Определение разгрузок (догрузок) колес и прогибов рессорного подвешивания четырехосного электровоза дС3 с тяговой передачей второго рода при передаче сил тяги от тележек к кузову при помощи наклонных тяг Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.423 : 621

В. А. БРАТАШ, Т. И. ЕФИМОВА, Ю. В. ПОВОЛОЦКАЯ (Днепропетровский НПК «Электровозостроение»)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗГРУЗОК (ДОГРУЗОК) КОЛЕС И ПРОГИБОВ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ ЧЕТЫРЕХОСНОГО ЭЛЕКТРОВОЗА ДС3 С ТЯГОВОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ ВТОРОГО РОДА ПРИ ПЕРЕДАЧЕ СИЛ ТЯГИ ОТ ТЕЛЕЖЕК К КУЗОВУ ПРИ ПОМОЩИ НАКЛОННЫХ ТЯГ

У статт представлено розрахунковi формули для визначення розвантажень (довантажень) колю i проги-шв ресорного пiдвiшування чотиривiсного електровоза ДС3 з тяговою передачею другого роду при передачi сил тяги ввд вiзкiв до кузова за допомогою похило! тяги. Виконано чисельш розрахунки на прикладi магiст-рального вантажопасажирського електровоза ДС3.

Ключовi слова: колюна пара, пiдвiска, ресорний комплект, вiзок, статичний прогин

В статье представлены расчётные формулы для определения разгрузок (догрузок) колес и прогибов рессорного подвешивания четырехосного электровоза ДС3 с тяговой передачей второго рода при передаче сил тяги от тележек к кузову при помощи наклонных тяг. Выполнены численные расчёты на примере магистрального грузопассажирского электровоза ДС3.

Ключевые слова: колесная пара, подвеска, рессорный комплект, тележка, статический прогиб

In the article the calculation formulas for determination of unloadings (finish loadings) of wheels and bendings of a spring suspension of eight-wheel electric locomotive DS3 with the traction transmission of the second kind at transmitting the traction forces from bogies to body by means of sloping rods are presented. The numeral calculations on the example of main line freight-and-passenger electric locomotive DS3 are performed.

Keywords: wheelset, suspension, spring assembly, bogie, static bending

Магистральный грузопассажирский электровоз ДС 3 производства ГП «НПК «Электровозостроение» эксплуатируется на магистралях украинских железных дорогах с января 2005 года. Инвентарный парк этих электровозов составляет 18 единиц и продолжает пополняться. Результаты шестигодичного опыта эксплуатации показали [1], что для условий действующего графика движения поездов и установленных норм их массы и состава конструкция отдельных узлов ДС3 может совершенствоваться. Поэтому ниже приведены варианты такой модернизации некоторых узлов механической части электровоза.

При передаче вращающего момента от тяговых двигателей (закрепленных на раме тележки) на колесные пары при помощи редукторов, одной стороной установленных на оси колесной пары, а другой - подвешенных к раме тележки (тяговая передача второго рода), в зубчатом зацеплении возникают силы ZK и ZШ (рис. 1) равные по величине, но противоположные по направлению

1^1 = Ы = = = ¥ • £>ж / Ак , (1) где ¥ — сила тяги, реализуемая одной колесной парой;

£>ж , £>ЗК — диаметры ходового и зубчатого колеса соответственно.

В подвесках тяговых редукторов также возникают усилия Лд1ПР и Лд2ПР равные по величине, но противоположные по направлению

Nm>| = |л^2пр | = F ' Dxk / 2пр :

(2)

где £ПР - расстояние от оси колесной пары до оси подвески редуктора к раме тележки.

В результате действия сил ЛдРП возникает момент, который догружает рессорный комплект передней колесной пары и разгружает задний

|л4шр| =|л^2 пр| =

= F ■ Dxk ■ (£т - 21 ш )/(2£

- пр ^ т >

(3)

где £т - база тележки.

Под действием сил в зубчатом зацеплении редукторов по их продольной оси производится разгрузка передней по ходу колесной пары и догрузка задней, величины которых равны

= F ■ D /2/

1 ^ХК ' пр

(4)

© Браташ В. А., Ефимова Т. И., Поволоцкая Ю. В., 2011

73

Рис. 1

Однако при одностороннем расположении редукторов на колесных парах эти разгрузки (догрузки) по колесам правой и левой стороны не одинаковы

= А^л = F■ ^ • (Вк + Впр)/(4£ш • Вк), (5)

= п = F ■ ^ХК ■ (Вк - Впр) /(41 пр ■ Вк), (6)

где Вк - поперечное расстояние между кругами катания колес;

ВПР - расстояние между подвесками редукторов в поперечном направлении тележки.

Поскольку подвески редукторов первой и второй колесных пар разнесены на расстоянии ВПР (рис. 2) возникает момент, который догружает рессорные комплекты правой стороны тележки и разгружает левую сторону

|аст| =|а<?]

РПТ I = F ■ ^ХК ■ ВПР /(2 ■

' ПР ■ ВРП ) , (7)

где ВРП - расстояние между рессорным подвешиванием в поперечном направлении тележки.

Рис. 2

При этом колеса правой по ходу стороны тележки догружаются, а левой стороны разгружаются

1Т I = F ■ ^ХК ■ ВПР /(2 ■

■ Вк). (8)

При передаче силы тяги от тележки на кузов при помощи наклонной тяги на раму тележки действует момент, который догружает переднюю по ходу колесную пару и разгружает заднюю (рис. 3)

Ад/ = 2F ■ (Iт + Ьт) ■ геа/1

Т '

Ад2/ = 2 F ■ Ьт ■ а / £ т

(9) (10)

где ЬТ - расстояние от точки крепления наклонной тяги до оси передней колесной пары; а - угол наклона тяги к уровню головки рельсов.

Одновременно действует опрокидывающий момент 2F■h0,. С учетом этого момента

Ад1// = 2 F ■ [(I т + Ьт) ■ ^ а- к0]/1 т; (11)

Ад2 = 2F■ (Ьт ■ геа-Л0)/£т ,

(12)

где И0 - высота крепления тягового устройства к раме тележки.

Рис. 3

При ведении поезда суммарная сила тяги 4F (рис. 4) передается на уровне оси автосцепки Н в результате чего образуется момент 4F■Н, который разгружает колесные пары передней по ходу тележки Ад1/// = А^, а догружает колесные пары задней тележки Ад3 = Ад® :

Ад1/// =Ад2// = 4F ■ Н / ЬК ;

Ад3// = А^ = 4 F ■ Н / ЬК .

(13)

(14)

Рис. 4

Для удобства последующих расчетов изменения нагрузок на колесные пары электровоза, а также изменения прогиба пружин рессорного подвешивания будем принимать догрузки со знаком «+», а разгрузки - со знаком «-». Суммарные изменения нагрузок на колеса первой по ходу тележки электровоза составят: - первая по ходу колесная пара:

^л = А^рп

АдП Ад/ Ад™

= ¥ •

2

(£ т + Ьт) • tg а-

21 т

ьк

(15)

АдП =^ - Ад1л + М+М - М

= ¥ •

(£ т + Ьт) • tg а- к0 Б.

ХК

21 т

ьк

(16)

Ад4 л = Ад2 л •

С учетом изложенного, получим: Ьт • tg а - Н0

Ад3л = ¥ •

АдЗП = ¥ •

Бхк , Н

Ьт • tg а -1

2£ т

БХ

АдЛ =

АдП = ¥ •

(£Т + Ьт) • tg а-У

(£ Т + Ьт) • tg а -I

21 т

БХ

2Д

2£ т

Ьс Н

ьк _

Н

+ Ьс

'+ЬГ

; (28)

; (29)

; (30)

• (31)

Принимая, что жесткость рессорных комплектов каждого колеса электровоза одинаковые, изменения их прогибов будет пропорционально изменению нагрузок АР на них.

- вторая по ходу колесная пара:

АР1Л = (Ад1РП + АдЛПг + А" - Ад™) / 2 =

АдЛ =-

Ад.

2РП

-Ад.

Ад" Ад2 Ад^

2П

= ¥ •

(IТ + Ьт) • tg а - у

Б

ХК

2£ т

ЬК

; (17)

АдП =-

Ад2

, АдЛ Ад2 Ад^

" Ад2Л--;---;---"

= ¥ •

(£ Т + Ьт) • tg а -I

БХ

21 т

Н_

ЬК

• (18)

Аналогично определяются изменения нагрузок на колеса второй по ходу электровоза тележки. При этом:

Ад3РП _ Ад 1РП ; (19)

Ад^ = АдЛ ; (20)

Ад3 п = Ад1п; (20)

Ад3 л = Ад1л; (21)

АдЛг = АдЛг; (22)

АдЛг = АдЛг ; (23)

Ад4 РП = Ад2 РП ; (24)

|АдЛ| = |АдЛ|; (25)

Ад4 п = Ад2 п; (26)

= ¥ •

БХК • т ПР) , БХК • ВП

М П

пр • ^пр

ПР т

tg а\£ т +Ьт)-к0 Н

£ т Ьк

; (32)

Арп = (Ад1рП - АдрППг + АдЛ - Ад^) / 2 =

= ¥ •

БХК • т ПР ) БХК • В]

^ПР

4£ П

ПР • ^ПР

ПР т

tg т +Ьт)-Н0 Н

£ т Цк

; (33)

Ар1 = (-Ад2РП + АдРПг - Ад2 - Ад^) / 2 =

= ¥ •

пр • ^пр

БХК • т ПР) + БХК • ВП

4/ • /

ПР т

tg а^ Ьт -Н0 Н

£ т Цк

; (34)

АР2П = (-Ад2РП - АдРППг - Ад2 - Ад2")/2 =

= ¥ •

пр • ^пр

БХК • т ПР) БХК • В

4/ • £

ПР т

tg а^ Ьт -Н0 Н

£ т Ьк

ПР

; (35)

ЛР3Л = (Ag3ra + ДдрПт + Aq3 + Aqf)/ 2 =

= F ■

DX

■ (l T 11 ПР) DXK ■ ВП

4/ ■ /

t-t ПР -С T

tg a- bT - h0

4 ПР ■ ßnP

H_

LK

(36)

AP3n = (Aq3pn - Л#РПТ + Aq'3 + Aqf )/1 =

= F ■

D ■ (/ -1/ ) D ■ В

^w V T ПР ^ Xy 11

XK

4/ ■ /

ПР T

tg ab -h0

^XK ПР ПР ■ ß№

H

LK

(37)

ДрЛ = (-Aq4РП + ДяЛПТ - Aq4' - Aqf )/1 =

= F ■

DX

■ T прК DXK ■ Bn

4/ ■ /

ПР T tg T +bT) -h0

4/ ■ ß

ПР ПР

H

LK

(38)

A/f = (-Aq4ra - AqpiT - A*4 + Atff )/1 =

DXK ■ T - ПР ) DXK ■ ВПР

= F ■

4/ ■ /

ПР T tg T +bT) -h0

4/ ■ ß

ПР ПР

H_

+LK

(39)

необходимо определить изменения статических прогибов А/к=АРк/Жк, на основании которых определить положение (перекос) кузова в продольном и поперечном направлениях с учетом изменения статического прогиба люлечных подвешиваний на тележках:

A/лт =±

4 ■ F ■ H Lk ■ Жлт

(40)

Определив АРК каждого колеса и зная жесткость рессорного комплекта на колесо ЖК,

где ЖЛТ - жесткость комплекта пружин люлеч-ного подвеживания тележки, знак «-» означает разгрузку, а знак «+» - догрузку.

Используя полученные соотношения, были определены разгрузки (догрузки) колес и прогибы рессорного подвешивания существующего варианта конструкции электровоза ДС3 и возможных вариантов модернизации, связанных со смещением точек крепления наклонной тяги, в частности:

а) на тележке относительно оси колесной пары:

- исходный вариант — Ьт = -230 мм;

- модернизация — Ьт = 800 мм;

б) на раме кузова:

- исходный вариант — Ит = 440 мм;

- модернизация — Ит = 500 мм.

Расчет выполняется для следующих режимов движения электровоза:

а) расчетный режим с грузовым поездом со скоростью 62,7 км/ч;

б) расчетный режим с пассажирским поездом со скоростью 105 км/ч.

Исходные данные к расчету и его результаты приведены в табл. 1 и 2 соответственно.

Таблица 1

Исходный вариант Модернизация

Символ расчетный режим с грузовым поездом с V = 62,7 км/ч расчетный режим с пассажирским поездом с V = 105 км/ч расчетный режим с грузовым поездом с V = 62,7 км/ч расчетный режим с пассажирским поездом с V = 105 км/ч

F, Н 67500 40250 67500 40250

Dxk, м 1,250 1,250 1,250 1,250

1пр, М 0,990 0,990 0,990 0,990

lT, м 2,700 2,700 2,700 2,700

4т, М 2,470 2,470 2,470 2,470

hT, м 0,440 0,440 0,500 0,500

Вк, м 1,580 1,580 1,580 1,580

Вш, м 2,200 2,200 2,200 2,200

Впр, м 1,088 1,088 1,088 1,088

H, м 1,060 1,060 1,060 1,060

Lk, м 8,230 8,230 8,230 8,230

bT, м -0,230 -0,230 0,230 0,230

h0, м 0,250 0,250 0,250 0,250

д, Н/м 1327000 1327000 1327000 1327000

Рст, Н 221000 221000 221000 221000

а, рад 0,07 0,07 0,11 0,11

а, град 4,03 4,03 6,37 6,37

Таблица 2

Исходный вариант Модернизация

Параметр Формула расчетный режим с грузовым поездом с V = 62,7 км/ч расчетный режим с пассажирским поездом с V = 105 км/ч расчетный режим с грузовым поездом с V = 62,7 км/ч расчетный режим с пассажирским поездом с V = 105 км/ч

Aqinp, Н (2) 42614 25410 42614 25410

А^2ПР, Н (2) 42614 25410 42614 25410

Aqipn, Н (3) 11364 6776 11364 6776

А^2РП, Н (3) 11364 6776 11364 6776

Aq'iH, Н (6) 35979 21454 35979 21454

А^'2и, Н (5) 6635 3956 6635 3956

А*'1л, Н (5) 6635 3956 6635 3956

А^'2л, Н (6) 35979 21454 35979 21454

А^п1,2т, Н (8) 29344 17498 29344 17498

А^Л1,2т, Н (8) 29344 17498 29344 17498

Ад''ь Н (11) -3809 -2271 13698 8168

Ад ' '2, Н (12) -13309 -7936 -6512 -3883

Ая '' V Н (13) 17388 10368 17388 10368

Ад '' '2, Н (13) 17388 10368 17388 10368

Ад '' '3, Н (14) 17388 10368 17388 10368

Ад '' '4, Н (14) 17388 10368 17388 10368

Адп1, Н (16) -26223 -15637 -17470 -10417

Адп2, Н (18) 13586 8101 10187 6075

Адп3, Н (29) -13586 -8101 -10187 -6075

Адп4, Н (31) 26223 15637 17470 10417

Адл1, Н (15) -26223 -15637 -17470 -10417

Адл2, Н (17) 13586 8101 10187 6075

Адл3, Н (28) -13586 -8101 -10187 -6075

Адл4, Н (30) 26223 15637 17470 10417

АРЛ1, Н (32) 5621 3352 14374 8571

АРЛ2, н (34) 2816 1679 -582 -347

АРЛ3, Н (36) 18258 10887 21657 12914

АРЛ4, н (38) 15454 9215 6700 3995

АРп1, Н (33) -15454 -9215 -6700 -3995

АРп2, Н (35) -18258 -10887 -21657 -12914

АРп3, Н (37) -2816 -1679 582 347

АРп4, Н (39) -5621 -3352 -14374 -8571

Агль мм 4,2 2,5 10,8 6,5

а2л2, мм 2,1 1,3 -0,4 -0,3

А2Л3, мм 13,8 8,2 16,3 9,7

а2л4, мм (40) 11,6 6,9 5,0 3,0

АЛ, мм 11,6 6,9 -5,0 -3,0

А2п2, мм -13,8 -8,2 -16,3 -9,7

А2п3, мм -2,1 -1,3 0,4 0,3

А2п4, мм -4,2 -2,5 -10,8 -6,5

Вывод

Таким образом, можно сделать вывод, что для получения минимально возможных догрузок (разгрузок) колесных пар и деформаций пружин первой ступени рессорного подвешивания тележек целесообразно выполнить модернизацию (Ьт = 800 мм; hT = 500 мм).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

Гетьман, Г. К. Результати експлуатацп електро-возiв ДС3 на залiзницях Украши [Текст] / Г. К. Гетьман, Ю. В. Михайленко, С. В. Арпуль // Материалы IV Межд. науч.-практ. конф. «Электрификация железнодорожного транспорта». -Д., 2010. - С. 13-14.

Поступила в редколлегию 10.05.2011. Принята к печати 19.05.2011.