Спосіб підвищення тягово-динамічних якостей локомотивів

Спосіб підвищення тягово-динамічних якостей локомотивів, що полягає в перерозподілі вертика 38098 Перед реалізацією способу виробляють таку підготовку. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень для даного типу локомотива визначають значення результуючого коефіцієнта використання зчіпної ваги Snі горизонтальних поперечних сил у контакті коліс з рейками. Після цього, знаючи величину вертикального навантаження Рі і сумарне значення Snі для кожної колісної пари, розраховують значення їх довантаження DРі необхідні для забезпечення рівності граничних сил зчеплення на всіх колісних парах при реалізації локомотивом сили тяги (гальмування) у режимі обмеження по зчепленню, з умови: Fimax - Fjmax ® 0, i, j=1...m, i¹j, або (P1+DP1)*Y0*Sn1=(P2+DP2)*Y0*Sn2=… =(Pm +DPm)*Y0*Snm, (3) де m - кількість колісних пар в локомотиві. Сучасні тепловози і електровози мають обмеження по зчепленню в діапазонах швидкостей руху 0...20 і 0...40 км/г відповідно до того, як показано у ВНІТІ дослідження режимів роботи тепловозу 2ТЭ116-275, що знаходиться у рядовій експлуатації вантажного руху, реалізуючи силу тяги, близьку до максимальної. Тривалість його роботи при швидкості 0...20 км/г складає близько 20% від загального часу. Для сучасних потужних тепловозів маємо очікувати збільшення тривалості роботи в режимі обмеження потужності по зчепленню. Стосовно маневрових тепловозів час роботи в згаданому режимі буде значно більшим (Кудінов B.C., Долгополов С.М. Режими роботи тепловозів 2ТЭ116. - M.: Транспортне машинобудування, 1979. - с. 13-15. Реферативний збірник НIIIНФОРМТЯЖБУД). Дослідження по визначенню впливу на шлях локомотива при русі на прямих та кривих дільницях шляху, а також за стрілочними перекладами показали, що сили для кожної колісної пари значно відрізняються, Так, численні експерименти проведені, у ВІТМ на моделях шестиосних локомотивів, показали, що в кривих найбільша горизонтальна поперечна сила діє в контактах першої і шостої колісних пар з рейками, а друга і п'ята знаходяться в найкращих умовах. Випробування тепловоза 2ТЭ121 виявили нерівномірність впливу на шлях при проходженні горизонтальних нерівностей шляху. Найбільший вплив на шлях виявляє перша за ходом руху колісна пара. Тому при русі локомотива в інших режимах (обмеження за дотичною потужністю вибігу і т. д.) змінюють осьові навантаження на кожну колісну пару назад пропорційно значенням горизонтальних поперечних сил в контактах коліс з рейками. При цьому виконується умова: Yi - Yj ® 0, i, j=1...m, i¹j, де Y - горизонтальна поперечна сила, діюча від колісної пари на рейкову колію. Таким чином, при реалізації запропонованого способу, що полягає в перерозподілі навантажень по колісних парах, забезпечується підвищення максимальної сили тяги (гальмування) у режимі обмеження по зчепленню і поліпшення динамічних якостей, при інших режимах руху, т. ч. покращуються експлуатаційні характеристики локомотива. Розглянемо приклад конкретної реалізації способу, що пропонується для тепловоза 2ТЭ116 ційно зміні на них коефіцієнта використання зчіпної ваги, забезпечуючи рівність максимальних сил на колісних парах і компенсацію дестабілізації зчеплення під час руху. При інших режимах руху вертикальні навантаження по колісних парах перерозподіляться назад пропорційно горизонтальним поперечним силам в контактах коліс з лейками. Перед описом реалізації способу, що пропонується розглянемо докладніше визначальні відмінності умов зчеплення колісних пар екіпажу. Ігнорування їхнього впливу призводить до недовикористання тягових і динамічних якостей локомотивів. Колісні пари в залежності від розташування знаходяться в неоднакових умовах по зчепленню внаслідок часткової очистки поверхонь катання рейок з передніми за ходом руху колісними парами. В найгірших умовах, знаходиться передня за ходом руху локомотива колісна пара. Сильний вплив на коефіцієнт зчеплення Yi і-ї колісної пари виявляють діючі на неї бокові зусилля, які викликають додаткове поперечне прослизання коліс по рейках, що знижує коефіцієнт зчеплення. У ц. р. передня колісна пара є, що спрямовує, та вона сприймає найбільші бокові зусилля, і, отже, коефіцієнт зчеплення на ній буде нижче ніж на неспрямовуючих колісних парах. Це особливо актуально при русі в кривих дільницях шляху. На умови зчеплення впливають також динамічні вагання вертикального навантаження на колісні пари. Як свідчать результати досліджень. найбільший коефіцієнт вертикальної динаміки також спостерігається на передній колісній парі. Максимальну силу зчеплення і-ї осі локомотива можна уявити у вигляді: (1) Fimax=Pi*Y0*Sni, де Pi - вертикальне навантаження від колісної пари на рейки; Y0 - коефіцієнт зчеплення, його максимальне потенційно допустиме значення; Sni - результуючий коефіцієнт використання зчіпної ваги. Складові Snі можна умовно поділити на дві групи, визначаючих зміну Pі і Y0: Sni=n0i*nm i*Свi*Сгі*CNi, і де n0 - коефіцієнт, що враховує нерівномірність навантажень на колісні пари від розваження, різниці діаметрів та спрацювання коліс; nmi - коефіцієнт, що враховує перерозподіл навантажень при. реалізації сили тяги (гальмування); Свi - коефіцієнт, що враховує зниження Y0 від коливань надресорної будівлі; Сгi - коефіцієнт, що враховує зниження Y0 від горизонтального ковзання колісних пар; СNi – коефіцієнт, що враховує очистку рейок передніми за ходом руху колісними парами. Суттєвість способу, що пропонується, ілюструється на прикладі шестиосного локомотива і пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображена схема реалізації способу при тязі (гальмуванні) у режимі обмеження по зчепленню, на фіг. 2 - схема реалізації способу при русі в інших режимах. Локомотив містить кузов 1 з автозчепом 2, зв'язаний з візками 3 і 4 через шкворени 5 та опори 6. Візок спирається на колісні пари 7 (І, ІІ, ІІІ, IV, V, VІ) через буксові пружини і передає вагу локомотива на рейковий шлях. 2 38098 Fmax =6*(230+22)*0,33*0,73=364 кН. Збільшення максимальної сили тяги (гальмування) при цьому складе в порівнянні з базовим тепловозом DFmax=364-305=59 кН. Або близько 16%. Перерозподіл навантажень від колісних пар на рейки в запропонованому способі виробляється за коефіцієнтами, певним статистичним засобом, за результатами теоретичних і експериментальних досліджень. Визначення коефіцієнтів, що складають використання зчіпної ваги і горизонтальних поперечних сил в контактах коліс з рейками, являє більшу складність. Однак для будь-якого екіпажу в результаті ряду теоретичних і експериментальних досліджень можна визначити величини коефіцієнтів, що входять до вираження (2), і, отже, результуючими коефіцієнтами використання зчіпної ваги Snі для кожної колісної пари, а також горизонтальні поперечні сили в контактах коліс з рейками. У відповідності до їх значень здійснюють перерозподіл вертикальних навантажень по колісних парах, що покращує експлуатаційні характеристики локомотивів. В загальному випадку значення у вираженні (2) коефіцієнтів, що входять до горизонтальних поперечних сил, є випадковими величинами. Однак, вони мають відмінні від нуля математичні очікування, що і приймаються в якості значень означених величин для конкретного типу локомотивів. Дисперсія значень цих коефіцієнтів для різноманітних локомотивів одного і того ж типу повинна бути достатньо малою, при дотриманні технічної дисципліни і певному рівні культури виробництва і експлуатації локомотивів. Таким чином, реалізація способу, що пропонується, дозволить покращити експлуатаційні характеристики локомотива, у порівнянні з прототипом, за рахунок більш повного врахування умов зчеплення і динамічного впливу на шлях кожної колісної пари і відповідного перерозподілу на них вертикального навантаження на різноманітних режимах руху. при русі у режимі обмеження по зчепленню. Цей тепловоз при серійному виготовленні має такі характеристики (Горбунов M.I. Підвищення тягових якостей тепловозів завдяки удосконаленню пружинних зв'язків візків. - Діє. на пошук, вч. ступеня к.т.н. Ворошиловград, 1987): n01=0,99, n02=1,01, n03=0,99 - коефіцієнти, що враховують нерівномірності навантажень від колісних пар на рейки від розважки, різності діаметрів і спрацювання колісних пар (математичне очікування ); nm 1=0,867, nm 2=0,97, nm 3=1,03 - коефіцієнти, що враховують перерозподіл навантажень при реалізації сили тяги; Св1=0,855, Св2=0,933, Св3=0,893 - коефіцієнти, що враховують зниження Y0 від коливань надресорної будівлі локомотива; Сг1=0,913, Сг2=0,97, Сг3=0,926 - коефіцієнти, що враховують зниження Y0 від коливань горизонтального навантаження; СN1 - 1,0, СN2 - 1,02, СN3 – 1,04 - коефіцієнти, що враховують очистку рейки передніми за ходом руху колісними парами. При цьому результуючі коефіцієнти використання зчіпної ваги для колісних пар першого візка складають: Sn1= 0,67, Sn2=0,94, Sn3=0,86. Для другого, за ходом руху, візка розрахунки робляться у припущенні руху її першого: Sn4=0,86, Sn5=0,94, Sn6=0,67. Таким чином, найгірші умови зчеплення у першої колісної пари, а найкращі - у другої. Локомотив 2ТЭ116 в серійному виконанні без застосування способу. що пропонується, реалізує максимальну силу тяги, обмежену зчепленням лімітуючої першої колісної пари, рівну Fmax=m *P1*Y0*Sn1. Прийнявши Y0=0,33, отримаємо Fmax=6*230*0,33*0,67=305 кН. Якщо реалізувати запропонований спосіб в конструкції базового локомотива, т. щ. виконати умову F1max=F2max=F3max, для чого, згідно з розрахунками, при реалізації сили тяги (гальмування) довантажити першу колісну пару на 22 кН і розвантажити другу і третю відповідно на 19 кН і 3 кН, то для всього локомотива отримаємо: 3 38098 Фіг. 1 Фіг. 2 4 38098 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5