CC BY
62
УДК 629.463.65
О. М. САВЧУК, О. В. ШАТУНОВ, О. Г. РЕЙДЕМЕЙСТЕР, М. А. ГР1ЧАНИЙ, В. О. РИЖОВ (Д11Т), М. I. ЛУХАН1Н (Укрзашзниця)
ПОКРАЩЕННЯ ДИНАМ1КИ ПОРОЖН1Х ВАГОН1В НА В1ЗКАХ МОДЕЛ1 18-100
Представлено нову схему ресорного комплекту вантажного в1зка 18-100 i3 застосуванням трикомпонентних клинiв i пiдпружинених ковзунiв, а також наведений аналiз результатiв лабораторных i по!зних динамiчних випробувань рiзних типiв вантажних вагонiв, обладнаних за щею новою схемою.
Представлена новая схема рессорного комплекта грузовой тележки 18-100 с применением трехком-понентных клиньев и подпружиненных скользунов, а также приведен анализ результатов лабораторных и поездных динамических испытаний разных типов грузовых вагонов, оборудованных по этой новой схеме.
A new chart of springing complete set of freight light cart is represented 18-100 with the use of three-component wedges and subspringy skol'zunov, and also the analysis of results of alpha and train dynamic tests of different types of freight carriages of equipped on this new chart is resulted.
Один з недолшв вантажних вагошв на сершних вiзках моделi 18-100 - незадовшьна динамша тд час руху порожнього вагона. Ре-сорний комплект вiзка спроектований так, щоб у завантаженому сташ вагона статичний прогин складав 50 мм, що достатньо для нормально! плавносп руху i для забезпечення нормативно! рiзницi рiвня осей автозчетв у по!здь Але при цьому статичний прогин порожнього вагона складае тшьки 6... 9 мм, що недостатньо. Тому динамiчнi характеристики порожшх вагошв, в тому чи^ показники стшкост вщ сходiв, знаходяться на граш допустимо! межi. У вiзках нового поколшня (моделi 18-7020) цей недолш усунутий шляхом постановки бшшшного ресорного пiдвiшування. Але насичення вагонного парку такими вагонами - процес досить повшьний, розрахований на десятирiччя. Тому актуальною е задача удосконалення юнуючих вiзкiв.
Крiм того, порожш вагони мають низьку критичну швидкiсть, вище яко! рух стае нестш-ким (за Ляпуновим). Це проявляеться у збурен-нi автоколивань виляння у горизонтальнiй площинi i змушуе обмежувати швидкiсть по!з-дiв, у складi яких е порожш вагони [1].
Галузевою лабораторiею вагошв розроблю-еться технологiя Д11Т-ТАУС удосконалення в> зкiв моделi 18-100 з метою лшвщаци вказаних недолiкiв. Передбачаеться, зокрема, замiна се-рiйних жорстких клинiв гасителя коливань Ханша на спецiальнi трьохелементнi клини (далi -«Т-клини») [2], яким i присвячена ця стаття. Технологiею передбачено також обладнання в> зка пружними ковзунами.
Схема удосконаленого ресорного комплекту показана на рис. 1. Кожний Т-клин склада-
еться з башмака 3, пружно! пол1уретаново! вставки 4 та корпуса 5.
j
Рис. 1. Схема удосконаленого ресорного комплекту з трьохелементними клинами
Геометричш розмiри Т-клина спроектованi так, що тд порожнiм вагоном надресорна балка 1 завищена вiдносно клинiв на величину а = 10 мм. «Завищенням» визначаеться рiзниця мiж висотою положення поверхонь обпирання на пружини надресорно! балки та Т-клинiв. Одно-часно вставка 4 забезпечуе при порожньому ва-гонi зазор мiж башмаком та корпусом Т-клина 5 = 10 мм. Завдяки цьому, навантаження вщ порожнього вагона сприймають тшьки двi тд-клиновi пружини 6, тодi як iншi п'ять пружин тд надресорною балкою залишаються без навантаження. Це значить, що у порожньому ста-ш вагон опираеться не на ус пружини компле-ктiв (до 28 шт.), а тшьки на 8 шдклинових пружин. Очевидно, що статичний прогин збшь-шиться, що i мае привести до покращання ди-намiчних показникiв. У завантаженому сташ вагона вставка Т-клина стискуеться до лшвща-цл зазору, тобто 5 = 10 . Це приведе до лшвща-цi! завищення надресорно! балки (а = 0). Таким чином, прогини ушх пружин тд завантаженим
вагоном вирiвняються, що забезпечить 1х рiв-номiцнiсть.
В удосконалених вiзках Т-клини мають ви-конувати такi функцп:
- покращувати динамiку порожнього вагона за рахунок збiльшення його статичного прогину;
- активувати роботу пружних ковзунiв шляхом недопущення зазорiв у системi «боковi рами - надресорна балка вiзка»;
- забезпечити рiвномiцнiсть пружин ресорних комплекпв вагона пiд повним навантаженням.
З метою перевiрки достовiрностi теоретич-них положень щодо роботи Т-клишв у ресорних комплектах вiзкiв моделi 18-100 був виго-товлений вагоно-комплект (8 шт.) макетних Т-клишв. Макетний Т-клин наведений на рис. 2.
Рис. 2. Дослщний макетний трьохелементний клин (Т-клин)
Його корпус К одержано шсля мехашчно! обробки зношеного серiйного клина вiзка мо-делi 18-100, у вертикальнiй стшщ якого зроб-ленi отвори для встановлення стакана С та тех-нологiчних шпильок Т. У стакаш розмiщуeться бiлiнiйна пружна вставка В, а за допомогою те-хнолопчних шпильок Т до корпусу приедну-еться башмак Б. Довжина шпильок вибрана такою, щоб у зiбраному Т-клиш вставка В була у початково стиснутому сташ зусиллям ~ 80 кН. Оскiльки башмак Б мае постiйно тертись о фрикцшну планку на боковинi вiзка (див. рис. 1, поз. 2), його необхщно зробити стiйким до зно-су i мiкросхоплень iз планкою. Для цього башмаки були вщлип з високомiцного чавуна i за-гартованi до твердосп ~ 600 НВ.
Пружна вставка макетного Т-клина повинна була не тшьки забезпечувати необхвдний зазор 5 мiж корпусом та башмаком, але i пере-давати дiючi мiж ними зусилля пiд час руху вагона. Пiсля виконання розрахункiв на жорст-кiсть та мщнють було виготовлено чотири варь анти вставок, що вiдрiзнялись марками полiуре-тану та деякими геометричними розмiрами. Пiсля випробувань на прес був вiдiбраний кращий ва-рiант. Матерiал - Адiпрен Ь-167, що мае модуль пружносп при стиску 35...45 МПа, межу мiцностi на розтягування 40...45 МПа, динамiчний коефь цiент поглинання енергп 25...30 %.
Лабораторш випробування Т-клинiв проводились на стецщ, що дозволяе навантажувати електродомкратом натурний вiзок моделi 18-100. Цi випробування пiдтвердили очшувану змiну статичного прогину вагона шсля обладнання вiзкiв Т-клинами. Одержанi при стендових ви-пробуваннях результати показаш на графiку рис. 3. Верхня лшя на графiку побудована при навантаженш вiзка з Т-клинами, а нижня для iснуючого комплекту з сершними клинами. Статичний прогин комплекту порожнього вагона (розрахункове навантаження на вiзок 70 кН) на удосконалених вiзках склав 15 мм про-ти 8 мм на юнуючих вiзках, тобто зрiс на 85 %. У завантаженому сташ без урахування динам> чних зусиль (навантаження 437,5 кН) прогини вщповщно склали 65,0 мм та 50,0 мм. При максимальному навантаженш вiзка 656,35 кН ста-тичш прогини комплектiв досягли вiдповiдно 89,5 мм та 75 мм, але при цьому прогини пружин шд надресорною балкою та тд клинами стали однаковими - 81,5 мм. Саме цим визна-чаеться рiвномiцнiсть ушх пружин удосконале-ного комплекту.
100 50 ВО 70
I 6о
= 50 40 30 20 10 о
Рис. 3. Залежшсть статичного прогину комплекту ввд навантаження
Крiм того, десятикратне навантаження на стендi вiзка силою, еквiвалентною дп заванта-женого вагона з максимальною динамiчною добавкою, не привело до будь-яких замггних пошкоджень макетних Т-клишв. Цей результат приймався до уваги при плануванш i проведенi ходових динамiчних випробувань.
За наказом Укрзалiзницi при побудовi на ДП «Укрспецвагон» хопера-обкотишевоза № 91218677 його вiзки моделi 18-100 були удо-сконаленi за технолопею Д11Т-ТАУС з пружни-ми ковзунами та макетними Т-клинами. Цей до-слiдний обкотишевоз був включений у спеща-льний зчеп для проведення ходових динамiчних випробувань на полiгонi Новомосковськ-Балiв-ка Придшпровсько! залiзницi. Випробування були проведет в жовтт 2006 р. галузевою випро-бувальною лабораторiею вагошв унiверситету.
Порожний нагон
Г статнч. • Г ст/типон.
о юо 200 зоа 4а о боа ?оо
Навантаження, к И
Програмою та методикою випробувань передба-чалась можливiсть руху вагонiв з швидюстю до 132 км/год (120 + 10 %) з метою визначення критично! швидкосп дослiдного вагона.
Крiм обкотишевоза, в дослiдний зчеп вклю-чався пiввагон-еталон на вiзках моделi 18-100. Цей пiввагон побудови 1974 р. уже вщпрацю-вав свш початковий ресурс i був вщремонтова-ний КР з подовженням строку служби. Пiд час деповського ремонту (ДР) у ВЧД Нижньоднш-ровськ-Вузол у 2005 р. вiзки буди обладнаш пружними ковзунами за технолопею Д11Т-ТАУС але клини гасителiв коливань залишенi серiйнi iз значними зносами поверхонь тертя. Таким чином, пввагон-еталон вiдрiзнявся вiд дослiдного обкотишевоза вщсутшстю Т-клинiв та значними зносами ходових частин (тсля ДР його проб^ в експлуатацi! до випробувань пе-ревищив 60 тис. км).
Вiзки дослiдних обкотишевоза та шввагона були обладнанi датчиками для реестраци таких динамiчних величин:
- поперечних перемщень колiсно! пари у колшному зазорi для визначення критично! швидкосп руху вагона (збурення автоколивань виляння);
- вертикальних динамiчних зусиль, ддачих на боковi рами вiзкiв;
- горизонтальних (рамних) динамiчних зусиль на колюну пару;
- динамчних напружень у надресорних балках;
- вертикальних та поперечних динамiчних прискорень п'ятникових вузлiв;
- швидкостi руху.
Дослщний зчеп (рис. 4) складався з елект-ровоза ЧС6, обкотишевоза, вагона-лаборатори та пiввагона-еталона.
Рис. 4. Дослщний зчеп шд час проведения ходових випробувань
Таке розмщення дозволяло постшно слщ-кувати за динамшою вагонiв не тiльки на мош-торах, але i вiзуально, щоб своечасно зафшсу-вати досягнення критично! швидкосп руху i не допустити можливого сходу. Оскiльки пiввагон обмежував швидкiсть зчепу, пiд час по!здок приходилось його перiодично вiдчiплювати i залишати на станцi!.
Сигнали динамiчних процесiв спочатку пе-ретворювались з аналогово! у цифрову форму, пiсля чого рееструвались у пам'ят комп'ютера. Математична обробка цих даних теж виконува-лась за комп'ютерними програмами, тому приведет нижче результати достовiрнi у межах точностi датчикiв.
Залежтсть динамiчних зусиль на необресо-реш частини вiзка вiд швидкостi руху порож-нього хопера-обкотишевоза показана на рис. 5. Дат зареестрованi у дослад з вiдчепленим тв-вагоном, максимальна швидюсть досягла 137 км/год. На верхньому графшу показанi вер-
тикальш динамiчнi зусилля Рд. 1з збшьшенням швидкостi цi зусилля монотонно зростають.
При V = 80 км/год середне значення зусиль Рдсер = 10 кН (на рис. 5 сили у т), а найбшьше -Рдмах = 16 кН. Вiдповiднi коефiцiенти вертикально! динамши Кдвс = 0,22; Кдвт = 0,35.
При V = 120 км/год середне значення -
Рдсер = 13 кН, а найбшьше - Рдмах = 17,5 кН. Вщповщш коефiцiенти вертикально! динамiки
Кдвс = 0,29; КдвТ = 0,39.
Нижнш графiк на рис. 5 побудований для динамiчних рамних сил Нр. Щ сили до
V = 100 км/год теж змшюються монотонно, далi iнтенсивнiсть росту збшьшуеться. При
V = 80 км/год середне значння Нрс = 6,5 кН, найбь льше - Нртах = 8 кН. Вiдповiднi коефщенти горизонтально! динамiки Кдгс = 0,112; Кдгтах = 0,12. При V = 120 км/год середне значння Нрс = 15 кН, найбшьше - Нртах = 20 кН. Вщповщш коеф> цiенти горизонтально! динамши
КдГс = 0,26
Кдгтах 0,34.
Рис. 5 Динамiчнi параметри порожнього обкатишевоза:
Р1 - залежтсть вертикальних динатчних сил на бокову раму вiзка вiд швидкосп; Н1 - залежтсть рамних динамiчних сил вiд швидкоста
Пор1вняемо приведет даш з нормативными показниками [3] для нових вагошв. Задов> льним хщ порожнього вантажного вагона ощ-
нюеться при Кдв = 0,6; Кдг = 0,15, хорошим -
при Кдв = 0,75; Кдг = 0,20, вщмшним - при
Кдв = 0,85; Кдг = 0,30.
Достов1ршшою е ощнка шляхом пор1вня-льного анал1зу основних динам1чних парамет-р1в обкотишевоза та тввагона-еталона, зареес-трованих тд час сумюно! дослщно! по!здки. Таке пор1вняння зроблене у табл. 1, де у чисе-льнику наведет середт значення, а у знамен-нику - максимльт.
Таблиця 1
Динамiчнi параметри порожнк вагошв, зареестроваш пiд час випробувань
Параметр Вагон Швидюсть руху , км/год
50 60 70 80 90
обкоти- 9,5 10 11 12 13
Вертикалью динашчш зусилля на боко- шевоз 12 15 16 16 16
вину, кН тввагон 16 21 16 21 17 22 18 22 22 24
обкоти- 0,13 0,16 0,2 0,24 0,27
Вертикалью прискорення шворневого шевоз 0,17 0,19 0,27 0,31 0,31
вузла, дол g тввагон 0,16 0,23 0,17 0,22 0,18 0,29 0,28 0,30 0,38 0,42
обкоти- 0,05 0,07 0,07 0,08 0,08
Горизонталью прискорення шворневого шевоз 0,07 0,1 0,1 0,1 0,1
вузла, дол g тввагон 0,09 0,1 0,14 0,21 0,2 0,25 0,23 0,26 0,33 0,48*
* Збшьшення прискорень пов'язане з автоколиваннями виляння.
Анал1з даних табл. 1 показуе на те, що наяв-шсть Т-клишв привела до покращення динам1ки порожнього обкотишевоза пор1вняно з швваго-ном-еталоном. Динам1чна навантажешсть боко-вих рам вiзкiв зменшилась у середньому на 60 %, а прискорення шворневих вузлiв - на 25 %.
Як узагальнюючий показник, розглянемо вплив Т-клишв на стшюсть вагона проти сходу з рейок. Коефщенти запасу стiйкостi вщ сходу хопера-обкотишевоза К1 та тввагона-еталона К2 були розрахованi спещальними
комп'ютерними програмами згiдно до зареест-рованих динамiчних вертикальних та рамних сил на боковини вiзка поблизу направляючо! колюно! пари. Розрахунки велись через коротю iнтервали з ймовiрнiстю 0,001 (ОСТ 34.050.37). Тому результати мають вигляд суцiльних смуг. Вповзання колеса на рейку вважаеться можли-вим тод^ коли мiнiмальнi значення коефщенту подовж деякого часу пересшають граничну до-пустиму межу 1,35.
Рис. 6. Швидшсть руху порожнього обкотишевоза та результати розрахунку коефщенпв стшкосп
вiд сходу з рейок
На рис. 6 показаш графiки швидкосп руху по довжинi дослiдного перегону та результати обчислень коефщента стшкосп К1 обкотишевоза (пiввагон у по!здщ був вiдчеплений).
Смуга коефщеннв К1 верхньою частиною досягае вщм^ки 5 одиниць (чим бiльше значення, тим стшюше рухаеться колюна пара). Нижня ж частина смуги знаходиться в основному вище гранично! лши, нанесено! на графь ку. Незадовшьш значення коефiцiентiв (не коро-ткочасш пересiкання обмежуючо! лiнi!) спосте-рпаються на 10...15 кшометрах колi!, де швид-кiсть руху перевищила 120 км/год. В умовах експлуатацп така швидюсть заборонена. При меншiй швидкосп коефщенти К1 задовiльнi. Це свщчить, що Т-клини у вiзках активiзують роботу пружних ковзунiв. Критична швидюсть руху
порожнього вагона-обкотишевоза, при якш збурюються автоколивання виляння, виявилась вищою за конструктивну швидюсть (120 км/год). Слiд сказати, що колют пари обкотишевоза були обточеш за профiлем УЗ-Д11Т, при якому критична швидюсть порожнього вагона без пружних ковзушв дорiвнюе 80 км/год.
У шввагош-еталош з зношеними типовими клинами пружш ковзуни не виконували сво! функцiй. Розрахованi за даними сумюно! по!зд-ки коефщенти стiйкостi порожнiх обкотишевоза К1 та тввагона К2 наведенi на графтах рис. 7. При проходженнi перших 14 кiлометрiв траси швидкiсть руху складала 75... 100 км/год (див. графш швидкостi). Проявились усi ознаки перевищення критично! швидкосп тввагона -виляння вiзкiв та штенсивний звивистий рух.
шиш I ЩП^ИШИЙЙ!»!!! ^-1.....------- к*. ^.. . '
Рис. 7. Сукупнють значень коефщенпв стшкосп в1д сходу обкотишевоза (К1) та тввагона (К2)
у дослвднш по!'здщ сцепом
На цш дшянщ нижня частна смуги К2 дов-гостроково виходить за межу допустимих зна-чень, тобто стшюсть порожнього пiввагона незадовiльна. Коефiцiенти стшкосп обкотишевоза К1 на вказанш дiлянцi задовiльнi. Пiсля проходу 14-го км швидюсть руху зчепу була зменшена, коефщенти стiйкостi обох вагошв задовшьш
Пiсля завершення циклу випробувань порожнiх вагонiв проведене 1х завантаження i розпочато другий цикл. Однак, вже шсля першо! по!здки було виявлене мюцеве пош-кодження вставок макетних Т-клишв, пов'язане з недостатньою мiцнiстю у зонах перекосiв башмака вщносно корпуса. Це вимусило зняти 1х з випробувань.
Висновок. Проведет розробки та випробу-вання щодо використання трьохелементних клинiв при удосконаленш вiзкiв моделi 18-100 за технолопею Д11Т-ТАУС показали:
- покращуються динамiчнi показники руху порожнього вагона за рахунок збшьшення статичного прогину, а саме: динамiчна напружешсть бокових рам вiзка зменшуеться вдвое, прискорення шворневого вузла вагона зменшуються на 25 %;
- активiзуеться робота пружних ковзунiв, що приводить до збiльшення критично! швидкосп та покращення стiйкостi руху порожнього вагона (зафшсовано, що критична швидюсть обкотишевоза перевищила конст-руктивну);
- макетш Т-клини виявились недостатньо мщними у зонах концентрацii напружень, що необхщно врахувати при проектуваннi проми-слових зразкiв.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Савчук О. М. Об интенсивном вилянии тележек / О. М. Савчук, О. В. Шатунов, Н. А. Гричаний. -М. Железнодорожнш транспорт. РФ. - № 3, 2003 р. - С. 44-45.
2. Патент Украши № 10338 (В61Б5/06). Ресорний комплект вантажного вагонного в1зка // О. М. Савчук, О. М. Пшшько, В. О. Мельничук, А. Д. Лашко, О. Г. Рейдемейстер, А. А. Мщенко, - К. Держпатент. Бюл. № 11, 2005 р.
3. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). - М. ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996 р. -317 с.
Надшшла до редколегп 17.07.2007.
