CC BY
44
УДК 629.424.1:621.31:681.3
I. е. БАТЮШИН (Укрзашзниця),
О. М. БОНДАРеВ, В. Л. ГОРОБЕЦЬ, О. М. ЗАБОЛОТНИЙ, Д О. ЯГОДА (ДПТ)
ПОКАЗНИКИ ДИНАМ1КИ ЕЛЕКТРОВОЗА ЧС4 ТА М1ЦНОСТ1 НЕСУЧИХ КОНСТРУКЦ1Й РАМ В1ЗК1В ВИРОБНИЦТВА ХК «ЛУГАНСЬКТЕПЛОВОЗ»
В статл наведено результати динашчних ходових мщносних випробувань електровозу ЧС4 з в1зками виробництва ХК «Луганськтепловоз». На п1дстав1 отриманих результата випробувань зроблено висновки про вщповвдшсть електровоза нормативним показникам при його експлуатаци у склад1 пасажирських по!'з-д1в з1 швидкостями до 140 км/год. включно.
В статье приведены результаты динамических ходовых прочностных испытаний электровоза ЧС-4 с рамами тележек производства ХК «Лугансктепловоз». Полученные результаты испытаний показали, что модернизированный электровоз соответствует Нормативным показателям.
Article is devoted to the results of dynamic tests, tests on the line and tests for durability of electric locomotive CS4 with bogies frames produced by HK «Luganskteplovoz». The received results of tests have shown, that the
modernized electric locomotive corresponds to Normative parameters.
rn динам1чн1 ходов1 випробування ¡з визначен-ням показниюв динам1чно! мщност несучих конструкцш рам в1зк1в електровозу ЧС-4 зав № 191, який побудовано 16.11.1970 р. Загаль-ний пробп цього електровозу вщ побудови до останнього КР2, що було проведено на ЗЕРЗ 30.06.05, складав 6140418 км.
Випробування проводилися на основних на-прямках експлуатаци вказаного електровоза П1в-денно-Захщно! зал1зниц1: Ки!в-Козятин-Шепе-лвка-Здолбушв; Ки!в-Борисп1ль-Барит1вка; Ки-!в-Мирошвна-Шевченко-Знам'янка-П'яти-хатки-стикова. Пщ час проведення випробувань дослщш по!здки були здшснеш: зчепом, який складався з дослщного електровозу ЧС-4 191, вагона - лаборатори Д11Та, та допом1жних еле-ктровоз1в ЧС-4, або ЧС 8; у склад1 по!зда № 40 Ки!в-Севастополь. У склад1 швидкого паса-жирського по!зду № 40 Ки!в-Севастополь до-слщна по!здка виконувалася дослщним елект-ровозом ЧС4 зав. № 191, до якого був причеп-лений вагон - лаборатор1я Д11Та.
Щц час проведених випробувань були зареес-троваш величини, за якими визначалися коефщь енти вертикально! та горизонтально! динамши, визначено коефщент запасу стшкосп вщ сходу колеса колюно! пари з рейки i показники мщносп основних несучих конструкцш рами вiзка.
Переважною на вказаних дшьницях була mвидкiсть 100... 120 км/год. На деяких дшьницях допустимою була швидюсть до 140 км/год. На дшьнищ Бориспiль-Баришiвка за спещаль-ним наказом Начальника залiзницi mвидкiсть
Для забезпечення пасажирських перевезень на залiзницях Укра!ни дуже гострою виявилися проблема оновлення парку пасажирських ло-комотивiв, а також проведення каттально вщ-новлювальних ремонтiв з продовженням строку служби тих локомотивiв, термiн експлуатацi! яких вичерпано.
Для подолання вказано! проблеми Головне управлшня локомотивного господарства налаго-дило виробництво на пiдприeмствi «ХК Луганськтепловоз» дослщно! партi! рам вiзкiв для елект-ровозiв ЧС4, якi проходять модернiзацiю на ЗЕРЗ iз замшою рам вiзкiв, кабiн i боковин кузова.
Загальний вигляд електровоза, якш пройшов
Рис. 1. Загальний вигляд електровоза ЧС-4 модершзованого ЗЕРЗ
З метою визначення придатносп [2, 3] до експлуатаци рам вiзкiв електровозiв ЧС4, виробництва «ХК Луганськтепловоз» були проведе-
руху допускасться до 180 км/год.
При проведеш динамiчних ходових та ди-намiчних мiцносних випробувань вимiрювали-ся: перемщення за допомогою реохордних дат-чикiв; за спецiальною схемою з'еднання тензо-резисторiв - горизонтальнi поперечш рамнi си-ли. По вимiряним: перемiщенням визначалися динамiчнi добавки вертикальних сил, якi вини-кають у першому та другому ступенях шдвшу-вання; по вiдповiдному з'еднанню тензорезис-торiв - горизонтальнi поперечнi рамш сили. За визначеними динамiчними добавками вертикальних сил визначалися коефщенти динамши, а за динамiчними добавками сил, що виникають у першому ступеш пiдвiшування та за горизон-тальними поперечними рамними силами визна-чався коефщент запасу стiйкостi вщ сходу колеса з рейки. За вимiряними величинами дефо-рмацш по тензорезисторах визначалися напру-ження у основних елементах несучих констру-кцiй рами вiзку. За визначеними горизонталь-ними поперечними перемiщеннями колюних пар вiдносно рами вiзку ощнювалось розташу-вання колiсних пар та рами вiзку при руховi на рiзних дiльницях коли, а також горизонтальш поперечнi сили, якi ддать на рейки.
Для визначення: динамiчних складових вер-тикальних сил у першому та у другому ступенях пiдвiшування першого за напрямком руху вiзку у буксових вузлах встановлеш реохорднi датчики R11, R12, R21, R22, R31, R32 R41; ви-ляння та поперечного вщносу першого вiзку вщносно кузова електровоза у мiсцi розташу-вання першо! та третьо! колюних пар встанов-лено реохорднi датчики перемщень У1, У2;
горизонтальних поперечних рамних сил на бiчних поверхнях повздовжнiх балок рам вiзкiв на рiвнi нейтрального шару в перерiзах, розта-шованих навколо двох центральних поперечних балок, з двох сторш встановлено чотири тензо-резистори, яю попарно з'еднувалися мiж собою i далi за вiдлiками вольтметру визначалися горизонтальш поперечш рамш сили Н1 та Н3.
Для визначення горизонтальних поперечних перемщень колюних пар вщносно рам вiзкiв мiж рамою першого вiзка та буксовими вузла-ми колiсних пар встановлено три датчики ма-лих перемiщень HR1, HR2, HR3.
Для визначення напружень на повздовжнiх бiчних балках на нижнiх листах встановлено 26 тензорезисторiв ( цi тензорезистори позначали-ся таким чином: (1-13)ХП - права за напрямком руху повздовжня бiчна балка; (1-13)ХЛ - лiва за напрямком руху повздовжня бiчна балка), а на бiчних листах цих балок - двi прямокутнi
розетки деформацiй Р1 та Р2, що складаються з трьох Teroope3№TopiB кожна (Р1Х, P1Z, P1 а та Р2Х, P2Z, P2 а ).
З метою визначення можливих причин, яю приводили в iнших електровозах до появи трщин на фiксуючому кронштейнi редуктора, який роз-ташовано на заднiй поперечнш балцi встановлена розетка деформацiй P3 (Р3Х, P3Z, P3 а ).
Для визначання сили тяги локомотива у вагон - лаборатори встановлено динамометрич-ний автозчепний пристрш, за показаннями яко-го встановлювалися значення сили взаемоди Sa мiж дослiдним електровозом i вагоном - лабо-раторiею та iншими одиницями дослiдних зче-пiв, або вагошв по!зду.
Схеми та мiсця установки вимiрювальних пристршв наведено на рис. 2-4.
Рис. 2. Розташування датчишв для вим1рювання напружень на pa\ii в1зку
Рис. 3 Розташування датчикiв для вимiрювання динамiчних складових перемщень та зусиль у другому ступеш mдвiшування
Таким чином, при проведенш динам1чних ходових випробувань рееструвалося 54 процеси.
Значення жорсткостей першого та другого ступешв шдвшування визначалися експериме-нтально 1 мають наступш значення. Вертикальна жорсткють першого ступеня складае 1,47 кН/мм. на один буксовий вузол, а другого ступеня шдвшування - 4 кН/мм. на один б1к в1зку.
Повщкова група дозволяе пружш перем> щення ос колюно! пари з жорсткютю у поперечному горизонтальному напрямку 4,5-8 кН/мм., у повздовжньому напрямку з жорсткю-тю 70 кН/мм., у вертикальному - 0,55 кН/мм. При цьому вертикальна жорсткють пружини буксового шдвшування 0,46 кН/мм.
Л'юа сторона _
Рис. 4. Розташування реохордних датчиков на раш
вiзку для вимiрювання динамiчних складових вертикальних перемiщень та вiдповiдних динашч-них складових вертикальних зусиль у першому ступенi пiдвiшування
На початку випробувань було проведено поосьове зважування дослщного електровозу ЧС-4 зав. № 191 та допомiжного електровозу ЧС-4, якш не проходив КВР, за допомогою зважувально! установи, що розташована на вхь днiй горловинi станцп Здолбушв (терези «Пульсар ВТВ-25 ДР №2»). Ц данi наведено у табл. 1.
Таблиця 1
Результати зважування електровоза ЧС4 191
Електровоз ЧС4 191
№ ко-лгсно! пари Навантаження на коль сну пару, кН Наванта- ження вщ вiзку, кН Вага електровозу, кН
1 208,5
2 212,5 629,5
3 208,5 1270,5
4 219
5 218 641
6 204
З табл. 1 маемо, що середне навантаження на колюну пару складае 211, 75 кН. По першш колiснiй парi навантаження вiдрiзняеться вщ середнього значення на 1,5 %, по четвертш i п'тiй колюним парам - на 3,4 % i по шостiй ко-люнш парi - на 3,7 %.
Нижче у таблищ 2 наведено результати зважування електровозiв ЧС-4, яки проводилися на ст. Здолбушв у 2003 рощ. Електровоз ЧС-4 зав. № 206 не проходив КВР, а електровоз ЧС-4
зав. № 082 пройшов таку ж модершзащю, що i електровоз ЧС4 зав. № 191, але ж в той час при модершзацп встановлювалися рами вiзкiв, яю виготовлеш на пiдприемствi заводу-виробника «Шкода ТТ».
Таблиця 2
Результати зважування дослвдних електровозiв ЧС4, яка проводилася у 2003 рощ
№ ко- Навантаження на колюну пару, кН
люно! Перше зва- Друге зважу- Середш зна-
пари жування вання чення
Електровоз ЧС4 206
1 208 217 215
2 219 217 218,5
3 200 200,5 200,3
4 194 193,5 193,8
5 234 233 233,5
6 209 181 195
Електровоз ЧС4 082
1 221 210,5 215,8
2 215 216,5 215,8
3 219,5 219,5 219,5
4 212 212,5 212,2
5 224,5 223 223,8
6 212 210 211
З наведених таблиць слщуе, що вага базового електровозу дорiвнюе 1256,1 кН. В цьому рощ, шд час зважування модершзованого елек-тровоза ЧС-4, також було проведено зважуван-ня базового електровоза ЧС-4 i його вага склала 1249 кН. Вага модернiзованого електровоза ЧС-4 082 складае 1298,1 кН. Внаслщок прове-дених модернiзацiй у середньому вага електровоза ЧС-4 зростае приблизно на 3,17 Тс.
Для визначення коефщ1ент1в динамiки, не-обхiдна iнформацiя про статичнi навантаження, що створюються у вщповщних пружинних комплектах. Величини статичного навантажен-ня мають такi значення: вага електровозу ЧС-4 зав. № 191 складае 1270,5 кН, вага вiзкiв -
570.8 кН, вага кузова - 699,7 кН. Таким чином, статичне навантаження, яке припадае на кож-ний буксовий вузол, визначимо як рiзнiсть мiж загальною вагою електровоза та шдсумковою вагою, що складаеться з ваги шютьох колюних пар с буксовими вузлами, ваги шютьох тягових редукторiв, подiленою на дванадцять буксових вузлiв i складае 75,14 кН. Величина статичного навантаження, яка приходиться на одну сторону кожного вiзка вщ ваги кузова дорiвнюе
174.9 кН. При визначенш коефщента горизонтально! динамши величину статичного навантаження приймаемо на рiвнi 150, 28 кН.
Перед проведенням динамiчних ходових випробувань в локомотивному депо Кшв-пас.
були проведет дослщи з тд'йомок кузова еле-ктровоза ЧС-4 зав. № 191. На тдсташ вимiрю-вань за допомогою тензорезисторiв деформацш, а потiм за визначеними статичними скла-довими напружень, на mдставi статистично! обробки, були отриманi середш значення напружень та !х середньоквадратичнi вiдхилення. Цi величини наведено у табл. 3 та 4.
Таблиця 3
Значення статичних складових напружень у повздовжшх балках рами першого вiзку
Напру-
ження 1ХЛ 1ХП 2ХЛ 2ХП 3ХЛ 3ХП 4ХЛ 4ХП 5ХЛ 5ХП 6ХЛ 6ХП 7ХЛ 7ХП
а, МПа 15,9 15,9 18,8 21,1 19,6 16,4 17,6 22,6 31 23,9 38,3 29 41,6 29
, МПа 0,55 0,73 0,47 1,05 0,51 1,55 0,7 1,15 1,08 1,17 1,38 1,45 1,9 1,92
Напру -ження 8ХЛ 8ХП 9ХЛ 9ХП 10ХЛ 10ХП 11ХЛ 11ХП 12ХЛ 12 ХП 13ХЛ 13ХП
а, МПа 28,6 29 38,5 39 15,2 15,4 17,9 11,8 9,8 6,2 2,5 1,2
, МПа 1,6 1,6 1,59 2,42 0,75 1,94 0,75 2,5 0,49 3,34 0,25 0,59
У табл. 3 наведено значення середшх напружень та середньоквадратичних вiдхилень вiд вщповщних середнiх, якi виникають на ни-жнiх листах лiвоl (у верхньому рядку) та право! (у нижньому рядку) повздовжнiх балок рами в> зку у перерiзах навколо кронштейшв крiплення буксових повiдкiв колiсних пар. У табл. 4 наведет значення середшх напружень та середньоквадратичних вщхилень вщ вщповщних середшх, як виникають на бiчних стiнках повздовж-нiх балок рами вiзку в зонi розташування першого кронштейну середньо! колiсно! пари (розетки деформацш Р1 та Р2), на кронштейнi фш-саци тягового редуктора на випадок обриву тяги його закршлення до рами вiзка (розетка деформацш Р3).
На рис. 5 i далi по тексту звiту введено ско-роченi iндекси для вщзначення характеру дшь-ниць, на яких проводилося вимiрювання вщпо-вiдних величин шд час руху дослiдного елект-ровозу. Скороченими iндексами позначено: 8а -зусилля у автозчепному пристри!; пр - пряма дiльниця коли; лс - лiвi криви середшх радiу-сiв; лв - лiвi криви великих радiусiв; пс - правi кривi середнiх радiусiв; пв - правi криви великих радiусiв; ст - стрiлочнi переводи. З даного рисунку слщуе, що найбiльшi значення розтя-гуючих та стискаючих повздовжнiх сил, якими навантажуеться електровоз при руховi у складi по!зда, досягали 200 кН.
Таблиця 4
Значення статичних складових напружень у повздовжшх балках рами першого вiзку
Напруження та !х серед-ньоквадрати-чт вщхилен-ня Позначення тензорезистор1в
Р1Х Р1а Р1г Р2Х Р2а
а, МПа 16,9 0,7 11,8 17,6 4,5
Sa, МПа 0,51 0,25 0,34 1 0,28
Р27 Р3Х Р3а Р3г кг
а, МПа 7,4 0,3 0,1 0,02 6
Sa, МПа 0,47 0,13 0,09 0,04 0,74
З аналiзу наведених у табл. 3 та 4 результата слщуе, що найбшьш навантаженими вщ ваги кузова оказалися точки 5Х...9Х, якi розта-шоваш навколо кронштейнiв середньо! колiсно! пари. За даними розеток деформацш Р1 та Р2 найбiльшi напруження спостерпаються у по-вздовжньому та у вертикальному напрямках. Величини напружень, наведених у таблицях та вщповщш динамiчнi складовi напруження разом далi використовувалися при оцiнцi коефщ> енпв запасу мiцностi.
Пiд час здшснення дослiдних по!здок велася безперервна реестращя значень зусиль, якi ви-никали у динамометричному автозчепному пристри!. Пiсля проведення вiдповiдно! обробки було визначено найбiльшi значення цих зусиль в залежностi вщ швидкостi руху. Цi ре-зультати наведено на рис. 5.
Рис. 5. Найбшьш1 значення стискаючих та розтягуючих зусиль, як1 створювалися у автозчепному пристри!' електровоза шд час його руху у склад1 по!зда
На рис. 6 наведено: процеси змшювання напружень (сiм перших зверху процешв); процеси взаемних перемщень кузова та рами першого за напрямком руху вiзка ( восьмий та дев'ятий процеси); останнш процес - змшювання швид-костi руху. З цих рисунюв слiдуе, що при швидкост руху вище 120 км/год. починають збуджуватися автоколивання. Бшьш того, при швидкостi руху 159 км/год. вщключилися тяга електровозу, що привело до появи ударного на-
вантаження. На таке ударне навантаження вщ-реагували датчики вимiрювання напружень, яю встановлено на кронштейнi фiксацii корпуса тягового редуктора на випадок
•к^ЫиХ'ЛЙ-А йчЛ.АНЦ»!и шк; -кЛйЙл1и>^иЛиА- Л
шкл<-шМЫШ№к
¡¡Шм
1
_1
■■^■Ц^йжНд^и ljj.ii- ^-1' 1| А-'Й1 1.'? г''пт" РТОг^'Тр
жцЩЦ Ш] хлдАДДМЛАЛ^
Рис. 6. Процеси при поiздцi окремим зчепом, де було досягнуто швидкiсть руху 159 км/год
обриву тяги закршлення корпуса тягового редуктора до рами вiзка. Це може i бути причиною, яка приводить до появи трщин у мющ приварення цих кронштейшв до рами вiзка. На рис. 7-21 наведено залежност вщ швидкостi руху на рiзних дшьницях колii динамiчних складових напружень, що виникають в несучих конструкцiях рам вiзкiв.
Найбiльшi значення динамiчних складових напружень на лiвiй балцi при руховi в прямих в г режимi тяги
Яв, МПа
20 10 0 -10 -20
50
V, км/год.
-•—3ХЛ+
■■-4ХЛ+
-А-5ХЛ+
-X-6ХЛ+
-Ж-7ХЛ+
-•-3ХЛ-
Ч-4ХЛ-
—-5ХЛ-
—-6ХЛ-
7ХЛ-
Найбiльшi значення динамiчних складових напружень на лiвiй балцi при руховi в прями режимi тяги
Яв, МПа 20 10 0 -10
10
ХЛ
+
11
ХЛ
+
12
ХЛ
+
10 Х
Найбi ль шi значе ння д инам i чних складових напружень на правш балщ при руховi в прямих в режимi
тяги • 3ХП+
Яв, МПа 20
-20
ш
V, км /год
5ХП+
■А-6ХП+
-7ХП+
■*-8ХП+
-•-3ХП-
Н-5ХП-
—-6ХП-
—-7ХП-
8ХП-
Найбi ль шi значе ння д инам i чних складових напружень на правш балщ при руховi в прямих в режимi тяги
Яв, МПа 20
10
0
-20
1 1 1 1 1 1
I I I I I 4
л 5>—п! V чг
V, Км/год.
Найбiльшi значення динамiчних складових напружень на лiвiй балц при руховi в правих кривих середнiх радiусiв в ~ режимi тяги
МП {50 0
-50
- ' — —
50
V, км /год.
3ХЛ + 4ХЛ + 5ХЛ + 6ХЛ + 7ХЛ + 3ХЛ-4ХЛ-5ХЛ-6ХЛ-7ХЛ-
V, км/год.
0
ПаиГчльим значення динамiчних складових напружень на лiвiй ГалЦ при pyxoBi в правих кривих сеpеднix pадiyсiв в режимi тяги
Sg, МПа
20
0 -20 -40
1 Rh
50 7i0 90 110
10ХЛ + 11ХЛ + 12ХЛ + 10ХЛ-11ХЛ-12ХЛ-
V, км /год.
Найбiльшi значення динаммчних складових напружень на правiй балцi при pyxoBi в правих кривих середшх pадiyсiE pежимi тяги
Sg, МПа 50
0 -50
50 710
7|0 I 9р I 110
V, км/год
3ХП+ 5ХП+ 6ХП+ 7ХП+ 8ХП+ 3ХП-5ХП-6ХП-7ХП-8ХП-
НайГiльшi значення динамiчниx складових напружень на правШ ГалЦ при pyxoвi в правих кривих ' ' ' ™i тяги
.Т
(— (—
—»
-11ХП+ 12ХП+ 11ХП-12ХП-
I ЬпйГмьим значення динамiчниx складових напружень на л1в1й ГалЦ при рухов1 в л1вих кривих серепих радауав
Sg, МПа 20
0
-20
50 I 70 I 90 I 110
V, км/год.
3ХЛ+ 4ХЛ+ 5ХЛ+ 6ХЛ+ 7ХЛ+ 3ХЛ-4ХЛ-5ХЛ-6ХЛ-7ХЛ-
I ЬпйГмьим значення динамiчни\ складових напружень на лшш Галцi при рУ\ов1 в л1ви\ кривих сеpеднi\ раЦусш в pежимi тяги
Sg,МПа 40
20
0
-20
-10ХЛ+ 11ХЛ+ 12ХЛ+ 10ХЛ--11ХЛ-12ХЛ-
V, км/год.
I ЬпйГмьим значення динатчних складових напружень на правт Галц1, при ру\ов1 в л1ви\ кривих середшх раЦусш в pежимi тяги
Sg, МПа
-50 50 70 90 110
-11ХП+ 12ХП + -11ХП-12ХП-
V, км/год.
I ЬпйГмьим значення динатчних складових напружень на правт ГалЦ при ру\ов1 в л1ви\ кривих великих радаусш в pежимi тяги
Sg, МПа 50
0
-50
50 70 90 110 1З0
V, км/год.
НайПльш! значення динамiчни\
складових напружень на правт
Галщ при ру\ов1 в л liiiiix кривих
великих pадiyс1в в pежимi тяги Sg, МПа
50
-50
шш
5р 7Q 9р
-11ХП+ 12ХП+ 11ХП-12ХП-
V, км/год.
НайЯлыш значення динам^чних складових напруженьг на л1вш Гал1Ц при рухов^ в л1ви\ кривих великих рад^уав в режима тяги
Sg,МПа 20
10
0
-10
-20
V, км/год.
—¿I—L/>
—+■
-3ХЛ + 4ХЛ + 5ХЛ + 6ХЛ + 7ХЛ + 3ХЛ-4ХЛ-5ХЛ-6ХЛ-7ХЛ-
НайГiльшi значення дннам^чннх складових напружень нав лйвш ГалЦ, при рухов^ в л1вих кривих великих рад^усв в режима тяги
Sg, МПа 30 п 20 -10 -0 -10
>- НФ= 7 —f 1
h- Hr 3"
-10ХЛ+ 11ХЛ+ 12ХЛ+ 10ХЛ-11ХЛ-12ХЛ-
Рис. 7-21. Найбiльшi значення динамiчних складових напружень у характерних точках повздовжшх балок рами першого за напрямком руху Bi3Ky, яш були вимiрянi з iмовiрнiстю 0,95 при рyховi як ок-ремим зчепом так i в складi пасажирського по!зду № 40 Кив-Севастополь
0
V, км/год.
З наведених рисунюв слщуе, що найбiльшi значення динамiчних складових напружень не перевищують 35 МПа. Найбiльш чутливими точками до ди вертикального динамiчного на-вантаження оказалися точки 3ХЛ, 3ХП, 7ХЛ, 7ХП, 10ХП, 10ХЛ, 12ХП, 12ХЛ.
При руховi на основних напрямках експлуа-таци електровозiв ЧС-4 у першому ступенi шд-вiшування дослiдного електровозу величини коефщента вертикально! динамiки не перевищують Нормативних значень 0,3. При руховi по стрiлочним переводам у другому ступеш пщ-вiшування динамiчнi складовi зусиль досягали рiвнiв, при яких коефщент вертикально! дина-мiки дорiвнював 0,4, що пов'язано iз неякюним станом верхньо! побудови колi!. Це значення слщ враховувати при визначення коефiцieнтiв запасу мiцностi, але ж не слщ враховувати як таку величину, яка може обмежувати швидкють руху дослщного електровоза.
За показниками горизонтально! динамши да-ний електровоз також вщповщае вимогам Норм при руховi як з окремим дослщним зчепом так i у складi по!зда. При цьому, пiд час руху у складi по!зда, за рахунок стабшзуючо! дi! зусилля зi сторони автозчепного пристрою коефiцieнти горизонтально! динамши виявилися меншими у порiвняннi з випадками руху вказаного електровозу без складу вагошв по!зду.
Найбiльшi значення горизонтальних попе-речних перемiщень буксових вузлiв колюних пар вiдносно рами вiзку досягали 25 мм., що може привести до створення горизонтальних поперечних зусиль, яю дiють на рейки, на рiвнi до 80 кН. Ц величини не перевищують гранич-ш за Нормами значення горизонтальних поперечних сил, що ддать на рейки. При цьому ч№ ко прослщковувалася стабiльна робота пщшип-никових вузлiв середньо! колiсно! пари, яю за-безпечують !! розбiжнiсть, бо горизонтальш пе-ремiщення буксових вузлi середньо! колiсно! пари менше у порiвнянням з перемiщеннями двох шших колiсних пар. Також мало мюце, що iз збiльшенням швидкостi руху горизонтальна динамша мае тенденцiю до незначного зрос-тання. Вiзуальний аналiз показав, що коливання виляння та галопування дослiдного електровоза ЧС-4 зав. № 191 менш за амплггудами у порiв-нянням з вщповщними коливання електровозiв, що пройшли модершзащю i з якими ранiше проводилися подiбнi випробування. Це може пояснюватися бiльш кращою роботою гасникiв коливань.
За визначеними величинами напружень по датчикам розеток деформацш виявилися, що не
мае необхщносп визначати головш напружен-ня, бо !х значення у вказаних точках не пере-вищують величин напружень у точках, розта-шованих на нижшх листах повздовжшх балок рами вiзку навколо кронштейшв крiплення по-вiдкiв буксових вузлiв.
З метою визначення резонансних частот власних коливань були проведенi спещальш дослiди з скидання колiсних пар першого за на-прямком руху дослщного електровоза з клишв. Пщ час проведення цих випробувань здшсню-валися одночасне скидання з клишв за напрям-ком насуву на клини електровоза: двох колю першо! та третьо! колiсних пар; одночасне скидання правого колеса першо! та лiвого колеса третьо! колюних пар. У першому випадку збу-рювалися симетричнi коливання, а у другому -кососиметричш коливання. Далi зареестрованi по датчиках процеси опрацьовувалися за спещ-альною програмою i формувалися амплггудно-частотнi характеристики. Результати цих випробувань наведено у таблиц 5.
Таблиця 5
Значення частот власних коливань електровоза ЧС4 191 при скиданш його з клишв
Назва дат-чиюв
Значення резонансних частот, Гц
Симетричне скидання з клишв
Я11 0,35 0,29 0,3;0,54; 0,81 1,31-1,7 2,09;2,2
Я31 Я41 10 ХЛ 1,04;1,3;1,5 1,04;1,45 1,1;2,3 1,7;2,1 1,87; 2,2 3,27 6,08 13,4
Р3г 0,27;0,4;0,9 1,1;1,3 2;3
Несимет ричне скидання з клишв
Я11 Я31 Я41 10 ХЛ 0,31 0,4 0,31 0,35 2,14 2,14 2,14 1,55 3,24 4,13 -
З аналiзу наведених результата маемо, що основною резонансною частотою коливань е частота 2,1-2,2 Гц., тобто частота коливань пщ-стрибування рами вiзка. Значення резонансних частот, яю були визначеш по датчику 10ХЛ, використовувалися при проведенш вiбрацiйних стендових випробувань на витривалють фраг-ментiв рами вiзку на пщприемсга , ,Ивденмаш" За спецiальною програмою, на тдстав ви-мiряних значень динамiчних складових верти-кальних зусиль, яю виникають у буксових вуз-ла першого ступеня пiдвiшування та динамiч-них складових горизонтальних поперечних ра-мних сил, були визначеш найменшi значення
коефщенпв запасу стшкосп вiд сходу колю колюних пар з рейок. Найменшi значення цих коефщенпв в залежносп вiд швидкостi руху на рiзних дiльницях колi! наведено на рис. 22.
З наведеного рисунку слщуе, що найменшi значення визначених величин коефщенту запасу стшкосп вщ сходу колiс колiсних пар з ре-йок оказалися не менше 2, а найменше значен-ня вказаного коефiцiенту за Нормами встанов-лено 1,4. Пщ час дослiдно! по!здки зi швидкю-тю до 159 км/год. на дшьнищ Бориспiль - Ба-ришiвка оказалося, що при швидкостi руху 142 км/год. величина цього коефщенту складае 2,69, а при швидкосп 155 км/год. - 2,78. Таким чином з точки зору запасу стшкосп рух дослщного електровозу е стшким зi швидкостями до 160 км/год. включно.
Ку
3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
50
70
90
110 130 V, км/год
-пр лмр лср лвр
пср пвр стр
Рис. 22. Найменш1 значення коефщенпв запасу
стшкосп при рухов1 дослщного електровозу на р1зних дшьницях коли
Основн висновки
В процес проведення динамiчних ходових та динамiчних мiцносних випробувань електро-воза ЧС-4 зав. № 191 визначено та встановлено наступне.
1. Зважування вказаного дослiдного електровоза, а також подiбних електровозiв, як ра-нiше проходили модернiзацiю та з ними прово-дилися подiбнi випробування показали, що мо-дершзащя привела до зростання ваги на 3,17 Тс;
2. У основних точках рами вiзку вiд ди статичного навантаження кузова електровоза най-бiльш навантаженими е точки 5Х - 9Х, якi роз-ташованi навколо кронштейнiв середньо! кол> сно! пари. Найбiльшi значення статичних на-пружень досягають 41,6 МПа у точках 7Х та 38,5 МПа у точках 6Х i 9Х. У точках 3Х, 10Х та 12Х щ величини досягають значень 19,6 МПа, 15,4 МПа та 9,8 МПа вщповщно;
3. Найбiльшi розтягуючi та стискаючi по-
вздовжн1 сили, якими навантажуеться електро-воз при рухов1 у склад1 по!зда, досягали значень - 200 кН;
4. При швидкосп руху вище 120 км/год. по-чинають збуджуватися автоколивання. Бшьш того, при швидкосп руху 159 км/год., пщ час миттевого вщключення тяги електровозу, ство-рилося ударне навантаження, на яке вщреагу-вали датчики вим1рювання напружень розетки деформацш Р3, що встановлено на кронштейн! фшсаци корпуса тягового редуктора на випадок обриву тяги закршлення корпуса тягового редуктора до рами в1зка. Це i може бути причиною, яка приводить до появи трщин у мющ приварення цих кронштейшв до рами вiзка;
5. Найбiльшi значення динамiчних складових напружень не перевищують 35 МПа. Найбшьш чутливими точками до дiï вертикального динамь чного навантаження виявилися точки 3ХЛ, 3ХП, 7ХЛ, 7ХП, 10ХП, 10ХЛ, 12ХП, 12ХЛ.
6. При руховi на основних напрямках екс-плуатаци електровозiв ЧС-4 у першому ступеш пiдвiшування значення коефiцiентiв вертикаль-roï динамiки не перевищують Нормативних значень 0,3 [1]. При руховi по стршочним переводам, внаслiдок неякюного стану утримання елементiв верхньоï побудови коли, динамiчне навантаження привело до створення у другому ступенi пiдвiшування динамiчних складових зусиль, при яких коефщент вертикальноï ди-намiки дорiвнював 0,4. Це значення слщ враховувати при визначення коефщенпв запасу мщ-носп несучих конструкцi рам вiзкi та кузова, але ж не слщ враховувати як таку величину, що може обмежувати швидкють руху дослщного електровоза.
7. За показникам горизонтальноï динамши даний електровоз вщповщае вимогам Норм при руховi як з окремим дослщним зчепом так i у складi по1'зда. Найбiльшi значення коефщенпв горизонтально!' динамiки досягали 0,4, що вщповщае вимогам Норм [1].
8. Найбiльшi значення горизонтальних попе-речних перемiщень буксових вузлiв колiсних пар вiдносно рами вiзку складають 25 мм., що при-веде до створення горизонтальних поперечних зусиль, якi дiють на рейки, на рiвнi до 80 кН. Ui величини не перевищують граничних значень горизонтальних поперечних сил, яю допуска-ються Нормами [1]. Було встановлено стабшьна робота пiдшипникових вузлiв середньоï колiсноï пари, якi забезпечують ïï розбiжнiсть, бо горизо-нтальш перемiщення буксових вузлi середньоï колiсноï пари менше у порiвнянням з перем> щеннями двох iнших колюних пар.
9. Анатз коливань виляння та галопування дослiдного електровоза ЧС-4 зав. № 191 показав, що амплгтуди вказаних коливань менше вiдповiдних ампл^уд подiбних електровозiв, з яким рашше проводилися подiбнi випробуван-ня. Це пояснюеться бiльш кращою роботою п-дравлiчних гасникiв коливань.
10. При руховi дослiдного електровоза на р> зних дiльницях колii зi швидкостями до 130 км/год., як окремим дослщним зчепом, так i у склад пасажирського поiзду найменшi значення величин коефщенту запасу стшкост вiд сходу колiс колiсних пар з рейок оказалися не менше 2, а найменше значення вказаного кое-фiцiенту за Нормами [1] встановлено 1,4. Пщ час дослiдноi поiздки зi швидкiстю до 159 км/год. на дшьнищ Бориспiль - Баришiвка ви-явилося, що при швидкост руху 142 км/год. величина цього коефщенту складае 2,69, а при швидкост 155 км/год. - 2,78. Таким чином з точки зору запасу стшкост рух дослщного еле-ктровозу е стiйким зi швидкостями до 160 км/год. включно.
Результати, якi отриманi пiд час проведення випробувань, дозволяють внести пропозищю про введення в експлуатацiю електровозiв ЧС-4 з рамами вiзкiв, яю виготовленi пiдприемством „ХК Луганськтепловоз", у складi пасажирських поiздiв зi швидкостями руху до 140 км/год. включно.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Нормы для расчета и оценки прочности несущих элементов и динамических качеств и воздействия на путь экипажной части локомотивов железных дорог МПС РФ колеи 1520 мм. - М: МПС РФ, ВНИИЖТ, 1998.-145 с.
2. СТ ССФЖТ ЦТ 15-98 Тяговый подвижной состав. Типовая методика динамико-прочностных испытаний локомотивов.
3. Технические требования к проектируемым локомотивам по условиям прочности, динамики и воздействия на путь. - М.: ВНИИЖТ, 1964
Надшшла до редколеги 24.09.2007.
