Тема. Тележки тепловозов М62 и ТЭМ2

Современные тепловозы большой мощности все имеют тележечные экипажи. Тележки улучшают условия прохождения кривых участков пути. Размещение колесных пар в жесткой длинной раме потребовало бы больших поперечных перемещений колесных пар относительно рамы, уменьшения толщины гребней средних колесных пар, а то и вовсе удаления их для обеспечения беспрепятственного прохода в кривых участках пути. Только тепловозы малой мощности с числом осей не более трех имеют единую жесткую раму, непосредственно опирающуюся через рессорное подвешивание на колесные пары. Тележки являются ходовой частью тепловоза, непосредственно взаимодействующей с рельсовым путем. Они воспринимают подрессорные массы тепловоза, тяговые и тормозные силы, а также горизонтальные поперечные усилия при движении в прямых и в кривых участках пути. Взаимодействуя через колесные пары с рельсами, тележки передают кузову динамические нагрузки, вызываемые неровностями шути. В свою очередь кузов тепловоза передает эти силы через тележки на путь. Поэтому от конструкции тележек во многом зависят плавность хода и другие динамические качества тепловоза.

Взаимодействие экипажа и пути

Масса локомотива разделяется на подрессоренную и неподрессоренную. К неподрессоренным массам относят массу колесной пары с буксами, часть массы рессорного подвешивания первой ступени (примерно 2/3), около половины массы тягового электродвигателя при опорно-осевом его подвешивании (двигатель опирается одним концом на ось колесной пары, а другим — на раму тележки). Неподрессоренная масса, приходящаяся на одни колесно-моторный блок у тепловозов с опор но-осевой подвеской двигателя (ТЭМ2 и др.), составляет 4,5—4,6 т. У тепловозов с опорно-рамным подвешиванием двигателя (двигатель закреплен на раме тележки и значит подрессорен) неподрессоренная масса составляет 2,5-2,7 т. При движении тепловоза его подрессоренные и неподрессоренные массы совершают колебания относительно рельсового пути. Причем колебания колесных пар (неподрессоренных масс) происходят самостоятельно, независимо от колебаний всего экипажа. В зависимости от направления возмущающих сил колебания экипажа могут вызывать сложные его перемещения в пространстве. У тепловозов различают следующие основные виды колебаний: подпрыгивание, галопирование, поперечная качка, виляние и боковой относ. Подпрыгивание (перемещение вверх и вниз) совершается под действием периодически изменяющихся вертикальных сил (рис.14, а), вызывающих колебательное движение надрессорного строения относительно колесных пар. Галопирование (колебание надрессорного строения вокруг поперечной оси у, проходящей через центр тяжести тепловоза) вызывается (рис.14, б) неодинаковым прогибом рессорного подвешивания передней и задней тележек. Поперечная (боковая) качка (колебания экипажа вокруг продольной оси экипажа (рис. 14, в) возникает вследствие разного по знаку прогиба рессорного подвешивания на одной и другой сторонах тепловоза. Виляние (поперечное перемещение и одновременно вращательное движение относительно вертикальной оси тепловоза в зазорах между колесами и рельсами) возникает вследствие извилистого движения колесной пары, вызываемого коничностью бандажей, и попеременного воздействия упругих сил со стороны рельсов на колеса каждой колесной пары. Боковой относ (смещение экипажа в поперечном направлении) вызывается действием центробежных сил (иногда и сильного ветра). Колебания локомотива приносят много вреда. Сопровождающие колебательный процесс чрезмерные динамические нагрузки расстраивают путь, нарушают плавность хода, а иногда могут вызывать сход экипажа с рельсов. Воспринимаемые экипажем динамические нагрузки вредно отражаются на работе тягового оборудования, ухудшают условия труда локомотивной бригады.

Основными параметрами (характеристиками) всех колебательных процессов являются: массы, участвующие в колебательном процессе, размах (амплитуда) колебаний и частота или период колебаний. Количественные показатели этих параметров для колеблющихся в вертикальном направлении подрессоренных масс характеризуют вертикальную динамику локомотива. Вертикальная динамика локомотива считается хорошей, если он имеет плавный ход во всем диапазоне скоростей, т. е. оказывает наименьшее динамическое воздействие на путь, обеспечивает минимальную утомляемость локомотивных бригад. Горизонтальную динамику характеризуют силы, действующие на рельсы и экипаж в горизонтальной плоскости при прохождении кривых и прямых участков пути, а также поведение экипажа в рельсовой колее (виляние, поперечные броски кузова и т. д.).

Рис.14. Основные виды колебаний локомотива:

о — подпрыгивание; б — галопирование; в —- поперечная качка

Возникающие при колебаниях силы растут с увеличением скорости. Во избежание их чрезмерного роста, при котором создается угроза безопасности движения, следует снижать скорость тепловоза. Для установления допускаемой скорости движения в прямых и кривых участках пути необходимо иметь представление о действующих на колесные пары силах в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Силы, возникающие при вертикальных колебаниях экипажа. Причина возникновения вертикальных колебаний надрессорного строения обусловлена различными неровностями рельсового пути. При качении колеса по неровности, рессорное подвешивание как бы разделяет массы нижнего и верхнего строения экипажа. Инерционное же перемещение кузова вниз вызовет сжатие упругих элементов подвешивания и инерционная сила погаснет. Сжатые упругие элементы подвешивания после исчезновения дополнительных инерционных сил восстанавливаются за счет внутренних сил, упругости.

Критическая скорость и гашение колебаний. Катящиеся по рельсам колеса получают толчки и удары с частотой, зависящей главным образом от периодичности повторения рельсовых стыков. Эту частоту называют частотой вынужденных колебаний. Кузов же колеблется с частотой собственных свободных колебаний, которая зависит от статического прогиба рессорного подвешивания под нагрузкой. В случае совпадения частот вынужденных и собственных колебаний наступает явление резонанса, при котором резко возрастают амплитуды колебаний кузова, а значит и динамические силы. Скорость, при которой наступает резонанс, называют критической.

Коэффициентом использования сцепного веса называют. Отношение минимальной нагрузки от колесной пары на рельсы к расчетной нагрузке, которую находят из условия равномерного распределения массы локомотива между всеми колесными парами тепловоза. Для тепловозов со смешанным расположением тяговых двигателей и с поднятыми до уровня рамы шкворнями коэффициент использования сцепного веса равен 0,8. У тепловозов типов 2ТЭ116 тяговые двигатели в тележке расположены друг за другом (гуськом) моторно-осевыми подшипниками в одну сторону. При этом усилия на зубья зубчатых колес у всех трех колесных пар тележек направлены в одну сторону. Это дало возможность повысить у этих тепловозов расчетный коэффициент использования сцепного веса на 10—12 °/о, хотя фактически меньше (9— 8°/о). Чтобы полнее использовать сцепной вес локомотива, современные локомотивы (ТЭП70, ТЭП75, ТЭМ7) выполняют с низкоопущенными шкворнями, точки передачи тяговых усилий у которых располагаются на уровне осей колесных пар (рис.15). При такой конструкции шкворней у локомотива снижается момент, приводящий к разгрузке передней тележки и перегрузке задней.

Движение по кривым. Известно, что при входе в кривую и движении по ней на локомотив действует центробежная сила, вызываемая изменением направления вектора скорости. Эта сила зависит от массы локомотива, скорости и радиуса кривой.

У тележечного экипажа, имеющего значительную длину, проходимость в кривой обеспечивается благодаря повороту тележек относительно оси кузова на некоторый угол. В рельсовой колее тележка направляется гребнями колесных пар. Расположение тележек в кривой без заклинивания оказывается возможным благодаря зазору между рельсами и гребнями бандажей колесных пар. В прямых участках пути номинальное значение суммарного зазора 2а (при новых бандажах) равно 14мм, а минимальное 7мм. В кривых для увеличения зазора делают специальное уширение рельсовой колеи на величину Д рельсовой колеи. При радиусе кривой от 349 до 300м 10мм, при радиусе кривой 299м и менее 15мм, причем уширение в кривой делается постепенно (не более 1мм на 1м кривой). Для обеспечения хороших условий вписывания локомотива в кривые перед ними имеются переходные кривые.

Рис.15. Схема передачи тягового усилия от рамы тележки к раме тепловоза с помощью низкоопущенного шкворня: 3F-усилие от трех колесных пар. Несмотря на эти мероприятия вход локомотива в кривые и движение по ним сопряжены с большими усилиями, передаваемыми колесными парами на рельсы. Превышение этих усилий создает угрозу безопасности движения.

Устройство тележек тепловозов.