Характеристики локомотивов (стр. 7 из 7)

На тепловозах 2ТЭ116, 2ТЭ10В, ТЭ109 от листовых рессор отказались. Их место заняли пружины, которые устанавливают на каждой буксе без балансирной связи с пружинами буксы смежной колесной пары. Такое рессорное подвешивание не только намного легче и дешевле, но и проще в обслуживании и в отличие от сбалансированного называется индивидуальным. В современном локомотивостроении индивидуальное подвешивание нашло преимущественное применение, а сбалансированное рессорное подвешивание используется в основном на старых тепловозах, предназначенных для обслуживания тяжелых грузовых поездов с относительно невысокой скоростью движения.

Рассмотрим вкратце устройство пружинной подвески. Каждая букса имеет по два кронштейна, на гнезда которых опираются две одинаковые пружины. На самом деле, чтобы снизить напряжения в витках, каждая пружина может состоять из наружной, внутренней и средней, т. е. комплектуется из трех пружин. Однако винтовые пружины обладают малым внутренним трением (так как нет листов, а значит, и нет трения между ними). Поэтому пружина по сравнению с листовой рессорой колеблется дольше, т. е. не способствует быстрому затуханию колебаний. Кроме того, пружина не может предотвратить явление резонанса — опасное явление, при котором частота колебаний от неровностей рельсов совпадает с частотой собственных колебаний локомотива. Неужели же тут нет выхода?

Наиболее простое средство — это параллельно с пружиной (рис. 3) разместить демпфирующее устройство, создающее искусственное трение, которого нет у винтовой пружины.

Рис. 3 Размещение демпфирующего элемента параллельно пружине

Рис. 4 Схема двухступенчатого подвешикания

Один из способов вызвать трение — зажать между вкладышами стальной поршень, «шток» которого соединить с буксой, а корпус этого устройства — с рамой тележки. Тогда при перемещениях буксы поршень станет тереться о вкладыши. Возникающая между их поверхностями сила трения будет гасить колебания движущегося тепловоза. Устройство это получило название фрикционного гасителя колебаний. Изменяя силу прижатия вкладышей к поршню, можно регулировать развиваемую силу трения. В этом и состоит суть действия описанного гасителя, который работает вместе с винтовыми пружинами.

Искусственное трение создают, используя также жидкость или воздух, в соответствии с чем различают гидравлические и пневматические гасители. Кроме того, в некоторой степени гашение колебаний подрессоренных масс способствуют резиновые элементы, применяемые в узлах связи букс с рамой тележки и рамы тележки с кузовом.

Читателю уже известно, что высокий статический прогиб рессорного подвешивания — одно из важных условий плавности хода тепловоза, т. е. малой чувствительности его к неровностям пути, особенно при высоких скоростях движения. Существуют другие способы (помимо описанных) увеличить гибкость рессорного подвешивания. На локомотивах, развивающих скорость свыше 100 км/ч, а также при повышенной нагрузке от оси на рельсы (более 250 кН/ось, или 25 тс/ось) устраивается двухэтажное, или, как принято говорить, двухступенчатое, подвешивание (рис. 4). Первая ступень размещается обычно между буксами колесных пар и рамой тележки, вторая между рамой тележки и кузовом. Благодаря смягчающему действию сначала первой, а затем второй ступени кузов получает более плавные колебания. Таким образом, вес кузова вместе с весом оборудования, находящимся в кузове, передается колесным парам через обе ступени рессорного подвешивания, а вес рамы тележки, включая часть веса тяговых электродвигателей при опорно-осевом их подвешивании и другого оборудования только через одну ступень. В результате общий статический прогиб двухступенчатого подвешивания значительно увеличивается по сравнению с одноступенчатым. Однако двухступенчатое подвешивание все же усложняет конструкцию локомотива. На отечественных локомотивах в основном применяется одноступенчатое подвешивание.

А что если отказаться от традиционной конструкции рессор и призвать на помощь сжатый воздух, воспользоваться его упругостью? Подвижной цилиндр с поршнем, наполненный сжатым воздухом давлением рв — это же простейшая пневматическая рессора. Как и обычная металлическая, эта рессора в зависимости от величины нагрузки будет сжиматься или распрямляться, т. е. каждому изменению нагрузки (Q-\-q) соответствует определенное положение цилиндра (высота h\ давление р\). Иными словами, под действием нагрузки, приходящейся на пневморессору (в нашем примере на цилиндр), воздух, заключенный в ограниченном пространстве, будет то сжиматься (рессора становится жестче), то расширяться (рессора становится мягче). Но такая простая по устройству пневморессора имеет упругость меньшую, чем обычная металлическая рессора, и поэтому применение ее нецелесообразно.

Нельзя ли сделать так, чтобы высота h пневморессоры (высота между тележкой и кузовом), т. е. жесткость ее, оставалась постоянной независимо от величины нагрузки, чего нет и не может быть у металлической рессоры? Если бы это удалось, тогда кузов локомотива или вагона оставался бы на предварительно заданной высоте: он бы не реагировал на состояние пути, на изменение вертикальных нагрузок, возникающих в результате движения, так что даже из стакана, наполненного до краев водой, не выплеснулось бы ни капли несмотря на большую скорость поезда. Вот это комфорт!

Сжатый воздух за счет изменения его давления в пневморессоре позволяет решить эту задачу, причем автоматически с помощью, например, высото-регулирующего клапанного механизма. На рис. 5 для наглядности показан не клапанный, а менее совершенный золотниковый механизм.

Рис. 5 Схема работы пневматической рессоры с высоторегулирующем механизмом

Если кузов нагружается, пневморессора сжимается (в нашем примере цилиндр опускается); золотник вводит в цилиндр (в рессору) некоторое количество дополнительного воздуха, кото-, рый стремится возвратить пневморессору на первоначальную высоту, т. е. равновесие восстанавливается. Если кузов разгружается (нагрузка уменьшается), рессора поднимается (распрямляется), то золотник выпускает часть воздуха и равновесие снова восстанавливается: после этого золотник перекрывает впускное и выпускное отверстия. В этом состоит одно из преимуществ пневморессоры перед стальной рессорой, жесткость которой, как указывалось, не регулируется.

В такой конструкции практически невозможно избежать утечек воздуха через неплотности между поршнем и цилиндром. На подвижном составе эта задача решена с помощью непроницаемых резиновых баллонов, наполненных воздухом, — пневморессор (рис. 6). Для питания пневморессор сжатым воздухом они подключаются к напорной воздушной магистрали локомотива.

Рис. 6 Схема пневматического подвешивания.

При увеличении нагрузки Q кузова, т. е. при сжатии пневморессоры, в баллон дополнительно впускается сжатый воздух, а при ее распрямлении — выпускается. Благодаря изменению давления внутри пневматической рессоры высота ее под статической нагрузкой локомотива, передающейся от веса подрессоренных частей, поддерживается практически постоянной. Механизм, предназначенный для компенсации утечек воздуха, должен срабатывать только при значительном статическом прогибе рессор (например, при проходе стыков рельсов, стрелочных переводов), а при обычных (небольших) колебаниях тепловоза он срабатывать не должен. Такие быстро протекающие колебания кузова и рамы должны поглощаться резиновыми элементами, которые для этого последовательно включаются в рычажный привод высоторегулирующего механизма. Стоит же вертикальным колебаниям превысить допускаемую величину (амплитуду), на которую рассчитаны резиновые элементы, как в действие вступает уже сам высоторегулирующий механизм, автоматически открывающий или закрывающий доступ воздуха в рессору.

Пневматическое рессорное подвешивание не требует включения в систему специальных амортизаторов гашения динамических колебаний. Почему? Потому, что пневморессора со тележки тепловоза 2ТЭ10В соединяется с дополнительным воздушным резервуаром: по пути в рессору сжатый воздух из резервуара проходит через дроссельные отверстия, играющие роль гасителя колебаний, так как они оказывают сопротивление перетеканию воздуха.

Список литературы

1. С.П. Филонов «Тепловоз М62» М., Транспорт, 1977, 280с