такие колебания маятника, в данном случае кузова и рамы тележек, называются свободными, или собственными. Эти колебания в зависимости от трения в рессорном подвешивании будут постепенно уменьшаться, затухать.
Спрашивается, какая рессора обладает большим трением — листовая или пружина? Ясно, что в самой листовой рессоре между листами появляется трение и тем больше, чем больше в ней листов.
Хорошо ли это? И да, и нет. Да, потому что листовая рессора, обладая значительным трением между листами, лучше, чем пружина, поглощает колебания подрессоренных масс и в этом отношении является как бы фрикционным гасителем колебаний. Плохо, так как многолистовая рессора из-за большого трения между листами прогибается очень мало. Чтобы уменьшить трение между листами, их перед сборкой рессоры тщательно смазывают, обычно графитовой смазкой. Но смазка во время эксплуатации тепловоза высыхает, и тогда многолистовая рессора превращается в «массивную» балочку (балансир). При высокой скорости возрастают динамические нагрузки, что влечет за собой существенный прогиб рессор, но трение в шарнирах и инерция системы подвешивания препятствуют эффективному выравниванию нагрузок. В результате многолистовая рессора при высокой скорости не успевает среагировать (прогнуться) на проезжаемые неровности. Вот почему на тепловозах ТЭЗ 18-листовые рессоры уступили место 8-листовым рессорам с большей толщиной листов, которые позволяют уменьшить внутреннее трение. Но и эта мера не достигает цели: балансиры и рессоры, обладающие значительной инерцией, усугубляемой трением в шарнирах, не успевают справиться с выравниванием (перераспределением) «молниеносных» динамических нагрузок между колесными парами, т. е. даже хорошо сбалансированное рессорное подвешивание при больших скоростях движения плохо выполняет свои функции при прохождении колесами неровностей пути.