Пути улучшения тяговых свойств тепловозов

Для грузового тепловоза большое значение имеют его тяговые свойства, зависящие от сцепной массы и коэффициента т] ее использования. Сила тяги колесной пары по сцеплению /’к=:^сФ?'Ь Оценим коэффициенты ц различных систем рессорного подвешивания, тяговых приводов и других конструктивных факторов применительно к тепловозу 2ТЭ116. На рис. 38 показана схема сил и моментов узлов экипажа при действии силы тяги.

Схема сил и моментов, вызывающих перераспределение сцепной массы тепловоза 2ТЭ116

Рис. 38. Схема сил и моментов, вызывающих перераспределение сцепной массы тепловоза 2ТЭ116:

а - расчетная; б - сил и моментов, действующих на кузов; в - то же, на рамы тележек; г -то же, на колесные пары через зубчатые колеса *

Исходное положение тепловоза 2ТЭ116 определяется положением кузова и тележек в продольной вертикальной плоскости (шесть координат): гк, ги г2 - вертикальные перемещения центров тяжести кузова и тележек вследствие деформаций буксового* и центрального подвешивания; фк, ф! и ф2 - угловые перемещения кузова и тележек.

По известным значениям гк, гь г2, фк, фі и ф2 можно найти деформации рессорного подвешивания и нагрузки колес на рельсы. Кузов находится в равновесии под действием сил Р7- Р10 и момента от силы тяги на автосцепке. Уравнения равновесия имеют вид

Таблица 29

Вариант Статический прогиб опор кузова, мм Рессорное подвешивание Тип привода Ч Наиболее разгруженная

колесная пара

1

^исходи.)

20 Индивидуальное ООП 0,832 1
2 0 » ООП 0,869 3
3 0 Сбалансированное ООП 0,922 1, 2, 3
4 0 » ООП 0,774 4
5 0 Индивидуальное ООП 0,79 4
6 0 » ОРП

типа ТЭП70

0,902 1
7 0 Сбалансированное ОРП - -
8 0 Индивидуальное типа 2ТЭ121 0,848 3
9 112 » ТЭП70 0,83 1

Примечание. В вариантах 4 и 5 применено встречное расположение ТЭД, в остальных вариантах - одностороннее.

Таким образом, при сбалансированном рессорном подвешивании и одностороннем расположении ТЭД (по сравнению с индивидуальным подвешиванием) коэффициент т] = 0,922 (по сравнению с т] = 0,869), т. е. больше на 6 %.

Влияние расположения ТЭД определяется схемой их подвешивания. Принятое на тепловозе 2ТЭ116 одностороннее расположение ТЭД улучшает использование сцепной массы тепловоза по сравнению со встречным на тепловозах 2ТЭ10Л (носики двигателей третьей и четвертой колесных пар повернуты к центрам тележек). Однако эта схема имеет и следующие недостатки: увеличивается длина тележки и расстояние от третьей оси до концевой балки (с 660 до 1165 мм); возрастает общая масса тележки; возникает отклонение от симметричности тележки относительно оси средней колесной пары и др. Поэтому представляет интерес выявить возможность увеличения коэффициента ц при встречном расположении конструктивными мерами. В уравнениях (29) - (30) изменится лишь момент от сил Рг, действующих на обрессо-ренную массу тепловоза:

Наиболее разгруженной является четвертая по ходу колесная пара (т)4=1 - 0,33-0,637=0,79), т. е. т)4 на 9% меньше, чем при одностороннем расположении ТЭД.

При сбалансированном рессорном подвешивании

По сравнению с исходным вариантом коэффициент ц меньше на 11 % (наихудший вариант).

Опорно-рамный привод с полым валом на оси на тепловозе 2ТЭ116 с индивидуальным рессорным подвешиванием по типу тепловоза ТЭП70 позволяет сохранить жесткость неизменной, т. е. сф =251,1'103 Н-м/рад. Момент и угол поворота надрессоренного строения будут соответственно Мо = 6Яа/Гк = 6,33/:'к И фк = Мо/Сф = = 0,0252'10~3^к, рад.

Перераспределение нагрузок между колесными парами вызвано только изменением обрессоренных составляющих. В этом одно из важных преимуществ данной схемы привода, обеспечивающего высокое значение коэффициента ту Тогда ДРі = <ркСі (В + й) = = 1,87-0,0252(4,485+1,85)Р„=0,298РК; ц = 1 - 0,298-0,33= 1 -

- 0,0098=0,902.

Привод с полым валом якоря применен на тепловозе 2ТЭ121, где крутящий момент от ТЭД передается силовому редуктору,

который опирается на ось колесной пары и с помощью реактивной тяги подвешен к раме тележки. В этом случае изменение обрес-соренных нагрузок вызвано моментом на статоре ТЭД Мд= =/7кгк/і и реактивными силами в подвеске осевого редуктора Яа=Яг(1 +і)/і. Момент, действующий на надрессорное строение,

Подставляя данные применительно к тепловозу 2ТЭ116 (г'= = 4,41, /д=0,91 м), получим

Как видно из сопоставления этого варианта с другими, в схеме привода по типу тепловоза 2ТЭ121 на обрессоренную часть экипажа действует наибольший момент, соответственно и наибольший разгруз-перегруз колес от перераспределения обрессоренной массы. Наибольший разгруз-перегруз имеет место на крайних осях:

Наиболее разгружена третья колесная пара и т]3=1-0,ЗЗХ Х0,462=1 -0,152=0,848.

Проведенные расчеты показали следующее.

1. Наибольшее значение коэффициента использования сцепной массы (т] = 0,922) достигается при одностороннем расположении ТЭД, сбалансированном рессорном подвешивании и жестких опорах кузова на тележки.

2. При отсутствии упругости второй ступени рессорного подвешивания применение опорно-рамного привода по типу тепловоза ТЭП70 обеспечивает коэффициент ц = 0,902; при схеме опорнорамного привода по типу тепловоза 2ТЭ121 коэффициент г) = 0,89.

3. Применение упругих элементов в опорах кузова на тележки с жесткостью, принятой на тепловозе 2ТЭ116 (статический прогиб /с«20 мм), снижает коэффициент ц на 2-3 % по сравнению с т] при жестких опорах.

Сравнительные тяговые испытания проводили для двух секций тепловозов: 2М62 - с челюстными тележками; ЗМ62 -• с бесчелюстными тележками тепловоза 2ТЭ116. Сцепная масса теплово-

зов соответственно 19 290 и 20 700 кг. Определялась максимальная сила тяги тепловозов при срыве сцепления. На секции тепловоза 2М62 первой лимитирующей осью, на которой происходит потеря сцепления, является первая колесная пара по Ходу (43 % случаев), вторая 3% и четвертая 54%. На ЗМ62 с бесчелюстными тележками во всех опытах срыв по сцеплению происходил у первой колесной пары.

В результате статистической обработки установлено, что сила тяги по сцеплению секции тепловоза ЗМ62 на 3,86 % больше. Однако с учетом фактических осевых нагрузок лимитирующих колесных пар эта секция имела сцепную массу на 6,56 % больше, чем секция тепловоза 2М62. При одинаковых условиях по сцепной массе сила тяги по сцеплению у челюстной тележки получена выше, чем у бесчелюстной, на 2,5 %.

По измерениям силы тяги при скорости до 20-25 км/ч на осциллограммах четко прослеживаются особенности сбалансированной и индивидуальной систем рессорного подвешивания. В первом случае прохождение неровностей пути не вызывает заметных изменений нагрузок на буксы. При индивидуальном подвешивании наблюдаются заметные изменения нагрузок на буксы, связанные с прохождением неровностей пути, что приводит к снижению коэффициента использования сцепной массы тепловоза.

Анализ показателей надежности узлов экипажа в эксплуатации | Экипажные части тепловозов | Заключение