Определение параметров подвешивания рельсового тормоза шахтного локомотива Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© А.А. Сердюк,, В.В. Проиив, 2003

УЛК 625.2

A.A. Сердюк, В.В. Проиив

ОПРЕЛЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОЛВЕШИВАНИЯ РЕЛЬСОВОГО ТОРМОЗА ШАХТНОГО ЛОКОМОТИВА

На показатели эффективности работы рельсового тормоза шахтных локомотивов в значительной степени влияют конструкция, и параметры системы подвешивания рельсового тормоза. Кроме этого эксплуатационные характеристики локомотива, сила торможения, значения динамических нагрузок, устойчивость и безопасность движения зависят от системы подвешивания рельсового тормоза, являющейся наименее долговечным узлом в механической части шахтного локомотива. Недостаточно высокая надежность механизмов подвешивания рельсового тормоза 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 рельсового тормоза шахтных локомотивов является актуальной задачей.

Системы подвешивания рельсового тормоза подвижного состава рельсового транспорта подразделяются на имеющие и не имеющие упругих связей. Современные 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 рельсовым тормозом; 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 рельсового тормоза экипажа путем создания силы неупругого сопротивления перемещению и рассеиванию полученной энергии.

Рудничные локомотивы, в отличие от железнодорожных, 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 упруго-направляющими элементами.

Увеличение сцепных весов локомотивов, состоящих из одной секции, потребовало перехода на четырехосные экипажи с двумя поворотными

тележками. Подрессоривание каждой тележки таких локомотивов осуществлялось с помощью продольных коромысел и цилиндрических пружин. В виду сложности конструкций тележек локомотивов в последние годы такие машины для условий угольных и рудных шахт не изготовляются. Увеличение сцепных весов идет по пути создания секционных локомотивов с двухосными секциями.

В Национальной горной академии Украины, разработана и применена центральная и буксовая система подвешивания с поводковыми направляющими на опытных образцах секционного шахтного электровоза Э10, изготовленных ПО "Луганск-тепловоз". Система буксового подвешивания электровоза содержит двуплечие поводки, установленные на раме секции с помощью резинометаллических шарниров, Эти поводки одними концами жестко соединены с буксами колесных пар, а вторыми, через горизонтально расположенный узел амортизации, - шарнирно с рамой секции. На шахтном электровозе Э10 в узле соединения центральной платформы с тяговыми секциями применены упруго-диссипативные сферические опоры, представляющие собой пяты, жестко закрепленные на раме центральной платформы, и подпятники, соединенные с рамами тяговых секций.

Рельсовые тормоза установлены на тяговых секциях с помощью упруго-диссипативных связей в продольном и вертикальном направлении. При срабатывании рельсового тормоза уменьшается давление в гидроцилиндрах ходовой части и рельсовый тормоз взаимодействует с рельсами.

При описании пространственных колебаний рельсовый экипаж представляется чаще всего как дискретная нелинейная механическая система, состоящая из твердых тел, соединенных шарнирными, жесткими или упруго-диссипативными элементами. Такое представление экипажа связано с тем, что жесткости колесных пар, рам тележек и элементов надрессорного строения существенно большие, чем рессорного подвешивания[1].

Рассмотрим движение шахтного локомотива с постоянной скоростью по участку упругого пути произвольного очертания в плане, причем кривизну пути и возвышение наружного рельса в пределах базы тележек будем описывать с помощью синусоидальной зависимости. Тогда, с учетом введенных упруго-диссипативных связей между платформой модуля и тележками, система дифференциальных уравнений колебаний шахтного локомотива модульно-тележечной компоновки имеет вид:

тр(х'р-Ж2 - Хр + 8’р -2-Ж- ур -йЖ-ур) + кх-хр = 0 (шр + 2 - тк) -(ур +Ж+ йЖ2 - ур) - 2 - И0-(вр + вр - йЖ) -

- Щ- 8- Щ + УЖ -^Уу + Р • ) = 0=

И 1=1

тр-2"р +УУ&-дга + р- ^) = 0=

,=1 1=1

Іхр-% - 2 - тк - Ио(Б'р-Ж+Ж2 - ур -И-Ж - вр) - 2 - тк - И0 - ур + тк - И0 - 8(Щ +Щ) + 2 2 2

+квУ90 -И0УУ(ку ■% + Ру-ъ&ду'ц) = (тр + 2 -тк)ур,

,=1 ,=1 у=1

1ур фр + К-1- Фр + Рг'1- 5®яфр = 0

2

(1,р + 2 -т-12)-к + 2 -тк-12-кр -тк-1-8-Щ + ку •/У(суу -дуу) +?У(Ру -Ру) +

-,р-~ -к ^2)-кр +2 - Щ'Р-тр -к - О ---у

і=1 і=1

2

+ УМт '^кр-к) = 0

і=1

тк (хк’,-Ж2 -хк - 2 - Ж - ук\ - йЖ- ук,) + кх -хк ;, = 1..2

т1 (ук"+Ж(у+2-хкі-Ж-ук,) + йЖ-хк, + тк -8 -0 + ку -ук = 0,і = 1.2

тк -2к’+ к, -ук + р •sgпzk, = 0,і = 1..2

ІхкЩ’-К-дЩ -КК(д,1 -дгі2) +р(sgпд;л -sgпдz!2)) = ^ =^2

Іук - фк + кг-ї- фк, + Рг4- sgпфí'i = 0,і = 1.2 4кГ+йЖ) - ку-I-цк, - кх-Ь-цк,;, = 1..2

т(хГ„-Ж2 - х,„ - 2 - Ж - у\п - йЖ -у,„) + кх У(-1)1 дх^ = = 1. ,2,и = 1.2

і=1 і=1

т( у'П + Ж (у +2 - х'п- Ж- у п) + йЖ - х п- ку ду п - т-8-Щ = У (Хщ + Ж пу );'■ =1--2, п =1

і=1 у=1

2 2 2 2

(т + 2-тг)ї’п -к2У&щ + КУ&Гщ +р2гУдКу + Р2ГУ^п^гПпу = = 1„2>п =1..2

і=1 і=1 і=1 і=1

І,И «+ Ж) + Ь-кх ^(-1)у дх,пу= й (Х,п1 - X п2У;, = 1..2, п = 1..2

і=1

(Іх, + 2 - тг'й 2)ЩП - Ь-к, ''У (-1) 1 дz п + й-К У (-1) 1 &Гщі - й -Р2Г У (-1) У д,Гіці -

і=1 і=1 і=1

- й - К ^(-1) 1 ^п д,г’щ +Ь - Р ^(-1) 1 sgп дАщ = 0;г' =1..2, п =1..2

1=1 1=1

Іу ФП = г(ХпЛ + Х,п2) + Мй;, = 1..2,п = 1..2

тг - уГіп1+ куг - у п + Рут - уТщ + Руг - sgп дуГ'іп1 = -Хп - Жп и = 1..2, п = 1..2, І = 1..2

тг ■,гЦ+ +РГ+ К -^пд^п = ,гп-К;*' =1..2,п =1..2,1 =1..2

в качестве обобщенных координат используются тк (і^(Д) -

линейные (подергивание, боковой относ и подпры- К,п = 1 + г 1~ГДл~/(у,щ'ку);г :

гивание) и угловые (виляние, галопирование и боко- '

вая качка) перемещения платформы, тележек, ко- у^ -ку

лесных пар, а также колес шахтного локомотива . Кущ = ^ ^ = 1-2>п = 1-2>.

В процессе решения определяли коэффициенты

Ро ,щ-К

запаса устойчивости и динамического взаимодейст- -щ ,

вия колес с рельсами[2]. кй,,п = Р ^ = 1..2; п = 1..2; ]

Ро

..2

= 1..2, п = 1..2; 1 = 1..2 ї = 1..2 = 1..2

Интегрирование приведенной системы

ренциальных уравнений выполняли методом Рунге-Кутта с помощью пакета прикладных программ «Математика 3.0». В процессе решения точность вычислений определялась шагом интегрирования

1-(шш Т), где Т 1 - период собственных

At = -

10

баний при различных обобщенных координатах. В

процессе расчетов определяли изменение во времени составляющих полной энергии, кинетической,

тенциальной и энергии рассеяния. Полная энергия в процессе

мирования оставалась постоянной с погрешностью около 3%.

На рис.1 приведены зависимости коэффициента динамичности от вертикальной жесткости подвески рельсового тормоза при различных скоростях движения: 1 - V = 4 м/с; 2 - V = 2 м/с. Рациональное значение жесткости упругого элемента находятся в интервале 5 7 •

10® Н/м. На рис. 2 приведены зависимости коэффициента запаса устойчивости при всползании колеса на рельс от продольной жесткости связи платформы и Р.Т. при движении по рельсовому пути различными радиусами кривизны: 1 - R = 7м; 2 - R = 10 м; 3 - R = 20 м. Рациональные зна-

чения продольной жесткости при которых достигается наиболее устойчивое движение находятся в интервале 2 + 4 • 105 Н/м.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

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

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------------------

Сердюк A.A. - зав. кафедрой прикладной механики, НГУ, Днепропетровск, Украина. Процив В.В. - ИНПП «Колорит», Днепропетровск, Украина.

гии (пружины) при поступательном или вращательном движении (рис. 1). В настоящее время пневмопружины малой энергоемкости получили применение в подвесках шасси автомобилей.

В статье речь идет о пневмопружинах большой энерго-

Нерастяжимая замкнутая силовая оболочка, наполненная газом (воздухом) может выполнять роль упругого аккумулятора энер-

емкости для мощных ударных машин.

Силовая оболочка изготавливается из резинокордной ткани, преимущественно с металлокор-

© Ю.А. Красников, В.И. Гулков, 2003

УЛ К 622.02.522.619

Ю.А. Красников, В.И. Гулков СИЛОВЫЕ ОБОЛОЧКИ КАК УПРУГИЕ АККУМУЛЯТОРЫ ЭНЕРГИИ