Определение разгрузок (догрузок) колес ипрогибов 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 ДС 3 з тяговою передачею другого роду при переда-4i сил тяги вщ вiзкiв до кузова за допомогою похило! тяги. Виконано чисельнi розрахунки на приклащ магi-стрального вантажопасажирського електровоза ДС 3.

Ключовi слова: колiсна пара, шдвюка, ресорнi комплекси, вiзок, статичний прогин

В статье представлены расчётные формулы для определения разгрузок (догрузок) колес и прогибов рессорного подвешивания четырехосного электровоза ДС 3 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 ДС 3.

Ключевые слова: колесная пара, подвеска, рессорные комплексы, тележка, статический прогиб

In the article the calculation formulas for determination of unloadings (finishings loadings) of wheels and bendings of a spring suspension of 8-wheel electric locomotive DS 3 with the hauling transmission of the second kind at the transmission of tractive forces from the bogies to the body through sloping tractions are presented. Numerical calculations are executed on the example of mainline freight-and-passenger electric locomotive DS 3.

Keywords: wheelpair, pendant, spring complexes, 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 ДС 3 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 Zк и ZШ (рис. 1) равные по величине, но противоположные по направлению

К\ = Ы = = Ы = Р • / , (1)

где Р — 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 /2г

(2)

где Iпр - 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

|Л^1пр| =|Л^2 пр| =

= Р • • (£

Т пр )/(2^пр • ^т ), (3)

где I 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

= |Л*2| = Р • £>хк/2£пр . (4)

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

Рис. 1

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

= Ад'2л = Р • • (Бк + ВПР ) 1(41 ш • Вк), (5)

= А<?2п = Р • ^ХК • (Бк - Впр) 1(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

кппт| =|а<?]

'рпт I = Р • ^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

|Л^ПТ| = |Л4

1т i = ^ ' ^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)

Лд; = 2 ^ • (I т + Ьт)' ^а /1

т'

Лд2/ = 2 ^ • Ьт • / £ 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 2¥к0. С учетом этого момента

Лд1/ = 2 ^ • [(£ т + ¿т) • ^а- ^ т; (11)

Лд2/ = 2^• (Ьт • ^а- А0)/1т, (12)

где к0 - высота крепления тягового устройства к раме тележки.

Рис. 3

При ведении поезда суммарная сила тяги (рис. 4) передается на уровне оси автосцепки Н в результате чего образуется момент 4¥-Н, который разгружает колесные пары передней по

а догружает колесные

Лд1/// =Лд2// = 4^ • Н / ЬК ;

Лд3// =Лд4// = 4 ^ • Н / ЬК .

(13)

(14)

ходу тележки Лд1/// = Лд^

пары задней тележки = Лд4

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

Лд/1 _•

-Лд/

_

(£ т

/п

- Ьт) • tga -)

2£ т

Н_

(15)

Лдп _ Ад/ри

- Лд/

Лд/. Лд/ Лд/

///

_ ^ •

(£ т + Ьт) • tga-^

Б

хк

2Л т

т ^т

- вторая по ходу колесная пара

лд2 рп + ад1 , лд/т

Лдл _-

_ F •

Лдп _ -

-Лд2:

Лд'2

(£ т + Ьт) • tga - Н0 1 Б

Лд2рп

2£ т

Н

тк

ДдГ 2

_ Н_'

Тк _

///

(/7)

-Лд2 л-

Лд/Т Лд2' Лд.

_ ^ •

(£ т

Ьт) • tga -1

Б

хк

21 т

2

Н

Тк

, (/8)

' т т Тк .

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

Лд3рп _Лд/рп ; (/9)

|Лд3/| _К|; (20)

Лд3 п _ Лдш; (20)

Лд3 л _ Лд/л; (2/)

Лд2т _ Лдпт; (22)

Лд2т _ Лд/т; (23)

Лд4 рп _ Лд2 рп ; (24)

|Лд4| _|Лдп|; (25)

Лд4 п _ Лд2 п ; (26)

Лд4 л _ Лд2 л. (27)

С учетом изложенного, получим:

Лдл _ F •

Лдп _ F ■

Ьт • tga - У

2£ т

Ьт • tga- К бхк

2£ т

Н

цк

Н

Тк

; (28)

; (29)

Лдл _ F •

Лдп _ F ■

(£ т + Ьт) • tga-У

(£ т + Ьт) • tga-/

Б

хк

2£т

2£ т

Н_

Т _

Н_

; (30)

. (3/)

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

ЛР/Л _ (Лд/рП + ЛдЛнт + Лд/ - Лд////)/2 _

(/6) _ F •

БХК • т ПР) , БХК • ВП

41п

4£ пр • Впр

-пр •"-т

tga•(£ т + Ьт) - И0 Н

£ т Цк

ЛР/П _ (Лд/рп - ЛдрПт + Лд/ -Лд////)/2 _

_ F •

БХК • т ПР) БХК • В]

^пр

4/

т-с г

4/ • В

пр пр

пр т

tga•(£ т + Ьт) - И0 Н

£ т Цк

ЛРл _ (-Лд2рп + Лдлпт - Лд2 - Лд^/2 _

_ F •

4/ • В

и пр "пр

БХК • т пР) + БХК • вп

4/ • /

пр ^ т

tga • Ьт - Н0 Н

£ т Цк

ЛРП _ (-Лд2рп - ЛдРПт - Лд2 - Лд^)/2 _

_ F •

БХ

• (£ т 2£ пр) Бхк • Вп

4/ • £

пр ^ т

tga • Ьт - И0 Н £ Т

А, т

4£пр • Впр

ЛР3л _ (Лд3РП + Лдлпт + Лд3/ + Лд3/// )/2 _

•т - пР)

_ F •

БХ

4£ П

-пр ^т

tga • Ьт - Н0

БХК • ВП 4/ • В

и пр "пр

Н

ТК

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

ЛР3П = (Лд3РП - А^ПпТ + Ая'3 + Л^") / 2 =

= ^ •

4/ • В

пр пр

ДХК • Т пР) — ДХК • вп

4/ • /

пр Т

+ tga•bт - И0 + Н_

£ т ^к

; (37)

лрл = (-л^4рп + алпт - л? - а^4//)/2 =

= ^ •

ДХК • Т ПР^) , ДХК • Вп

4/

т-с г

пр Т

tga • (£ т + Ьт) - И0 + _Н

£ т ^к

4/ • В

пр пр

; (38)

ЛРП = (-Л^РП - ЛПгг - Лд'4 + Л^4//)/2 =

= ^ •

ДХК • т ПР) ДХК • ВП

4/

пр т

tga • (£ т + Ьт) - И0 + Н

£ т ^К

4/ • В

пр пр

. (39)

изменения статического прогиба люлечных подвешиваний на тележках:

л/лт = ±

4 • ^ • Н

Цк • Ж■

(40)

лт

Определив АРК каждого колеса и зная жесткость рессорного комплекта на колесо ЖК необходимо определить изменения статических прогибов А/к = АРК/ЖК, на основании которых определить положение (перекос) кузова в продольном и поперечном направлениях с учетом

где ЖЛТ - жесткость комплекта пружин люлеч-ного подвешивания 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 реме кузова:

- исходный вариант — Нт = 440 мм;

- модернизация — Нт = 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

Н 67500 40250 67500 40250

Дк, м 1,250 1,250 1,250 1,250

1пр, м 0,990 0,990 0,990 0,990

1т, м 2,700 2,700 2,700 2,700

4т, м 2,470 2,470 2,470 2,470

Нт, м 0,440 0,440 0,500 0,500

Вк, м 1,580 1,580 1,580 1,580

Врп, м 2,200 2,200 2,200 2,200

Впр, м 1,088 1,088 1,088 1,088

Н, м 1,060 1,060 1,060 1,060

Цк, м 8,230 8,230 8,230 8,230

Ьт, м -0,230 -0,230 0,230 0,230

к0, м 0,250 0,250 0,250 0,250

<;, 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

Д^2ПР, Н (2) 42614 25410 42614 25410

Aqipn, Н (3) 11364 6776 11364 6776

Д^2РП, Н (3) 11364 6776 11364 6776

Д*'1ш Н (6) 35979 21454 35979 21454

Д^'2п, Н (5) 6635 3956 6635 3956

Д*'1л, Н (5) 6635 3956 6635 3956

Д^'2л, Н (6) 35979 21454 35979 21454

Д^п1.2т, Н (8) 29344 17498 29344 17498

Д^л1.2т, Н (8) 29344 17498 29344 17498

Дя''ъ Н (11) -3809 -2271 13698 8168

Дя ' '2, н (12) -13309 -7936 -6512 -3883

Дя '' 'ъ н (13) 17388 10368 17388 10368

Дя '' '2, н (13) 17388 10368 17388 10368

Дя '' '3, н (14) 17388 10368 17388 10368

Дя '' '4, н (14) 17388 10368 17388 10368

Дяп1, Н (16) -26223 -15637 -17470 -10417

Дяп2, Н (18) 13586 8101 10187 6075

Дяп3, Н (29) -13586 -8101 -10187 -6075

Дяп4, Н (31) 26223 15637 17470 10417

Дял1, Н (15) -26223 -15637 -17470 -10417

Дял2, Н (17) 13586 8101 10187 6075

Дял3, Н (28) -13586 -8101 -10187 -6075

Дял4, Н (30) 26223 15637 17470 10417

ДРль Н (32) 5621 3352 14374 8571

ДРл2, Н (34) 2816 1679 -582 -347

ДРЛ3, Н (36) 18258 10887 21657 12914

ДРл4, Н (38) 15454 9215 6700 3995

ДРп1, Н (33) -15454 -9215 -6700 -3995

ДРп2, Н (35) -18258 -10887 -21657 -12914

ДРп3, Н (37) -2816 -1679 582 347

ДРп4, Н (39) -5621 -3352 -14374 -8571

Дгль мм 4,2 2,5 10,8 6,5

Д2л2, мм 2,1 1,3 -0,4 -0,3

AZЛ3, мм 13,8 8,2 16,3 9,7

Д2л4, мм (40) 11,6 6,9 5,0 3,0

AZп1, мм 11,6 6,9 -5,0 -3,0

мм -13,8 -8,2 -16,3 -9,7

AZп3, мм -2,1 -1,3 0,4 0,3

SZZl4, мм -4,2 -2,5 -10,8 -6,5

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).

Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК

1. Гетьман, Г. К. Результати експлуатацп електро-возiв ДС 3 на залiзницях Украши [Текст] /

Г. К. Гетьман, Ю. В. Михайленко, С. В. Арпуль // Матерiали IV М1жн. наук.-практ. конф. «Электрификация железнодорожного транспорта». -2010. - С. 13-14.

Поступила в редколлегию 17.11.2010. Принята к печати 23.11.2010.