Использование упруго-диссипативных связей в системе подвешивания шахтного локомотива Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ствия, устойчивость движения шахтного локомотива обеспечивается ребордами колесных пар движущимися по рельсу с вертикальной нагрузкой обеспечиваемой собственной неподрес-соренной массой.

При описании пространственных колебаний рельсовый экипаж представляется как дискретная нелинейная механическая система, состоящая из твердых тел, соединенных шарнирными, жесткими или упруго -

диссипативными элементами. Движение шахтного локомотива с

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

постоянной скоростью по участку упругого пути произвольного очертания в плане, описывается системой дифференциальных уравнений:

В качестве обобщенных координат используются линейные (подергивание, боковой относ и подпрыгивание) и угловые (виляние, галопирование и боковая качка) перемещения платформы, тележек, колесных пар, а также колес шахтного локомотива. В данной работе выполнено теоретическое описание процесса формирования тормозной силы

при движении шахтного локомотива с рельсовыми тормозами. Учтено изменение силы магнитного взаимодействия при возникновении колебаний в системе подвешивания и наличие упругодиссипативных связей между тормоза и рамой локомотива. В результате решения были получены зависимости тормозной силы от скорости движения шахтного локомотива, определены рациональные параметры упруго-диссипативных связей рельсового тормоза.

Тзрзн И.А. — ассистент, НГА Украины г. Днепропетровск. Ильчаков А.В. - аспирант, НГА Украины г. Днепропетровск.

© С.Е. Блохин, О.В. Аерюгин, 2002

УАК 622.62

С.Е. Блохин, О.В. Аерюгин

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УПРУГО-АИССИПАТИВНЫХ СВЯЗЕЙ В СИСТЕМЕ ПОАВЕШИВАНИЯ ШАХТНОГО ЛОКОМОТИВА

а показатели эффективности работы шахтных локомотивов в значительной степени влияют конструкция, и параметры системы подвешивания ходовой части. Кроме этого, эксплуатационные характеристики локомотива, такие как сила тяги и торможения, значения динамических нагрузок, устойчивость и безопасность движения также зависят от системы подвешивания ходовой части, являющейся наименее долговечным узлом в механической части шахтного локомотива.

Недостаточно высокая надежность механизмов подвешивания транспортного средства в большой степени объясняется тем, что, с точки зрения структуры, эти механизмы построены нерационально, а их параметры не являются оптимальными. Поэтому выбор рациональной конструкции и оптимальных параметров системы подвешивания ходовой части шахтных локомотивов является актуальной задачей транспортного машиностроения.

Системы подвешивания ходовых частей подвижного состава рельсового транспорта подразделяются на имеющие и не имеющие упруго-

диссипативных связей. Современные магистральные локомотивы имеют, как правило, одну или две ступени подвешивания, в каждую из которых в общем случае входят три группы устройств: упругие элементы, которые служат для смягчения динамических нагрузок взаимодействия кузова с колесами экипажа; направляющие устройства, предназначенные для передачи продольных, боковых и вертикальных сил взаимодействия кузова и колесных пар и обеспечивающие заданную кинематику их взаимного перемещения; гасители колебаний, обеспечивающие затухание колебаний подрессоренных масс экипажа путем создания силы неупругого сопротивления перемещению и рассеиванию полученной энергии.

Рудничные локомотивы, в отличие от магистральных, имеют лишь одну ступень подвешивания - буксовую. На отечественных локомотивах в основном применяются системы подвешивания с фрикционными вертикальными направляющими элементами, в зарубежной практике применяются и системы подвешивания с упругонаправляющими элементами.

В Национальной горной академии Украины разработана система подвешивания с упругодиссипативными элементами, которая прошла испытания в шахтных условиях на серийно-

выпускаемом шахтном локомотиве К10. Эта система включает упругие резинометаллические элементы, устанавливаемые между боковой поверхностью буксового узла и направляющей рамы локомотива.

При описании колебаний шахтный локомотив представлен в виде механической системы, состоящей из твердых тел, соединенных упругими и упругодиссипативными связями. Колебания привода ходовой части шахтного локомотива описывается системой дифференциальных уравнений второго порядка с постоянными коэффициентами следующего вида:

т • у + Су3 '(у —у3) + Ру3 '(У—У3) + Су4 ' (У —у4) +

+ Ру4 •(У-У4^> + Су6 •(У —У6) + Ру6 •(У—У6^ +

+ су1 ■(У—У1)+Ру1 ■ (Уу7)=0;

т3 • у3 + Су3 • (У — Уъ) + Ру3 •(У - У з) = —

т4 •У4 + С у4 •(у — У4 ) + Ру4 •(У—У4 ) =-ТГ;

К

т6 •У6 + Су6 •(у —Уб) + Ру6 •(У—У6) =-----7Т;

К

. . М1

т1 •У1+су 1 • (у — У1) + Ру1 • (у — У 1) = ——;

К

31 •ф1 + Сф1 • (фх1 иред. -ф2) = М1;

32 ’ф2 + Сф3 • (ф2 -Фз) + Рф3 • (ф2— ф3) + Сф4 • (ф2 — ф4) + + РфА’(ф2-ф4) - Cф1^(ф1^ и ред.-ф2 ) = 0;

33 ^3 + Ср3 •(ф2 -фъ) + РфЪ •(ф2-фъ) = -М3;

34 •ф4 + Сф4 •(ф2 -ф4) + Рф4 • (ф2-ф4) = -М4;

3 8 ф + С ф 8 -(ф 8 1 и ред. - ф 5) = М 8;

35 •& + Сф6 • (ф5 -ф6) + вф6 • (ф5-ф6) + Сф1 • (ф5 -ф1) + +Рф • (ф5 -ф) - Сф8 • (ф8< и ред. -ф5) = 0;

36 ^6 + Сф6'(ф5 -ф6) + вФ6•(ф5-ф6) = -М6; 31 • ф 1 + С ф1 • (ф 5 — ф1^ + в ф1 • (ф 5 — ф1 ) = — М 1 ; Ь • я( ) =—(К • Iя^) + Со ■ Кф ■ф1 — и);

а! ^

1. Радченко Н.А. Криволинейное движение рельсовых транспортных средств. Киев, Наукова думка, 1988. - 210 с.

Ь • =- (К •' я (I) + Со • К ф-фг - и);

т

М1 = С0 •Кф '¡я ;

М Кф• ¡2;

Мъ = Еъ •^•Шк1 •Бъ) + къ •Бз — к2 •Бъ];

М4 = Ег •К4 • [ГИ(к1 •Б4) + къ •Б4 — к2 •Б4];

М 6 = ^ к •[ 1И (V Б 6) + к ,• Б 3 — к 2 • Б 6];

М1 = Е • К •[ 1И(к1 •Б,) + к3 • Б1 — к2 •Б,];

В качестве обобщенных координат выбраны линейные и угловые перемещения элементов ходовой части шахтного локомотива.

Интегрирование приведенной системы дифференциальных уравнений выполняли методом Рунге-Кутта с помощью пакета прикладных программ «Математика 3.0». В процессе решения точность вычислений определялась шагом интегрирования Д! = ^(тш Т, ) ,

где Т - период собственных колебаний при различных обобщенных координатах.

Путем численного решения системы этих уравнений получены изменения во времени обобщенных координат, скоростей и ускорений звеньев привода, а так же изменения тягово-тормозных характеристик соответствующих эксплуатационным режимам движения шахтного локомотива по реальному рельсовому пути.

На основании решения системы дифференциальных уравнений, описывающих колебания звеньев ходовой части локомотива с упругими буксовыми узлами получены изменения во времени кинематических и силовых параметров для различных эксплуатационных режимов движения; установлено, что продолжительность переходного процесса зависит от параметров упруго-диссипативных связей буксового узла и существенно уменьшается по сравнению с буксовым узлом серийно-выпускаемого шахтного локомотива; разработаны методики по определению динамических нагрузок в звеньях ходовой части шахтного локомотива для различных эксплуатационных режимов работы и долговечности резинометаллического демпфера системы подвешивания шахтного локомотива К10; определен экономический эффект от внедрения резинометаллического элемента системы подвешивания, который составляет 15000 грн. в год на один локомотив.

------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Кузнецов Б.А. Устойчивость вагонеток при входе в кривую. Сб.ст. Вопросы рудничного транспорта. Вып.6, 1962. - С. 360-371