CC BY
42
УДК 629.424.1:621.31:681.3
О. М. БОНДАРЕВ, Т. О. РИЖОВА (ДПТ), О. О. БОНДАРЕВ (Укрзалзниця)
ОЦ1НКА ВПЛИВУ КУТА НАХИЛУ ПОХИЛО1 ТЯГИ НА ВЕРТИКАЛЬНУ НАВАНТАЖЕНН1СТЬ КОЛ1СНИХ ПАР ДВОВ1СНИХ В1ЗК1В ЛОКОМОТИВА ПРИ РЕАЛ1ЗАЦП ТЯГИ
У статп наведено результати теоретичних розрахуншв вертикально! навантаженосп колюних пар двовь сних в1зк1в локомотива при стацюнарних режимах його руху 3i складом вагошв вантажного по!зда. Оцшю-еться вплив кута нахилу похило! тяги на рiзницю навантажень колiсних пар вiзкiв.
В статье приведены результаты теоретических расчетов вертикальной нагруженности колесных пар двухосных тележек локомотивов при стационарных режимах его движения с составом вагонов грузового поезда. Оценивается влияние угла наклона наклонной тяги на разность нагрузок колесных пар тележек.
The paper provides the outcomes of theoretical calculations of vertical loading of wheelsets of two-axle locomotive bogies with the locomotive running on a stationary mode with a freight train. Evaluation is given to the influence of the slope angle of the inclined roller on the difference of loadings onto the bogie wheelsets.
При розробщ i створенш одиниць тягового рухомого складу необхщно виршувати велику кшьюсть питань, серед яких е пошук науково обгрунтованого призначення пара-метрiв екшажно! частини, що здатш забез-печити найкраще використання показника зчшно! ваги.
Вказанiй проблемi присвячено певна кшь-кiсть робгт [1; 2], спрямованих на найбшьш ефективне використання вказаного показника. Одним з напрямюв, що забезпечуе ефективне використання показника зчшно! ваги, е викори-стання в одиницях тягового рухомого складу похило! тяги. Ця тяга забезпечуе передачу тягового зусилля вщ колюних пар та рам вiзкiв до кузова i далi до складу по!зда.
Дана робота присвячуеться аналiзу впливу кута нахилу похило! тяги та вертикальних складових жорсткютних характеристик вузлiв спирання у першому та у другому ступенях пiдвiшування електровоза на величини верти-кальних зусиль у буксових вузлах. Метою ро-боти е знаходження таких значень ку^в нахилу та жорсткюних характеристик, при яких верти-кальнi складовi зусиль у буксових вузлах обох колюних пар вiзкiв при стащонарному режимi тяги будуть однаковими.
Для розв'язання вказано! задачi розглянуто взаемодiя кузова i двох вiзкiв у поздовжнiй площинi. На рис. 1-3 наведено розрахунковi схеми основних елеменпв екiпажно!' частини електровоза, в якому передача тягового зусилля вiд вiзкiв на кузов здiйснюеться за допомогою похилих тяг.
hl
F„
Q4
^п.т2 | ап.
Q3
«2
«2 Fп.т1
А А
Q2
Qi
2b
X
V '*п.т
Рис. 1. Кузов електровоза
Q.
t±=£
Qi
Рис. 2. Рама першого вiзка електровоза
Q.
Qi
аб а„
Q61
Т^б
*Z
X
Рис. 3. Рама другого Bi3Ka електровоза
Якщо припустити, що рух вказано! системи (електровоз 3i складом вагошв по!зда) е стащо-нарним, то для знаходження залежностей верти-кальних зусиль, що виникають у буксових вузлах кршлення при рiзних кутах нахилу похило! тяги, значеннях сили тяги та значеннях жорстко-
h
0
а
a
a
1
а — а
1 — "2
а — а
1 — "2
0
стей буксових вузлiв з'еднання, можна обмежи-тися розглядом умов статично! рiвноваги.
Для аналiзу поведiнки вказано! системи було складено рiвняння статично! рiвноваги вщповщ-но до розрахункових схем, вказаних на рис. 1-3.
Кузов електровоза
ра 2рп.т со^п.т ,
(1)
в*=1;=1 Qi,
2Рп.т (Ап.т c0s ап.т + Ь sin ап.т ) =
= ( в4 - й) а + ( - в2 )а2.
Перший вiзок:
р = п.т
2cosаг
й + й - (^ + йб2 ) + О = рп.т sin а п.т , (2)
((- Об2 )а +( - 0 =
= ~а(( + апт 1ап апт - ^б ).
Другий вiзок:
р
р = . а
■*■ п т
2cosаг
41 = Хк- Хв1 - Фк а + Фв1
42 = Хк -гв1 -Фка2 -Фв1
43 = Хк - Хв 2 + Фк а2 + Ф
44 = Хк - Хв2 +Фк • а1 -Ф
2 '
(а1 - а2 ) 2 '
(а1 - а2 ) 2 ^ Тк"2 т Тв2 -2-
(1 - а2 )
2 2
%г = ^ - Фв1 • аб ,
462 = гв1 + Фв1 • аб, (4)
463 = Хв2 - Фв2 • аб ,
464 = Хв2 + Фв2 • аб .
й = *0 в2 = *0 Оз = *0
в4 = *0
Хк - Хв1 -Фка1 + Фв1
(а1 - а2)
Хк - гв1 -Фк а2 -Фв1 Хк - Хв2 +Фка1 +Фв1 Хк - Хв2 +Фка1 -Фв2
(а1 - а2 ) 2
(а1 - а2 ) 2
(а1 - а2 )
0б1 = *б (гв1 -Фв1 аб); вб2 = *б (гв1 +Фв1 аб ) , й3 = *б (гв2 -Фв2 аб); °б4 = *б (Хв2 +Фв2 аб ) .
Якщо розв'язати рiвняння (1-3) з врахуван-ням спiввiдношень (4) вiдносно перемщень при сталому режимi руху, то в матричнш формi для визначення перемщень, на пiдставi яких далi будуть визначатися зусилля, отримаемо таку систему рiвнянь:
ЛХ + А, = 0,
(5)
в3 + 04 - (вб3 + °б4 ) + й = рп.т вШ ап.т , (3)
(вб3 - 0б4 )б + ( - 03 =
р
= у ( + ап.т ^ а п.т - иб).
Рiвняння зв'язку мiж перемiщеннями та зу-силлями:
(а1 - а2 )
де
А =
а11 а12 а13 а14 а15 а16
а21 а22 а23 а24 а25 а26
а31 а32 а33 а34 а35 а36
а41 а42 а43 а44 а45 а46
а51 а52 а53 а54 а55 а56
а61 а62 а63 а64 а65 а66
г =
" Хк "
Фк А 2 2
Хв1 А г = А32
Фв1 2 А 4 2
Хв2 А5 2
Фв2 А6 2
Значения елеменпв матриц А:
а11 = 4*0 :
а12 = 0 , а13 = -2*0, а14 = 0.
а15 = -2*0 , а16 = 0 , а21 = 0, а22 = 2*0
(а12 + а22 ) ,
а23 = *0 (а1 + а2 ) , а25 =-*0 (а1 +а2 ) =
а24 =
*0 (а1 - а2 )2
а26 =-
*0 (а1 - а2 )2
2
2
а31 = 4*0 ■
а32 = -2*0 (а1 +а2) , а34 = 0,
Таблиця
а35 = 0, а36 = 0
а43 = 0 , а44 = -
, а45 = 0 :
а65 = 0, а66 =-
, а41 = 0, а42 = *0 (а1 - а2) , *0 (а1 - а2 )2 + 4*б аб2 а46 = 0 , а51 = -4*0 , а52 = -2*0 (а1 + а2 ) , а53 = 0, а54 = 0, а55 = 4 (*0 + *б ) , а56 = 0, а61 = 0,
а62 = *0 (а1 - а2 )2, а63 = 0, а64 = 0,
*0 (а1 -а2 )2 +4*баб
Значення правих частин:
А12 = °к , А22 = ра • (К0 + Ь •tan ап.т ), А32 = ра • гап ап.т - вв ,
А42 = ра (К - Ьб + ап.т • гап ап т),
А52 = ра • гап ап.т - вв , А62 = ра • (Кв - Кб + ап.т • гап ап.т) .
При проведеннi чисельних розрахунюв приймалося, що кут нахилу похило! тяги може змiнюватися в межах 3.5° < апт< 10°, жорстю-стнi характеристики буксових вузлiв з'еднання у вертикальному напрямку та у вузлах спиран-ня кузова на рами вiзкiв можуть вiдрiзнятися вiд проектних значень на 20 %, а значення кое-фiцiентiв i параметрiв системи рiвнянь прийма-лися такими, як у робот [3] (табл.).
Чисельш значення сил тяги також прийма-лися рiзними i вщповщними тяговiй характеристики електровоза ДС3 [3].
Параметр Значення Розм1ршсть
а1 5,480 м
а2 2,750 м
аб 1,350 м
ап.т 1,450 м
Ь 7,380 м
К 0,950 м
К 0,500 м
Кб 0,130 м
К 1,365 м
*0 1100,000 кН/м
*б 1452,000 кН/м
Ок 513,800 кН
Ов 75,400 кН
ап.т > 3,5 1 < 10 °С
Ра > 01 < 300 кН
На рис. 4 наведено графiчне зображення за-лежностей рiзниць вертикальних зусиль (Авб )
у буксових вузлах першого вiзка при рiзних зна-ченнях кутiв нахилу похило! тяги (ап т) та величин сили тяги Ра на рiзних швидкостях руху (у другому в1зку аиалопчио).
Рис. 4
З наведеного графша виходить, що змша ве-личини сили тяги впливае тiльки на абсолютнi значення вщповщних величин i не оказуе впли-ву на тi значення купв нахилу похило! тяги, при яких значення вертикальних зусиль у бук-сових вузлах будуть однаковими.
Проанатзуемо наведений графш детальнiше з метою визначення кута нахилу похило! тяги,
при якому значення Ддб буде близьке до нуля. Для цього спроектуемо дану поверхню на площину Ддб (рис. 5). Таким чином, кож-
на лiнiя на цш площинi являе собою залеж-шсть Ддб вiд Га при конкретному значенш
кута нахилу апт.
200
150
100
50
-200
-250
-300
* / *
/ у* г
/ * / г / / *
.......
— --.....
4.5°
4.0° 7.0° 10° 3.5° Б.5° 9.5° 6.0° 9.0°
5.5° 8.5°
В.0°
0 50 100 150 200 250 300
Еа
Рис. 5
Анатз отриманих результатiв показуе, що для даного електровоза при тих величинах па-раметрiв, якi було наведено вище, кут нахилу похило! тяги апт, при якому рiзниця мiж зна-ченнями вертикальних зусиль у буксових вуз-лах дорiвнюе нулю, е 6°.
Далi з'ясуемо, як вертикальш складовi характеристик жорсткост вузлiв спирання у першому (*0) та у другому (*б) ступенях шдвшування електровоза ДС3 впливають на величини вертикальних зусиль у буксових вузлах. Для цього побудуемо поверхню, яка
буде зображувати залежшсть Ав^ вiд *0
i *б, Що змiнюються у межах вщ 1 до 20 % вщносно номiнальних величин (рис. 6). Заф> ксуемо апт i ¥а та надамо !м значення 6° та 200 кН вщповщно. Вщм^имо, що при прийнятих апт i Ра та номiнальних значен-
нях *0 i *б Авб дорiвнюе 1,118 кН.
З отриманого графiка видно, що мiнiмальне
значення Авб дорiвнюе 1,05 кН, що несутте-
во вiдрiзняеться вiд значення, отриманого при номшальних величинах вертикальних характеристик жорсткостей вузлiв спирання у першому та у другому ступенях щ^шування.
1350
1450 1100
Рис. 6
У робот [3] показано, що при зменшенш кута нахилу похило! тяги зменшуються i дина-мiчнi складовi вертикальних зусиль у першому та другому ступенях шдвшування при зрушен-нях з мiсця електровоза з асинхронними тяго-вими двигунами у складi вантажного по!зда i, таким чином, виявляеться меншим динамiчне навантаження. В цьому випадку виявилося, що найкращi значення кута нахилу похило! тяги апт - 3,5° та 6°.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИИ СПИСОК
1. Гордиенко П. И. Новое представление об образовании силы тяги и коэффициенте сцепления электроподвижного состава // Железные дороги мира. 1999. - № 4. - С. 37-40.
2. Некрасов О. А. О коэффициенте сцепления грузовых электровозов в области ослабления возбуждения тяговых двигателей // Вести. ВНИИЖТ. 1946. - № 2. - С. 21-24.
3. Бондарев О. М. Навантажешсть вузл1в електровоза з асинхронними тяговими двигунами // За-л1зничний транспорт Украни. 2003. - № 6. -С. 63-71.
Надшшла до редколегп 15.06.04.
