CC BY
708
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 5 (47)
УДК 629.42.027.1-048.78
С. В. МЯМЛИН1, Л. А. НЕДУЖАЯ2*
'Проректор по научной работе, Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел./факс + 38 (056) 793 19 03, эл. почта sergeymyamlin@gmail.com
2*Каф. «Строительная механика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел./факс + 38 (056) 793 19 03, эл. почта п1огИеп@гиа
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ ЛОКОМОТИВОВ
Цель. Для определения динамических качеств магистральных грузовых локомотивов, которые характеризуют их безопасное движение по прямолинейным и криволинейным участкам пути во всем диапазоне эксплуатационных скоростей, необходим целый комплекс исследований, который включает в себя выбор расчетной схемы, разработку соответствующей математической модели пространственных колебаний локомотива, составление компьютерной программы вычислений, проведение теоретических, а потом и экспериментальных исследований новых конструкций. При этом необходимо выполнить сопоставление результатов с показателями существующих конструкций. Одним из необходимых условий качественного улучшения тягового подвижного состава железных дорог является определение параметров его ходовых частей. Среди вопросов, связанных с этой проблемой, важное место занимает задача определения динамических качеств локомотивов на стадии проектирования с учетом выбранных технических решений в конструкции ходовых частей. Методика. Исследования математического моделирования проводятся методом численного интегрирования динамической нагруженности магистрального локомотива с использованием программного комплекса «Dynamics of Rail Vehicles» («DYNRAIL»). Результаты. Результаты исследований совершенствования конструкций ходовых частей локомотивов показали, что создание современного локомотива требует от конструкторов и ученых реализации научных и технических решений, обеспечивающих повышение конструкционной скорости с одновременным улучшением тяговых, тормозных и динамических качеств; простоту и надежность конструкции, особенно ходовой части, позволяющей снизить расходы на обслуживание и ремонт; низкую первоначальную стоимость и эксплуатационные расходы в расчете на весь жизненный цикл; высокую силу тяги при трогании, максимально приближенную к предельной по сцеплению; возможность работы в режиме кратной тяги; достаточную конструкционную скорость. Практическая значимость. Актуальным при совершенствовании конструкций подвижного состава является обобщение теоретических, научно-методических, экспериментальных исследований, направленных на дальнейшее улучшение ходовых частей магистральных локомотивов перспективных конструкций. Рассмотренные усовершенствования конструктивных особенностей элементов ходовых частей некоторых типов современных магистральных локомотивов, обеспечивающие необходимые динамические показатели движения экипажа, имеют практическую ценность, могут быть использованы в дальнейших разработках.
Ключевые слова: магистральный локомотив; конструкция; кузов; ходовая часть; тележка; связи; наклонные тяги; тяговые усилия; динамические показатели
Введение
Создание современного локомотива требует от конструкторов и ученых реализации научных и технических решений, обеспечивающих повышение конструкционной скорости с одновременным улучшением тяговых, тормозных и динамических качеств [4, 6, 7, 13]. При этом следует выделить такие требования:
- простая и надежная конструкция, особенно ходовой части, позволяющая снизить расходы на обслуживание и ремонт;
- низкие первоначальная стоимость и эксплуатационные расходы в расчете на весь жизненный цикл;
- высокая сила тяги при трогании, максимально приближенная к предельной по сцеплению;
- возможность работы в режиме кратной тяги;
- достаточная конструкционная скорость;
- удобная кабина управления с применением современных средств управления и контроля;
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 5 (47)
- унификация конструкции и компонентов оборудования в пределах небольшого числа серий в целях упрощения и удешевления технического обслуживания и ремонта, а также для обеспечения эксплуатационной совместимости локомотивов, принадлежащих разным сетям и компаниям.
Цель
Для определения динамических качеств магистральных грузовых локомотивов, которые характеризуют безопасное движение по прямолинейным и криволинейным участкам пути во всем диапазоне эксплуатационных скоростей, необходим целый комплекс исследований, который включает в себя выбор расчетной схемы, разработку соответствующей математической модели пространственных колебаний локомотива, составление компьютерной программы вычислений, проведение теоретических, а потом и экспериментальных исследований новых конструкций [14-16]. При этом необходимо выполнить сопоставление результатов с показателями существующих конструкций.
Одним из необходимых условий качественного улучшения тягового подвижного состава железных дорог является определение параметров его ходовых частей. Среди вопросов, связанных с этой проблемой, важное место занимает задача определения динамических качеств локомотивов на стадии проектирования с учетом выбранных технических решений в конструкции ходовых частей.
Методика
Актуальным при совершенствовании конструкций подвижного состава является обобщение теоретических, научно-методических, экспериментальных исследований, направленных на дальнейшее улучшение ходовых частей некоторых типов магистральных локомотивов перспективных конструкций.
Исследования математического моделирования проводятся методом численного интегрирования динамической нагруженности магистрального локомотива с использованием программного комплекса «Dynamics of Rail Vehicles» («DYNRAIL»).
Результаты
В конце прошлого столетия на железных дорогах Украины эксплуатировались в основном физически и морально устаревшие электровозы. Это относилось, прежде всего, к электровозам серии ВЛ8, которые выпускались с 1953 года, ВЛ80, производство которых начато в 1961 году, и некоторым другим. Для обеспечения железнодорожного транспорта Украины более совершенными электровозами необходима была разработка новых конструкций. Поэтому определение рациональных значений параметров экипажной части грузового электровоза было своевременной задачей.
Для разработки математической модели пространственных колебаний электровоза и проведения последующих теоретических исследований вначале необходимо было выбрать расчетную схему.
Для этого были рассмотрены две схемы. Первая создана на базе конструкции электровоза серии ВЛ85. Это в свое время один из мощных грузовых магистральных электровозов переменного тока (конструкционная скорость 110 км/ч) с опорно-осевым подвешиванием тяговых двигателей, двухсекционный двенадца-тиосевой электровоз с устройствами, которые обеспечивают работу по системе многих единиц.
Каждая секция опирается на три двухосных бесшкворневых тележки, которые отличаются друг от друга исполнением: крайние имеют опоры кузова в виде люлечных подвесок (рис. 1, а), средняя - опоры кузова в виде упругих качающихся стержней (рис. 1, б). Центральное подвешивание - люлечного типа или с пружинами, с так называемой «отрицательной жесткостью» для средних тележек. Тележки цельносварные; рессорное подвешивание выполнено с применением рессор и пружин; параллельно пружинам центрального подвешивания установлены демпферы вязкого трения, буксы - поводкового типа; каждая тележка имеет два колесно-моторных блока [12].
Вторая схема создана на базе конструкции, разработанной Украинским научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом электровозостроения (УЭлНИИ), г. Днепропетровск, который входил в состав научно-производственного
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 5 (47)
объединения электровозостроения (НПО «ДЭВЗ»). Первый грузовой украинский электровоз был построен при участии целого ряда научных и производственных организаций, в том числе и Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна (ДИИТ).
Двухосная тележка электровоза (рис. 2, а) выполнена бесшкворневой, несочлененной, с индивидуальным приводом на ось и опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей [2, 3].
Буксы бесчелюстные поводковые; рессорное подвешивание индивидуальное, служит для
смягчения ударов, передаваемых на надрессор-ное строение от неровностей пути (рис. 2, б).
Для улучшения динамических качеств экипажа на электровозе выполнена конструкция люлечного подвешивания кузова со статическим прогибом 120 мм. Кузов с каждой стороны тележки соединен двумя наклонными лю-лечными подвесками с промежуточной балкой. Каждая промежуточная балка в поперечном направлении через сферический шарнир соединена со средней балкой рамы тележки, а в продольном направлении - шарнирно с двумя тягами, которые с помощью резиновых шайб соединены с боковинами рамы тележки.
Рис. 1. Схемы тележек электровоза:
а - крайней тележки; б - средней тележки; 1 - тормозная система, 2 - рессорное подвешивание, 3, 5 - колесная пара с электродвигателем, 4 - рама тележки
а
б
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 5 (47)
Рис. 2. Ходовая часть электровоза серии ДЭ1:
а - общий вид; б - схема тележки; 1 - рама, 2 - колесная пара, 3 - букса, 4 - тормозная система, 5 - подвеска двигателя, 6 - рессорное подвешивание
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 5 (47)
Первая ступень подвешивания состоит из пружин, гидроамортизаторов и упругих поводков; подвешивание второй ступени - люлечное с гидроамортизаторами. В этой конструкции для повышения надежности работы люлечных подвесок пружины вертикальной связи кузова и тележек устанавливаются не на сами подвески, а между рамой тележки и промежуточными балками, которые с ней соединены шарнирно. Промежуточная балка является в этом случае рычагом, к концу которого приложена через люлечные подвески часть веса кузова, а в промежуточной точке передается нагрузка на пружины кузовного рессорного подвешивания, опирающиеся на раму тележки.
Пружины, воспринимающие вертикальную нагрузку, расположены отдельно между двумя промежуточными балками и рамой тележки. Кузов через люлечные подвески подвешен к промежуточным балкам, которые соединены с рамой тележки в горизонтальном продольном и поперечном направлениях с помощью шар-нирно-стержневых связей с упруго-диссипатив-ными элементами одностороннего действия, работающими только на сжатие.
Достоинство конструкции состоит в том, что разнесены элементы, в которых возникают восстанавливающие силы в вертикальной (пружины) и горизонтальной (люлечные подвески) плоскостях.
При вписывании экипажа в кривые возникает довольно значительный противоповоротный момент, который воспринимает промежуточная балка через упругие связи. Две люлечные подвески, расположенные по диагонали тележки, при повороте тележки должны удлиняться, две другие - укорачиваться. Возникающая кососим-метричная нагрузка вынуждает промежуточные балки работать как «пропеллер», то есть совершать колебания галопирования в противоположном направлении. Этому способствует пространственный шарнир, с помощью которого обе балки соединены между собой и с рамой тележки. Таким образом, при вписывании тележки в кривые, помимо восстанавливающего момента в люлечных подвесках, возникает и восстанавливающий момент в пружинах (одна крайняя пружина из трех в комплекте, расположенном с одной стороны электровоза, сжимается, другая - растягивается, а средняя при этом выполняет поддерживающую функцию).
Далее более подробно рассмотрим основные тенденции конструктивного исполнения локомотивов, уделив основное внимание совершенствованию конструкции ходовых частей:
- Тележки магистрального шестиосного пассажирского электровоза серии ЭП10 двухосные, бесчелюстные, рессорное подвешивание - двухступенчатое. Тележка состоит из колесной пары с буксами и тяговым редуктором, системы буксового рессорного подвешивания, оснащенного гидродемпфером, рамы тележки, тягового двигателя, тормозной системы (рис. 3, а).
Среди особенностей конструкции ходовой части электровоза по сравнению с другими выделяется то, что он имеет тяговый привод 2-го класса с опорно-рамным подвешиванием тяговых двигателей, системы связей тележек с кузовом; первая и третья тележки имеют более совершенную систему второй ступени рессорного подвешивания, в которой использованы винтовые пружины типа Иехюой [14]. а
Рис. 3. Схемы тележек электровозов серий ЭП10 (а); 2ЭС6 «Синара» (б); 2ЭС10 «Гранит» (в):
1 - тормозная система, 2 - установка гидродемпферов, 3 - колесная пара с буксами и редуктором, 4 - рессорная система буксовой ступени, 5 - корпус тягового редуктора, 6 - рама тележки, 7 - тяговый двигатель, 8 - устройство смазки гребней
- Кузов каждой секции электровоза 2ЭС6 «Синара» опирается на две двухосные бесшкворневые тележки (рис. 3, б). Кузов и тележки связаны между собой в вертикальном и по© С. В. Мямлин, Л. А. Недужая, 2013
б
в
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 5 (47)
перечном направлениях с помощью упругих и демпфирующих элементов - с помощью пружин типа «Флексикойл» через специальные упоры-ограничители и цельные наклонные тяги; для гашения колебаний кузова и подрессоренных частей тележки применены вертикальные буксовые гидродемпферы, а также вертикальные и горизонтальные кузовные гидродемпферы. Рессорное подвешивание двухступенчатое с общим статическим прогибом не менее 130 мм [5].
- Кузов и тележки электровоза серии 2ЭС10 «Гранит» связаны между собой в вертикальном и поперечном направлениях с помощью упругих и демпфирующих элементов.
Максимальные взаимные перемещения тележек и кузова электровоза серии 2ЭС10 в вертикальном и поперечном направлениях ограничены специальными упорами. Передача силы тяги и торможения от тележек к кузову осуществляется цельными наклонными тягами (рис. 3, в) [11].
- Тележки тепловоза Euro 4000 (рис. 4, а) имеют стальные рамы и оснащены двухступенчатым опорно-осевым рессорным подвешиванием, в буксовой ступени которого применены цилиндрические винтовые пружины, а в центральной - упругие резинометаллические элементы. Установлены также гасители вертикальных, горизонтальных и угловых колебаний [18].
- В разработках ходовой части локомотивов семейства Prima видно, что связь между кузовом и тележками (рис. 5) осуществляется посредством двух наклонных стержней, работающих на растяжение/сжатие. Стержни передают тяговые и тормозные усилия на уровне головок рельсов. Такое решение позволяет снизить до минимума разгрузку колесных пар и оптимально использовать имеющуюся сцепную массу [9]. Тяговые двигатели имеют опорно-осевую подвеску и опираются на оси колесных пар локомотива через подшипниковые втулки.
На верхнюю часть продольных балок опираются пружины центральной (второй) ступени рессорного подвешивания тележки. Продольные балки в свою очередь опираются на пружины буксовой (первой) ступени рессорного подвешивания.
Рис. 4. Модели тележек тепловозов Euro 4000 (а); Maxima 40CC (б)
- В конструкции тележки тепловоза Maxima 40СС (рис. 4, б) во второй ступени рессорного подвешивания применены винтовые пружины типа Flexicoil, обеспечивающие пониженное воздействие локомотива на путь. Передача продольных усилий между кузовом и тележками осуществляется посредством низко расположенных тяг [18]. Тележки оснащены также независимыми системами противобоксовочной и противоюзной защиты.
Рис. 5. Общий вид ходовой части локомотива семейства Prima
- Ходовая часть магистрального шестиосного пассажирского тепловоза серии ТЭП150 состоит из двух бесчелюстных трехосных тележек с индивидуальным приводом колесных пар и опорно-рамным подвешиванием тяговых двигателей (рис. 6, а). Передача тяги осуществляется одноступенчатой передачей и упругой муфтой. Конструкция тележки предусматривает одностороннее расположение тяговых двигателей, что позволяет увеличить коэффициент использования сцепного веса. Упругое двухступенчатое индивидуальное рессорное подвешивание [1] с общим статическим прогибом не менее 160 мм состоит из 24 комплектов пружин, установленных на крыльях букс, на которые опирается рама тележки, регулируемых шайб и резинометаллических элементов, которые подвешивают виброзащиту оборудования и разгружают пружину от изгибающих моментов, увеличивая ее ресурс; обеспечивает плавный ход тепловоза.
б
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з^зничного транспорту, 2013, вип. 5 (47)
а
Рис. 6. Ходовая часть тепловоза серии ТЭП150:
а - общий вид; б - схема тележки
б
Наука та прогрес транспорту. Вкник Днiпропетровського нацiонального унiверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 5 (47)
Буксы соединяются с рамой через упругие поводки, воспринимая продольные тягово-тормозные, поперечные и вертикальные усилия. Пружины воспринимают вертикальные статические и динамические силы, а также горизонтально-поперечные усилия от динамического взаимодействия колеса и рельса.
Поперечные силы от оси колесной пары на раму тележки передаются через упорный подшипник и упругий элемент (рис. 6, б).
- Тележка магистрального шестиосного пассажирского электровоза ЭП2К (рис. 7, а) -трехосная с индивидуальным приводом колесных пар и опорно-рамным подвешиванием тяговых двигателей и осевых редукторов.
Рессорное подвешивание - двухступенчатое (рис. 7, б). Первая ступень - опора рамы тележки на буксовые узлы колесных пар, выполнена на пружинах 3 со статическим прогибом 97 мм. Вторая ступень - опора кузова на раму тележки, выполнена на пружинах 2 со статическим прогибом 118 мм. Для гашения колебаний установлены гидравлические гасители колебаний 4: четыре вертикальных, два горизонтальных и шесть буксовых [10].
- Механическая часть магистрального пассажирского электровоза серии ЭП20 состоит из кузова и трех двухосных бесшкворневых тележек (рис. 8).
Вертикальная и поперечная связи кузова с тележками осуществлены на крайних тележках посредством опор типа «Иехюой», а на средней - посредством опор кузова на среднюю тележку, конструктивно выполненных в виде упругих качающихся сжатых стержней. Продольная связь тележек с кузовом реализована наклонными тягами двустороннего действия, работающими на растяжение-сжатие [8].
При подаче питающего напряжения на тяговые двигатели их валы приводятся во вращение, вращающий момент через редуктор и передаточный механизм, состоящий из полого вала и двух муфт, передается на колесные пары, которые преобразуют вращающий момент в поступательное движение электровоза.
Передача силы тяги, возникающей в контакте колеса и рельса, от колесной пары на раму тележки осуществляется через буксовые тяги. От рамы тележки сила тяги передается на раму кузова при помощи наклонной тяги, закрепленной одним концом к кронштейну на нижнем листе среднего бруса рамы тележки, а другим - к кронштейну
с упругими элементами на раме кузова.
При проезде тележкой неровностей пути возникающая дополнительная вертикальная нагрузка воспринимается пружинами буксового рессорного подвешивания, что снижает воздействие электровоза на путь. Колебания рамы тележки, возникающие при проезде неровностей пути, гасятся гидродемпферами, установленными в буксовой ступени подвешивания между корпусом буксы и рамой тележки.
Практическая значимость
Таким образом, можно сделать вывод, что создание современного локомотива требует реализации научных и технических решений, которые бы обеспечивали повышение конструкционной скорости с одновременным улучшением тяговых, тормозных и динамических качеств, простоту и надежность конструкции, особенно ходовой части. Это позволяет снизить расходы на обслуживание и ремонт, начальную стоимость и эксплуатационные расходы в расчете на весь жизненный цикл, обеспечить высокую силу тяги, максимально приближенную к предельной по сцеплению, возможность работы в режиме кратной тяги, достаточную конструкционную скорость.
Проведенные авторами исследования относительно усовершенствования конструкций ходовых частей локомотивов являются актуальными, имеют практическую ценность, могут быть использованы в дальнейших как отечественных, так и зарубежных разработках.
Выводы
Так как актуальным при совершенствовании конструкций подвижного состава является обобщение теоретических, научно-методических, экспериментальных исследований, направленных на дальнейшее улучшение ходовых частей магистральных локомотивов перспективных конструкций, в работе рассмотрены основные тенденции конструктивного исполнения некоторых типов магистральных локомотивов. Основное внимание уделено совершенствованию конструкции ходовых частей.
Таким образом, рассмотрены конструктивные особенности элементов ходовых частей современных магистральных локомотивов, обеспечивающие необходимые динамические показатели движения экипажа.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з^зничного транспорту, 2013, вип. 5 (47)
Рис. 7. Ходовая часть электровоза серии ЭП2К:
а - общий вид; б - схемы тележки; 1 - рама тележки; 2 - пружины второй ступени рессорного подвешивания; 3 - пружины первой ступени рессорного подвешивания; 4 - гидравлические гасители колебаний; 5 - колесно-моторный блок; 6 - буксовые поводки; 7 - механизм передачи силы тяги от тележки к кузову; 8 - возвращающее устройство; 9 -рычажная передача тормоза; Ю-упоры при угловых поворотах тележки; 11 - упоры при вертикальных деформациях пружин опор кузова; 12 - продольная тяга;
13 -двуплечий рычаг; 14 - шкворень; 15 - поперечная тяга
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2013, вип. 5 (47)
Рис. 8. Тележка электровоза серии ЭП20
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Басов, Г. Г. Теоретичш й експериментальш дослвдження екшажно! частини тепловозiв : навч. посiб. для студ. вищ. навч. закл. / Г. Г. Басов, В. I. Нестеренко. - Луганськ : Ноу-лщж, 2011. - 247 с.
Блохин, Е. П. Динамические характеристики и рациональные значения параметров ходовых частей электровоза ДЭ1 / Е. П. Блохин, В. Д. Данович, Л. А. Недужая // Трансп. : зб. наук. пр. Дншропетр. держ. техн. ун-ту залiзн. трансп. - Д., 2002. - № 11. - С. 8-16.
Браташ, В. А. Тележка ДЭ1 / В. А. Браташ, В. А. Смородин, Ю. Ф. Палий // Трансп. : зб. наук. пр. Дншропетр. держ. техн. ун-ту залiзн. трансп. - Д., 2002. - № 11. - С. 21-23. Горбунов, Н. И. Анализ факторов, снижающих тягово-сцепные качества локомотивов / Н. И. Горбунов, Е. А. Кравченко, М. В. Ковта-нец // Вюн. Дшпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. Лазаряна. - Д., 2009. -Вип. 30. - С. 125-128.
Грузовой электровоз постоянного тока 2ЭС6 // Локомотив. - 2008. - № 2. - С. 31-33. Дайлидка, С. Обновление локомотивного парка Литовских железных дорог /
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 5 (47)
РУХОМИЙ СКЛАД ЗАЛ1ЗНИЦЬ I ТЯГА ПО1ЗДГВ
С. Дайлидка, С. В. Мямлин, Л. А. Недужая // Зб. наук. пр. Донец. iH-ту залiзн. трансп. -Донецьк, 2011. - № 28. - С. 174-179.
7. Дайлидка, С. Инновационные решения при создании магистрального локомотива для железных дорог Литвы / С. Дайлидка, С. В. Мямлин, Л. А. Недужая // Вюн. Схвдноукр. нац. ун-ту iм. В. Даля. - Луганськ,
2012. - № 3. - С. 52-58.
8. Знакомьтесь: Электровоз ЭП20 // Локомотив. -
2013. - № 4. - С. 34-37.
9. Механическая часть грузовых локомотивов семейства Prima // Железные дороги мира. -2009. - № 5. - С. 32-45.
10. Особенности электрических схем электровоза ЭП2К // Локомотив. - 2013. - № 3. - С. 22-26.
11. Основные параметры и характеристики электровоза 2ЭС10 // Локомотив-информ. - 2012. -№ 5. - С. 16-19.
12. Тушканов, Б. А. Электровоз ВЛ85. Рук. по эксплуатации / Б. А. Тушканов, Н. Г. Пушкарев, Л. А. Позднякова. - М. : Транспорт, 1992. - 480 с.
13. Султан, А. В. Исследование усталостной прочности рамы тележки электровоза ДС3 методом
С. В. МЯМЛИ1, Л. О. НЕДУЖА2*
'Проректор з науково! роботи, Дшпропетровський нацюнальний уншерситет затзничного транспорту iменi академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дтпропетровськ, Украша, 49010, тел./факс +38 (056) 793 19 03, ел. пошта sergeymyamlin@gmail.com
2*Каф. «Будшельна мехашка», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет з^зничного транспорту iменi академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дтпропетровськ, Украша, 49010, тел./факс +38 (056) 793 19 03, ел. пошта nlorhen@i.ua
УДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКЦП ХОДОВИХ ЧАСТИН ЛОКОМОТИВ1В
Мета. Для визначення динашчних якостей мапстральних вантажних локомотивiв, яш характеризують безпечний рух по прямолшшних i криволшшних дшянках коли у всьому дiапазонi експлуатацшних швид-костей, необхщний цiлий комплекс дослiджень, який включае вибiр розрахунково! схеми, розробку вщповщно! математично! моделi просторових коливань локомотива, складання комп'ютерно! програми об-числювань, проведения теоретичних, а потiм i експериментальних дослвджень нових конструкцiй. При цьо-му необхвдно виконати зютавлення результатiв з показниками iснуючих конструкцш. Однiею з необхiдних умов яшсного полiпшения тягового рухомого складу залiзниць е визначення параметрiв його ходових частин. Серед питань, пов'язаних з щею проблемою, важливе мiсце займае задача визначення динамiчних якостей локомотивiв на стадп проектування з урахуванням обраних технiчних рiшень в конструкцп ходових частин. Методика. Дослвдження математичного моделювання виконувалося методом числового штегрування динашчно1 завантаженостi магiстрального локомотива з використанням програмного комплексу «Dynamics of Rail УеЫс^» («DYNRAIL»). Результати. У результат дослiджень удосконалення конструкцiй ходових частин локомотивiв видно, що створення сучасного локомотива потребуе ввд конструкторiв i вчених реалiзацil наукових i технiчних рiшень, що забезпечують шдвищення конструкцшно1 швидкостi з одночасним полшшенням тягових, гальмiвних i динамiчних якостей; простоту та надшнють конструкцil, особливо ходово! частини, що дозволяе знизити витрати на обслуговування i ремонт, низьку початкову вартють i експлуатацшш витрати в розрахунку на весь життевий цикл; високу силу тяги, максимально наближену до граничнох за зчепленням; можливiсть роботи в режимi кратно! тяги; достатню конструкцiйну швидшсть. Практична значимiсть. Актуальним при удосконаленш конструкцiй рухомого
конечно-элементного моделирования / А. В. Султан, Б. Н. Товт // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. îm. акад. Лазаряна. -Д., 2009. - Вип. 30. - С. 230-234.
14. Электровоз двойного питания ЭП10: особенности конструкции и электрических схем // Локомотив. - 1999. - № 12. - С. 9-11.
15. Gubacheva, L. Alternative fuels for transport / L. Gubacheva, A. Andreev, D. Shevchenko // TEKA Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture. - 2011. - № 11 A. -Р. 99-106.
16. Myamlin, S. Construction Analysis of Mechanical Parts of Locomotives / S. Myamlin, M. Luchanin, L. Neduzha // TEKA Commision of Motorization and Power Industry in Agriculture. - 2013. -№ 3. - P. 162-169.
17. Myamlin, S. Mathematical Modeling of a Cargo Locomotive / S. Myamlin, S. Dailidka, L. Neduzha // Proc. of 16th Intern. Conf. Transport Means. - Kaunas, 2012. - Р. 310-312.
18. New diesel locomotives for the railways in Europe // Railway Gazette Intern. - 2006. - № 7. -Р.402-403.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&шзничного транспорту, 2013, вип. 5 (47)
складу е узагальнення теоретичних, науково-методичних, експериментальних дослщжень, спрямованих на подальше покращення ходових частин мапстральних локомотив1в перспективних конструкцш. Розглянуп удосконалення конструктивних особливостей елеменпв ходових частин деяких титв сучасних мап-стральних локомотив1в, як1 забезпечують необхвдш динам1чн1 показники руху ек1пажу, мають практичну щнтстъ, можуть бути використаш в подальших розробках.
Ключовi слова: мапстральний локомотив; конструкц1я; кузов; ходова частина; в1зок; зв'язки; похил тяги; тягов1 зусилля; динам1чш показники
S. V. MYAMLIN1, L. O. NEDUZHA2*
1Vice-Rector, Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel./fax +38 (056) 793 19 03, e-mail sergeymyamlin@gmail.com 2*Dep. «Structural Mechаnics», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel./fax +38 (056) 793 19 03, e-mail nlorhen@i.ua
DESIGN IMPROVEMENT OF THE LOCOMOTIVE RUNNING GEARS
Purpose. To determine the dynamic qualities of the mainline freight locomotives characterizing the safe motion in tangent and curved track sections at all operational speeds, one needs a whole set of studies, which includes a selection of the design scheme, development of the corresponding mathematical model of the locomotive spatial fluctuations, construction of the computer calculation program, conducting of the theoretical and then experimental studies of the new designs. In this case, one should compare the results with existing designs. One of the necessary conditions for the qualitative improvement of the traction rolling stock is to define the parameters of its running gears. Among the issues related to this problem, an important place is occupied by the task of determining the locomotive dynamic properties on the stage of projection, taking into account the selected technical solutions in the running gear design. Methodology. The mathematical modeling studies are carried out by the numerical integration method of the dynamic loading for the mainline locomotive using the software package «Dynamics of Rail Vehi-cles» («DYNRAIL»). Findings. As a result of research for the improvement of locomotive running gear design it can be seen that the creation of the modern locomotive requires from engineers and scientists the realization of scientific and technical solutions. The solutions enhancing design speed with simultaneous improvement of the traction, braking and dynamic qualities to provide a simple and reliable design, especially the running gear, reducing the costs for maintenance and repair, low initial cost and operating costs for the whole service life, high traction force when starting, which is as close as possible to the ultimate force of adhesion, the ability to work in multiple traction mode and sufficient design speed. Practical Value. The generalization of theoretical, scientific and methodological, experimental studies aimed at further improvement of the running parts for the mainline locomotives of promising designs is urgent for improving the rolling stock design. The observed improvements of the design features of the running gear elements for some types of the modern mainline locomotives, providing the necessary dynamic parameters of the vehicle movement are relevant; they have the practical value and can be used for further developments.
Keywords: main locomotive construction; body; running parts; bogie; communication; oblique thrust; traction forces; dynamic performance
REFERENCE
1. Basov H.H., Nesterenko V.I. Teoretychni i eksperymentalni doslidzhennia ekipazhnoi chastyny teplovoziv [Theoretical and experimental study of the locomotive running gears]. Luhansk, Noulidzh Publ., 2011. 247 p.
2. Blokhin Ye.P, Danovich V.D., Neduzhaya L.A., Korotenko M.L., Litvin V.A., Reydemeyster A.G. Dinamicheskiye kharakteristiki i ratsionalnyye znacheniya parametrov khodovykh chastey elektrovoza DE1 [The dynamic characteristics and rational values of parameters of running gears for electric locomotive DE1]. Transport. [Transport], 2002, issue 11, pp. 8-16.
3. Bratash V.O., Smorodin V.O., Paliy Yu.F. Telezhka DE1 [Bogie DE1]. Transport. [Transport], 2002, issue 11, pp. 21-23.
4. Gorbunov N.I., Kravchenko Ye.A., Kovtanets M.V. Analiz faktorov, snizhayushchikh tyagovo-stsepnyye kachestva lokomotivov [Analysis of the factors reducing the traction-adhesion characteristics of the locomotives]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 5 (47)
akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2009, issue 30, pp. 125-128.
5. Gruzovoy elektrovoz postoyannogo toka 2EC6 [Freight electric locomotive of direct current 2EC6]. Lokomo-tiv - Locomotive, 2008, no. 2, pp. 31-33.
6. Dailidka S., Myamlin S.V., Neduzhaya L.A., Obnovleniye lokomotivnoho parka Litovskikh zheleznykh dorog [Renewal of locomotive stock of Lithuanian Railways]. Zbirnyk naukovykh prats Donetskoho instututa zal-iznychnoho transportu [Proc. of Donetsk Railway Transport Institute], 2011, issue 28, pp. 174-179.
7. Dailidka S., Myamlin S.V., Neduzhaya L.A. Innovatsyonnyye resheniya pri sozdanii magistralnogo lokomo-tiva dlya zheleznykh dorog Litvy [Innovative solutions when designing the main locomotive for the Lithuanian Railways]. Visnyk Skhidnoukrainskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni V. Dalya [Bulletin of the East Ukrainian National University named after V. Dahl], 2012, issue 3, pp. 52-58.
8. Znakomtes: Elektrovoz EP20 [Meet: the electric locomotive EP20]. Lokomotiv - Locomotive, 2013, no. 4, pp. 34-37.
9. Mekhanicheskaya chast gruzovykh lokomotivov semeystva Prima [The mechanical part of freight locomotives of the family Prima]. Zheleznyye dorogi mira - Railways of the world, 2009, no. 5, pp. 32-45.
10. Osobennosti elektricheskikh skhem elektrovoza EP2K [Characteristics of the electric schemes electric of the locomotive EP2K]. Lokomotiv - Locomotive, 2013, no. 3, pp. 22-26.
11. Osnovnyye parametry i kharakteristiki elektrovoza 2EC10 [The main parameters and characteristics of electric locomotive 2ES10]. Lokomotiv-inform. - Locomotive-inform, 2012, no. 5, pp. 16-19.
12. Tushkanov V.A., Pushkarev N.G., Pozdnyakova L.A. Elektrovoz VL85. Rukovodstvo po ekspluatatsii [Electric locomotive VL85. Operating instructions]. Moscow, Transport Publ., 1992, 480 p.
13. Sultan A.V., Tovt B.N. Issledovaniye ustalostnoy prochnosti ramy telezhki elektrovoza DS3 metodom konechno-elementnogo modelirovaniya [Investigation of the fatigue strength of the bogie frame for the electric locomotive DS3 using the method of finite-element modeling]. VisnykDnipropetrovskoho natsionalnoho uni-versytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2009, issue 30, pp. 230-234.
14. Elektrovoz dvoynogo pitaniya EP10: osobennosti konstruktsii i elektricheskikh skhem [Electric locomotive dual power supply EP10: special design and electric schemes]. Lokomotiv - Locomotive, 1999, no. 12, pp. 9-11.
15. Gubacheva L., Andreev A., Shevchenko D. Alternative fuels for transport. TEKA Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture, 2011, no. 11 A, pp. 99-106.
16. Myamlin S., Luchanin M., Neduzha L. Construction Analysis of Mechanical Parts of Locomotives. TEKA Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture, 2013, no. 3, pp. 162-169
17. Myamlin, S., Dailidka S., Neduzha L. Mathematical Modeling of a Cargo Locomotive. Proc. of 16th Int. Conf. "Transport Means 2012". Kaunas, 2012, pp. 310-312.
18. New diesel locomotives for the railways in Europe. Railway Gazette International, 2006, no. 7, pp. 402-403.
Статья рекомендована к публикации д.т.н., проф. В. Л. Горобцом (Украина); д.т.н.,
проф. О. А. Бейгулом (Украина)
Поступила в редколлегию 22.08.2013
Принята к печати 11.09.2013
