• связь боковых рам и надрессорной балки обеспечивается за счет работы фрикционных клиньев рессорного подвешивания, и характеристики этой связи, как показывают исследования ВНИИЖТа, не обеспечивают гарантированного ограничения забегания боковых рам и перекоса колесных пар; • значения упругих идиссипативных параметров системы горизонтального обрессоривания кузова вагона, прежде всего в порожнем его состоянии, не являются эффективными. Из-за недостаточного конструктивного запаса величины свободного хода надрессорной банки относительно боковых рам амплитуда ее относительного поперечного перемещения от положения, соответствующего статическому равновесию, как правило, не превышает 18 мм. Вследствие недостаточного демпфирования горизонтальных колебаний при замыкании зазора между фрикционным клином и боковой рамой происходит удар клина об упорную колонку боковой рамы и дальнейшая передача ударной нагрузки от боковой рамы на торцы роликов подшипников и на торцовое крепление.
Последний из отмеченных недостатков приводит к появлению дефектов типа «елочка», накоплению продуктов износа и возможному заклиниванию роликов, что в совокупности со значительными вертикальными динамическими нагрузками, обусловленными высокой жесткостью рессорного подвешивания и большой необрессоренной массой, приводит к грению буксовых узлов. Только по причине подтвержденного зрения на сети дорог ежегодно производится отцепка нескольких тысяч вагонов, что наносит значительный экономический ущерб.
Рост боковых сил, в свою очередь, способствует усилению колебаний виляния, боковой качки вагона и приводит к появлению значительных деформаций кузова относительно его продольной оси. В подобных случаях низкий уровень диссипации энергии не только в зоне контакта клиновых гасителей колебаний с фрикционными планками, но и между скользунами приводит к разгрузке рельса. Именно такой режим колебаний является одной из главных причин схода вагонов с рельсов, а также повышения напряженно-деформированного состояния узлов вагона. Только в терминале по подготовке под погрузку полувагонов на станции Входная Западно-Сибирской железной дороги при производстве сварочных работ, вызванных наличием трещин в стойках и верхней обвязке кузова, ежесуточно расходуется около 120 кг электродов.
Необходимо отметить, что фрикционные элементы склонны к проявлению залипания (схватывания) трущихся поверхностей, что является причиной появления скачкообразного трения и возникновения вследствие этого значительных ударных нагрузок, которые не только повреждают конструктивные элементы вагона, но и ведут к ускоренному нарушению параметров верхнего строения пути. Такие фрикционные элементы пропускают высокочастотные вибрации, а контактирующие рабочие поверхности этих элементов и узлов тележки подвержены значительному изнашиванию. Превентивной мерой является использование полиуретановых накладок на фрикционные клинья, что позволяет исключить явления ударного роста динамических нагрузок и уменьшить износ контактирующих поверхностей.
Для увеличения жесткости тележки в горизонтальной плоскости, т. е. повышения связанности элементов тележки в настоящее время применяют перекрестные анкерные связи, а также продольные тяги, дополнительно связывающие боковые рамы с надрессорной балкой. Хотя введение таких связей усложняет конструкцию и повышает стоимость тележки, но они значительно улучшают динамические свойства экипажа и существенно снижают боковой износ рельсов, что способствует сокращению эксплуатационных расходов на тягу поездов.
Одним из способов улучшения динамических свойств грузовых вагонов является совершенствование конструкций боковых опор кузова (опорных скользунов). В последнее время все большее применение получают упруго-роликовые скользуны, улучшающие вписывание вагона в кривую и в то же время ограничивающие виляние тележки, а следовательно боковую качку вагона в прямых участках пути.
Конструктивные решения реализованы в конструкции новой трехэлементной тележки 18-1711, разработанной в результате совместной работы ученых Украины (Институт технической механики) и России (ФГУП «Научно-внедренческий центр «Вагоны»). В ней наряду с диагональными связями применены фрикционные клинья пространственного действия, а также адаптеры и полиуретано-металлические упругие элементы связи колесных пар с боковыми рамами, способствующие увеличению суммарного статического прогиба системы рессорного подвешивания в целом. При этом передача нагрузки от упругого элемента на буксу осуществляется, как и в тележке Барбера, через адаптер.
Как отмечают разработчики проекта, основные преимущества тележки 18-1711 перед тележкой 18-100, подтвержденные результатами ходовых испытаний, заключаются в значительном улучшении показателей безопасности движения груженого и порожнего вагонов, повышении коэффициента запаса усталостной прочности боковой рамы, снижении бокового воздействия на путь при аналогичном вертикальном уменьшении износа колесных пар.
Острая необходимость снижения воздействия грузового вагона на путь требует снижения его необрессоренной массы. Этому направлению соответствуют французская тележка У25 и тележки английских железных дорог СТР и ТР 25 с гидравлическим демпфером, тележка железных дорог КНР модели 75р, а также отечественная тележка, подкатываемая под фитинговые платформы. Необходимо отметить существенное влияние суровых климатических условий на эффективность работы гидравлических гасителей при почти экстремальных продолжительных низких температурах.
Другим примером совершенствования конструкции тележки грузового вагона может служить разработанная в Германии тележка LEILA-DG. Использованные в ней резиновые клиновые рессоры имеют прогрессивную характеристику, зависящую от нагрузки и обеспечивающую устойчивость хода вагона как с грузом, так и в порожнем состоянии. Расположение упругих элементов в буксовых узлах между колесами, а не снаружи позволяет увеличить так называемую «приведенную длину маятника», уменьшив за счет этого собственную частоту боковых колебаний, и, следовательно, улучшить плавность хода вагона. Особенностью этой тележки является применение диагональных связей для поперечного соединения колесных пар, что заметно улучшило ходовые качества как на прямолинейных участках, так и в кривых, и способствует снижению износа гребней колес и рельсов.
Одним их существенных недостатков тележек с Н-образной рамой по сравнению с трехэлементными, имеющими литые боковины, является высокая жесткость на кручение, что при недостаточной гибкости рессор, установленных между буксой и рамой, снижает ее устойчивость против схода с рельсов. Этот факт давно установлен в результате натурных испытаний тележки, разработанной Уралвагонзаводом около тридцати лет назад.
Недостатки традиционного рессорного подвешивания железнодорожных экипажей, основанного на применении линейных упругих элементов в комбинации с фрикционными или гидравлическими гасителями колебаний, стали особенно очевидны в последнее время, когда из-за значительного износа подвижного состава и рельсов железные дороги несут значительные издержки, обусловленные многочисленными ограничениями скорости, сходами вагонов с рельсов и другими более тяжелыми последствиями.
Здесь следует отметить, что в основе упомянутых отечественных разработок, в том числе и тележки 18-1 94-1, созданной УрГУПСом совместно с ФГУП «Уралвагонзавод», лежит морально устаревшая модель 18-100. К исключению из этого ряда следует отнести конструкцию тележки, «дружественной по отношению к пути», разработанную МИИТом, и тележку, обеспечивающую возможность радиальной установки колесных пар в кривой, созданную ВНИКТИ.
Известно, что оптимальной жесткостью рессорного подвешивания экипажа при действии кинематического возмущения со стороны пути является наименьшая. Современные требования к качеству виброзащиты не во всех случаях удается обеспечить при помощи типовых пассивных систем виброизоляции, основанных на применении упругих элементов и гасителей колебаний, так как эти системы не всегда могут обеспечить желаемый переходный процесс и стабилизацию объекта в диапазоне частот входных возмущений. Назрела необходимость в разработке активных систем виброзащиты экипажей с использованием теории регуляторов, поглощающих возмущения.
Существует целый класс систем виброзащиты объектов, основанных на принципе компенсации внешних возмущений, состоящих из двух каналов передачи возмущений и не требующих дополнительных внешних источников. Динамическая реакция основного упругого элемента системы рессорного подвешивания уравновешивается направленной ей навстречу силой, формируемой дополнительным упругим элементом второго компенсирующего канала передачи возмущений. При наличии некоторой малой положительной результирующей жесткости, необ- ходимой для обеспечения устойчивости системы, такую систему называют квазиинвариантной. Возникающую при этом боковую валкость кузова можно ограничить посредством стабилизаторов боковой качки, что и применяется на скоростных зарубежных локомотивах.
Важными достоинствами систем, основанных на принципе компенсаций внешних возмущений, являются:
• возможность регулирования динамической жесткости упругого подвеса в широких пределах и повышения демпфирования в системе вплоть до критического за счет изменения соотношения инерционных и упругих параметров системы;
• обеспечение малой динамической жесткости и большой несущей способности при меньших, чем у обычной подвески, габаритах (мягкие тяжелонагруженные опоры типа «Flexicoil» имеют большие габариты, что и приводит к необходимости создания двух ступеней обрессоривания локомотивов, а также и пассажирских вагонов модели 68 — 4072).
Экспериментальные исследования динамических свойств одного из созданных на этом принципе образцов системы виброзащиты объекта, проведенные в Институте машиноведения РАН, подтверждают достоверность теоретических исследований. Например, установлено, что максимальная эффективность виброзащиты объекта наблюдается на частоте 6,3 Гц и составляет 26 дБ, т.е. ускорения на выходе по сравнению с этим же показателем на входе в систему уменьшаются в 20 раз.
Главная трудность на пути создания системы обрессоривания грузового вагона, которую удалось преодолеть - значительная разность статических прогибов в груженом и порожнем состояниях с учетом жестких габаритных, прочностных и функциональных ограничений, накладываемых на значения конструктивных параметров системы виброзащиты. Расчеты показывают, что в груженом состоянии при движении по неровностям пути, зафиксированным ВНИИЖТом, вполне возможно достижение собственной частоты колебаний подпрыгивания вагона 1 Гц, а в порожнем соответственно до значений 1,3 — 1,5 Гц. Для серийного порожнего полувагона модели 12-196 этот параметр равен 5,5 Гц.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
