2013-2017 год "Все РЖД"

Рессорное подвешивание
         
Локомотивы России
Локомотивы России
по состоянию на 2017 год
  Vserzd.ru
                       Все Российские железные дороги
??????.???????
i устройство тепловозов/ рессорное подвешивание
При движении локомотивы и электропоезда совершают колебательные движения. Они передаются на кузов электровоза или вагона, который также начинает колебаться вокруг продольной оси (боковая качка), вдоль нее (подергивание), поперечной (галопировали), вертикальной (виляние), параллельно продольной оси (подпрыгивание) и вдоль поперечной оси (относ). Чтобы кузов не повторял колебаний колесных пар и двигался по возможности плавно, его опирание на рамы тележек, а рам на колесные пары происходит через рессорное подвешивание. Оно состоит из системы пружин, листовых рессор, подвесок, гасителей колебаний и других элементов.

Следовательно, рессорное подвешивание служит для передачи веса локомотива на шейки колесных пар, его равномерного распределения между их осями и смягчения ударных нагрузок со стороны пути. От конструктивных особенностей рессорного подвешивания и его параметров, а также от того, как распределены колеблющиеся массы кузова и тележки, зависят так называемые динамические характеристики электровоза или вагона электропоезда.

Рессорное подвешивание стремятся сделать как можно мягче с меньшей жесткостью, снижая этим чувствительность локомотива к состоянию пути. Амплитуды колебаний ограничивают, вводя специальные гасители, т.е. элементы, рассеивающие энергию колебаний. Масса всех частей локомотива, расположенных над рессорами, называется подрессоренной. В неподрессоренную массу входит масса колесных пар с буксами. При этом стремятся к тому, чтобы неподрессоренная часть была как можно меньше.

Элементы рессорного подвешивания на локомотивах и электропоездах составляют единую систему. Однако при индивидуальном подвешивании система состоит из независимых друг от друга элементов (например, пружин), отдельно на каждую колесную пару. В сбалансированном рессорном подвешивании все элементы соединены между собой подвесками и балансирами.

Конструктивно не всегда можно разместить элементы рессорного подвешивания, выбранного в соответствии с требуемой жесткостью в буксовом узле (между буксой и рамой тележки). В этом случае его делят на ступени:
Первую - буксовую между буксой и рамой тележки
Вторую - кузовную, размещаемую между рамой тележки и кузовом.

Вторичное рессорное подвешивание (соединение кузова с тележками) многообразно, но классифицируется по следующим типам узла:
- с жесткой плоской цилиндрической опорой;
- с маятниковыми опорами;
- с люлечным устройством и скользунами;
- с пружинным поперечным возвращающим устройством и скользунами;
- с многоцелевым использованием пружин типа "Флексикойл";
- с пневматическими упругими элементами;
- с резинометаллическими упругими элементами.
Рассмотренные выше схемы первичного и вторичного рессорного подвешивания имеют много однотипных узлов: рессоры, пружины, гасители колебаний. На электровозах и электропоездах первых выпусков в качестве упругих элементов широкое распространение получили листовые рессоры.

Рессоры локомотивов изготавливают из листов рессорно-пружинной кремнистой стали марок 55С2 и 20С2. Часть листов имеет одинаковую длину - коренные, а расположенные под ними - подкоренные (наборные). Для предотвращения поперечного сдвига листы обычно выполняют из желобчатой стали.
В горячем состоянии листы изгибают так, что более короткие имеют большую кривизну. Это обеспечивает их плотное прилегание. В результате термообработки (закалка при температуре 870 С в масле и отпуск при вторичном нагреве до 470С) получают необходимые механические характеристики.
После термообработки листы рессоры подвергают дробеструйному наклепу, чтобы увеличить предел выносливости. Для повышения чувствительности рессоры к изменению нагрузки и уменьшения износа листов их поверхности смазывают смесью машинного масла (25%), солидола (25%) и графита (50%). На пакет листов в средней части надевают хомут в горячем состоянии и обжимают его на прессе одновременно со всех сторон. Материал хомута- углеродистая сталь 10 или Ст3.
Чтобы снизать концентрацию напряжений, кромки листов у торцов закругляют. После изготовления или ремонта рессоры испытывают на изгиб нагрузкой, соответствующей расчетному напряжению 1000 Мпа. Остаточные деформации после испытания рессоры не допускаются.

Основными характеристиками рессор является:
- длина рессоры L - расстояние между центрами отверстий коренных листов. Поскольку оно изменяется в зависимости от нагрузки, различают длину рессоры в свободном состоянии (без нагрузки) и расчетную длину (при расчетной нагрузке);
- стрела прогиба рессоры - расстояние от прямой, соединяющей центры отверстий в верхнем листе, до его поверхности в средней части рессоры. В свободном состоянии (незагруженном) это расстояние называют стрелой прогиба в свободном состоянии;
- прогиб рессоры - разность стрел прогиба без нагрузки и под нагрузкой.
Рассеивание энергии колебаний в системе, имеющей листовые рессоры, происходит за счет сил терния, возникающих между листами. Однако эти силы и, следовательно, коэффициент трения нестабильны, что является большим недостатком листовых рессор.

Чтобы этого избежать, рессорное подвешивание стали выполнять из витых цилиндрических пружин. (см. рис.). Из изготавливают из прутков горячекатаной кремнистой стали марки 55С2 или 60С3 (60С2А или 60С2ВА) круглого поперечного сечения. После термической обработки (закалка в масле при температуре 870 С и отпуск при 460С) предел текучести должен составлять от 12000 МП, а твердость по Бринеллю - 375…444НВ.
Термически обработанные пружины должны быть упрочнены наклепом дробью или заневоливанием, которое производиться либо нагружением пружены до создания в ней напряжений выше предела текучести и выдержкой при этих напряжениях в течение длительного времени (не менее 12 ч), либо многократным (не менее 10 раз) обжатием пружины с созданием в ней напряжений выше предела текучести.

Опорные поверхности пружины должны быть плоскими и расположены перпендикулярно оси пружины. Перед навивкой концы прутка оттягивают для образования опорного витка пружины на длине в 3/4 витка. Геометрические параметры пружины: D - средний диаметр прутка, Hсв - высота пружины в свободном состоянии, n- число рабочих витков пружины, aш - шаг витков.

Параллельно пружинам включают демпфирующее устройство. Различают демпферы сухого и вязкого трения. В элементе сухого трения энергия колебаний гасится силами трения, возникающими при скольжении одного твердого тела по-другому. Обычно в нем предусматривают регулировочное устройство, с помощью которого устанавливают предварительное значение демпфирующей силы. В эксплуатации это устройство позволяет сохранить выбранные параметры.
Более сложны конструктивно, но свободны от недостатков сухого трения гидравлические гасители колебаний. Это устройства, преобразующие механическую энергию колебаний в тепловую и рассеивающие ее в окружающую среду. По характеру трения различают гидравлические и фрикционные гасители колебаний.
Фрикционные гасители рассеивают энергию колебаний посредством сухого трения фрикционных пар, а гидравлические - путем дросселирования жидкости из одной полости цилиндра в другую.
Гасители являются составной частью рессорного подвешивания локомотивов и вагонов электропоездов и предназначены для ограничения амплитуды колебаний кузова и тележек вязким или сухим трением. Если они не исправны, рессорное подвешивание не обеспечивает нормальную эксплуатацию локомотивов и вагонов электропоездов.
Гасители колебаний различают по их расположению в рессорном подвешивании: вертикальные, наклонные, горизонтальные; по месту расположение: кузов, тележка, букса; назначению гашения вида колебаний. Для контроля пригодности их в работе выполняют из легкодоступными, автономными и защищенными от внешних воздействий.

На локомотиве гаситель крепится параллельно упругим комплектам крепительными головками и втулками с помощью валиков. Во время колебаний тележки и кузова шток 8 гасителя совершает возвратно-поступательное движение относительно цилиндра 5.
При ходе сжатия уменьшается объем под поршневой полости А и увеличивается в над поршневой полости В. Шток 8 вытесняет жидкость из цилиндра через дроссель 21 нижнего клапана в рекуперативную камеру. Работа сил вязкого сопротивления расходуется на нагрев жидкости, а тепло рассеивается через корпус в окружающую среду.

При чрезмерных скоростях хода сжатия повышенным давлением открывается разгрузочное устройство 3 в днище, и жидкость перетекает из цилиндра в рекуперативную камеру С. Таким образом в клапанном режиме работы ограничиваются на расчетном уровне давление жидкости и силы вязкого сопротивления.

В ходе растяжения жидкость дросселирует из над поршневой полости В в под поршневую А через малое отверстие 19. Одновременно за счет разрежения в объеме выходящего из цилиндра штока недостающая часть жидкости в полости А восполняется из рекуперативной камеры  С через открытый перепадом давления впускной клапан 20. При завышенных скоростях перемещения штока на ходе растяжения открывается разгрузочное устройство 7 в поршне 6 и перепускает жидкость из над поршневой полости В в под поршневую А.

В итоге силы вязкого сопротивления ограничиваются. Когда сечение штока равно половине площади поршня, объемы дросселируемой жидкости на ходах сжатия и растяжения примерно равны, и гаситель работает по симметричному циклу вязкого трения. Просочившееся через кольцевой зазор между штоком и направляющей масло стекает по вырезу 10 в рекуперативную камеру С. Утечки жидкости через не плотности снижают работоспособность гасителя колебаний.

Фрикционные гасители колебаний сухого трения наиболее широко применяются в тележках грузовых вагонов. В двухосных тележках типа ЦНИИ-ХЗ фрикционный гаситель колебаний состоит из двух фрикционных клиньев 2,  а), размещенных между наклонными поверхностями концов надрессорной балки 1 и фрикционными планками 5, укрепленными на колонках 4 боковой рамы тележки. Клинья опираются на двухрядные цилиндрические пружины 5.Работа таких гасителей заключается в следующем. При вертикальных колебаниях надрессорной балки 1 совместно с обрессоренными массами вагона фрикционные клинья 2 перемещаются вниз и вверх относительно фрикционных планок 3. В результате между клиньями и планками возникают силы трения, создающие сопротивление колебательному движению. При этом величина силы трения прямо пропорциональна прогибу пружин и возрастает с его увеличением, так как клинья прижимаются с большей силой.
Работа сил трения преобразуется в тепловую энергию, которая рассеивается в окружающую среду. Такого типа гаситель называют фрикционным с переменной силой трения, зависящей от прогиба.

Фрикционный гаситель колебаний с постоянной силой трения, показанный на рис. (б), устроен так, что сила трения не зависит от прогиба рессорного подвешивания. В пазах 5 концов надрессорной балки установлены башмаки 2, в которых размещены стаканы 3 с пружинами 4. Стакан 3 прижат предварительно сжатой пружиной 4 к фрикционной планке 1 боковой рамы тележки. Сила трения, возникающая при колебании надрессорной балки совместно с опирающимися на нее частями, постоянна и зависит только от жесткости и величины предварительного сжатия пружины, а также коэффициента трения между взаимодействующих плоскостей стаканов и фрикционных планок.