Эффективность применения пневматического рессорного подвешивания

Выше отмечалось, что существенное улучшение динамических и тяговых качеств тепловоза может быть достигнуто за счет применения пневматического рессорного подвешивания, которое имеет ряд преимуществ по сравнению с пружинным: возможность регулирования величины 1с в широких пределах при ограничении размеров и независимость ее от осевой нагрузки; самодемпфиро-вание системы без применения специальных демпферов, возможность широкого выбора величины демпфирования; отсутствие металлического контакта обрессоренных и необрессоренных частей и др.

Впервые в отечественной практике пневматическое рессорное подвешивание применено на тепловозе ТЭ7. В качестве упругого элемента применялись эластичные резинокордные оболочки (РКО) мод. Я-258 йнХ^в=570Х150 мм. Пневмоэлемент рассчитан на грузоподъемность 100 кН при-давлении 0,5 МПа, динамическая жесткость при объеме дополнительного резервуара 80 л составляет 4500 Н/см, статическая 3600 Н/см. Статический прогиб пневмоподвешивания регулируемый, /с=65-^-180 мм. В настоящее время выпускаются различные тепловозы с пневмодинамическим рессорным подвешиванием.

В табл. 20 приведены результаты динамических испытаний тепловозов ТЭ7-001, 2ТЭ10Л-635, ТГМЗБ-2000, ТУ7-0088 с пнев-

Показатели ТЭ7 2ТЭ10Л ТГМЗБ ТУ7
Статический прогиб /с, мм 180/57-70 200/74 180/60 155/69
Скорость, км/ч 120/120 100/100 65/65 50/50
Коэффициент плавности хода 3,15/5 -/- 2,29/- -/-
Коэффициент вертикальной динамики ?д 0,09/0,32 0,3/0,57 0,1/0,3 0,31/0,45
Частота собственных колебаний /0, Гц 1,2/2,0-2,2 1,3/2 1,2-1,3/2,5-3 1,59/1,93
Максимальные вертикальные ускорения кузова, g 0,12/0,35-0,37 0,3/0,57 0,11/0,33 0,14/0,31
Максимальные горизонтальные ускорения кузова, ? 0,23/- 0,27/0,35 -/- 0,05/0,08
Масса рессорного подвешивания, кг 900/1625 1182/1665 406/290
Примечание В числителе даны значения нием, а в знаменателе-для серийных тепловозов для тепловозов с пневматическим подвешива -

матическим и пружинным рессорным подвешиванием. При скорости 120-140 км/ч динамические показатели тепловоза ТЭ7 с пневматическим подвешиванием значительно лучше, чем с пружинным, а тепловоз с //=180 мм превосходит серийный тепловоз ТЭ7 по вертикальным ускорениям в 2,5-3,8 раза и по йд в 3-

3,5 раза. Показатель плавности хода, определенный по методике, принятой в вагоностроении, равен 3,15, что находится на уровне лучших образцов пассажирских вагонов на тележках КВЗ-ЦНИИ и дизель-поезда ДР-1-02. Логарифмический декремент Л=2,5 (1,2-1,4 у тепловоза ТЭ7). Высокочастотные ускорения на главной раме не превышают 0,08^ (0,28-0,3^ у тепловозов с пружинным подвешиванием).

Дальнейшим расширением опыта применения пневматического рессорного подвешивания явилось изготовление тепловоза 2ТЭ10Л-635. Примененное пневматическое подвешивание по конструкции аналогично описанному выше на тепловозе ТЭ7 со следующими изменениями: жесткая опора пневмобаллона на буксу заменена комплектом витых цилиндрических пружин со статическим прогибом 23 мм; резиновые амортизаторы внутри баллонов имеют толщину 55-60 мм, что обеспечивает статический прогиб без воздуха 12-15 мм и необходимый воздушный зазор при работе системы пневмоподвешивания на воздухе с сохранением оси автосцепки. В результате общий статический прогиб без воздуха равен 35-38 мм, что обеспечивает безопасность движения в случае потери давления в системе. Применен новый, более надеж ный, высоторегулирующий клапан; осуществлена трехточечная си-стема подвешивания секции при движении с воздухом, что обеспе-чило необходимую точность развески тепловоза.

Динамические испытания проводились при Я = 0, 300, 600, 1000 м в рабочем состоянии пневматического подвешивания при скорости и<100 км/ч, а без воздуха в системе пневматического подвешивания при скорости о<65 км/ч. Вертикальные колебания тепловоза 2ТЭ10Л-635 с пневматическим подвешиванием при скорости движения 100 км/ч меньше, чем тепловоза 2ТЭ10Л-168 на серийных тележках: ускорение кузова в 1,9 раза, частота колебаний в 1,5 раза; горизонтальные ускорения кузова в 1,3 раза меньше, следовательно, ниже частота бокового колебания.

Коэффициент запаса устойчивости колесной пары, определенный по максимальному рамному давлению и соответствующим этому моменту времени нагрузкам или по минимальным вертикальным силам и соответствующему этому моменту времени рамному давлению, составил 5,67 и 3,91 для системы подвешивания соответственно в нормальном рабочем состоянии и в аварийном. Минимально допустимое значение этого коэффициента равно 1,0. ТЭД тепловоза с пневматическим подвешиванием в процессе двухлетней эксплуатации ремонту не подвергались, замена щеток не проводилась. На тепловозах с пружинным подвешиванием в условиях эксплуатации приходится разбирать ТЭД и производить замену изношенных (выкрошенных) щеток секции.

Следует отметить хорошее состояние бандажей колесных пар по прокату: вследствие снижения боксования пробег тепловоза с пневматическим подвешиванием без обточки бандажей составил 250 тыс. км (в 2 раза превосходит пробег обычных тепловозов). За время эксплуатации не было случаев подреза гребней колесных пар. Существенно уменьшился износ бандажей по сравнению с их износом у серийных тепловозов благодаря улучшению сцепления колес тепловоза с рельсами. Это связано со значительно» более мягким пневматическим подвешиванием, отсутствием сочленений с трением без смазочного материала в балансирах и рессорах, применением трехточечного статически определимого распределения нагрузок по колесам (вместо четырех точек у серийного тепловоза и статически неопределимого по нагрузкам на колеса), отсутствием фрикционных демпферов и листовых рессор, вместо которых осуществлено эффективное демпфирование путем дросселирования воздуха в системе пневматического подвешивания. В итоге уменьшаются разгруз - перегруз колес и износ бандажей колесных пар.

Пневматическое рессорное подвешивание все шире применяют в тепловозостроении. На тепловозе 2ТЭ116-184 установлены пнев-мопружинные (рис. 34) элементы, /с = 150 мм. Результаты испытаний подтвердили высокую их эффективность; во всем диапазоне скоростей амплитуды динамических нагрузок на буксы снизились (по сравнению с металлическим подвешиванием) в 1,5-2,5 раза,

Рис. 34 Схема пневмопружинной рессоры индивидуального рессорного подвешивания тепловоза 2ТЭ116:

1 - резииокордная оболочка; 2 - ограничитель прогиба пневмоэлемента, 3 - пружина, 4 - букса частота колебаний основного тона уменьшилась до 1,7 Гц (по сравнению с 2 Гц). Тепловоз успешно эксплуатировался на Юго-Восточной ж. д.

Экономическая эффективность пневматического подвешивания вследствие уменьшения проката бандажей, износа верхнего строения пути, сокращения расходов в эксплуатации ш изготовлении тепловоза, составляет 10 тыс. руб. на одну секцию в год. Эффективность применения пневматического рессорного подвешивания на тепловозах ТГМЗБ, ТЭМ7 и ТУ7 подтверждена результатами их испытаний (см. табл. 20)

Таким образом, пневматическое рессорное подвешивание значительно улучшает динамику тепловоза, снижает износ бандажей колесных пар, увеличивает срок службы КМБ, улучшает комфортабельность и условия труда. Пневматическое рессорное подвешивание позволяет достичь высоких показателей динамических качеств по сравнению с этими же качествами при пружинном подвешивании.

Колебания тепловоза на пневматическом рессорном подвешивании описываются сложной системой дифференциальных уравнений [8]. Динамические свойства пневматического подвешивания можно исследовать с помощью механической эквивалентной модели, состоящей из пружин и гидродемпферов [13], что значительно упрощает решение задачи.

Влияние демпфирования на динамику тепловоза | Экипажные части тепловозов | Экспериментальное определение показателей динамических качеств тепловозов