Нагрузки в раме тележки при работе ТЭД.

При работе электровоза в режиме тяги на раму тележки передаются нагрузки, вызванные тяговым моментом, развиваемым ТЭД (см. п.п. 6.2.). Эти нагрузки зависят от способа подвески ТЭД к раме тележки и от конструкции тягового привода. При расчете данной нагрузки рассмотрим наиболее тяжелый режим, а именно первую по ходу движения тележку при пуске электровоза, так как в этом случае тяговый момент двигателей имеет максимальное значение и, следовательно, вызванные им нагрузки также будут иметь максимальные значения. Расчетная схема рамы тележки имеет вид, показанный на рис. 9.2.

Сила тяги, развиваемая одной колесной парой при пуске и приложенная к головке рельса в точках контакта колес, определяется по формуле

,                                 (9.7)

где  - коэффициент сцепления колес с рельсами.

Рис. 9.2 – Расчетная схема рамы тележки при работе ТЭД

На раму тележки сила тяги колесной пары передается через кронштейны крепления букс в виде нагрузок . Рама, объединяющая колесные пары, выполняет роль сумматора сил тяги отдельных колесно – моторных блоков. В результате на кузов через шкворень передается сила  на высоте  относительно уровня головки рельсов.

Развиваемый ТЭД момент передается на колесную пару через тяговый редуктор и в точках подвешивания двигателя к раме тележки (точки  и ) возникает реакция, которая определяется 

.                                 (9.8)

Так как тележка двухосная и двигатели опираются на среднюю балку тележки, усилия  у обоих двигателей направлены в противоположные стороны и создадут момент, который определяется

,                                 (9.9)

где  - расстояние между опорными точками двигателей на рамном креплении.

Этот момент направлен против часовой стрелки и вызовет изменение нагрузок колесных пар, а именно первая колесная пара догрузится, вторая разгрузится на величину , которая определяется

.                             (9.10)

В свою очередь, момент силы тяги тележки, развиваемой двумя колесными парами и передаваемой через буксы на раму на высоте , а от рамы тележки на кузов на высоте  определяется

.                   (9.11)

Этот момент направлен по часовой стрелки и вызовет разгрузку первой колесной пары и догрузку второй на величину , которая определяется

.                        (9.12)

Из направления векторов нагрузок  и  (рис. 9.2) видно, что для первой и второй колесных пар тележки изменения нагрузок  и  имеют различные знаки. В связи с этим реакция каждой рессорной подвески или пружины буксового подвешивания, передающаяся на раму тележки, для первой колесной пары

,                        (9.13)

а для второй колесной пары

.                       (9.14)

Из этих формул видно, что нагрузка первой колесной пары уменьшается, а второй – увеличивается.

Силы тяги отдельных тележек электровоза, приложенные на высоте , передаются на раму кузова, которая их суммирует. В результате через автосцепку, расположенную на высоте  относительно уровня головок рельсов, на состав передается сила тяги электровоза, а к кузову приложена сила сопротивления от состава  (рис. 9.3, а). Разница высот  и  приводит к возникновению момента, вызывающего изменение нагрузок тележек на величину . Определим эту нагрузку для электровоза с осевой формулой . Момент, изменяющий нагрузки тележек определяется

.                      (9.15)

Рис. 9.3 Силы в режиме тяги а) кузов совместно с тележками; б) кузов отдельно от тележек.

Момент стремится повернуть кузов по часовой стрелке, при этом через опоры кузова на заднюю тележку передается догружающая сила , а на переднюю – разгружающая сила . Со стороны тележек на кузов действуют силы  и  направленные в противоположную сторону (рис. 9.3, б). Составим уравнение моментов относительно точки  (рис. 9.3, б). Уравнение будет иметь вид

.                        (9.16)

С учетом формулы (8.15) определим силу

.                 (9.17)

Нагрузка  будет определяться по аналогичной формуле, поэтому . Если электровоз имеет другую осевую формулу, то выражение (9.17) примет вид

.                   (9.18)

где  - число колесных пар;  - число секций.

Изменение нагрузки  приводит к уменьшению нагрузок опор первой тележки и к увеличению нагрузок опор задней тележки, равному

.                                (9.19)

Формула (9.19) справедлива в том случае, если на локомотиве не используется противоразгрузочное устройство (ПРУ). Если в конструкции локомотива используется ПРУ, то на переднюю поперечную балку раму тележки действует нагрузка  (пунктир на рис. 9.2.) и формула (9.19) примет вид

,                     (9.20)

где  - расстояние между работающими ПРУ локомотива;  - усилие противоразгрузочного устройства,  кН.

 

35. Нагрузки в раме тележки при механическом торможении.

При механическом торможении на раму тележки действуют инерционные силы от кузова и надрессорного строения самой тележки, а также усилия от тормозной системы.

Рис. 9.4. Схема тормозной системы двухосной тележки

Инерционные силы от кузова и надрессорного строения тележки вызывают перераспределение нагрузок между тележками и колесными парами. Усилия от тормозной системы зависят от схемы работы этой системы. У современных грузовых электровозов наиболее распространена схема тормозной системы с тормозными цилиндрами, расположенными на раме тележки между колесными парами, и двухстороннем нажатием тормозных колодок (рис. 9.4). Такая схема применена на электровозах ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15, ВЛ80, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1.

Общее тормозное усилие локомотива при двухстороннем нажатии тормозных колодок определяется

,                           (9.21)

где  – сила нажатия тормозной колодки на бандаж, кН;  – коэффициент трения тормозной колодки о бандаж. Для приведенной схемы сила нажатия колодки на бандаж определяется из выражения

,                   (9.22)

 – тормозное усилие от тормозного цилиндра, кН; , , ,  – длина рычагов тормозной рычажной передачи, м.

Определим направление усилий от тормозной системы на раму тележки (см. рис. 9.4). При работе тормозной системы колодки 1 и 3 прижимаются к поверхности бандажа. Колесо старается стянуть эти колодки вниз, поэтому в кронштейне крепления тяг колодочных башмаков 1 и 3 возникает сила  направленная вниз. На 2 и 4 колодки напротив действует усилие, выталкивающее колодки с тягами вверх, поэтому возникает вертикальная сила  направленная вверх. После того как колодки 1 и 4 прижались к колесу система рычагов продолжает перемещаться вправо, вращаясь вокруг шарнира 1 (на первой колесной паре) и влево, вокруг шарнира 4 (на второй колесной паре), при этом рычаги оказывают горизонтально направленные усилия  на кронштейны крепления тяг к раме тележки. Горизонтальная сила  определяется усилием штока тормозного цилиндра.

Рис. 9.5. Расчетная схема рамы тележки при механическом торможении

Расчетная схема рамы тележки при механическом торможении представлена на рис. 9.5.

Пренебрегая малым углом наклона подвески к вертикали, сила  определяется

.                           (9.23)

Силы  создают момент, действующий на раму тележки, равный

,                      (9.24)

где  – расстояние между подвесками, м. Этот момент вызывает перераспределение нагрузки между пружинами рессорного подвешивания, равное

.                      (9.25)

При торможении инерционная сила от кузова , действующая в центре его масс, передается на шаровую опору на высоте  (рис. 9.6, а). Кроме того, на тележку действует сила инерции  ее надрессорного строения на высоте  от уровня головок рельсов. Равнодействующая этих сил определяется

Рис. 9.6. Силы в режиме торможения а) кузов совместно с тележками; б) кузов отдельно от тележек.

. (9.26)

где  – количество тележек.

Равнодействующая сила  вызывает появление на кронштейнах буксовых поводков усилий  (рис. 8.5)

.     (9.27)

Сила  расположена на высоте , которая определяется

. (9.28)

Так как сила  расположена на высоте  над уровнем головок рельсов, то она вызывает изменение нагрузок колесных пар на рельсы на величину

.                       (9.29)

Первая колесная пара догружается, вторая колесная пара разгружается на величину , реакция передается на раму тележки от рессорного подвешивания.

Разница высот  и  приводит к возникновению момента от инерционной силы кузова , вызывающего изменение нагрузок тележек на величину . Определим эту нагрузку для электровоза с осевой формулой  (рис. 9.6, б). Момент, изменяющий нагрузки тележек определяется

.                        (9.30)

Момент стремится повернуть кузов против часовой стрелки, при этом через опоры кузова на переднюю тележку передается догружающая сила , а на заднюю – разгружающая сила . Со стороны тележек на кузов действуют силы  и  направленные в противоположную сторону (рис.9.6, б).  

Нагрузка  определяется

,                  (9.31)

где  – число секций локомотива;  – жесткая база кузова, м; – высота центра тяжести кузова относительно уровня головок рельсов, м.

Нагрузка  распределяется поровну на опоры

.                    (9.32)

Нагрузки колесных пар изменяются на величину, которая определяется как

.                   (9.33)

Таким образом, реакции системы буксового рессорного подвешивания оказываются равными

и         (9.34)

Из этих формул видно, что нагрузка первой колесной пары увеличивается, а второй – уменьшается.

 

⇐ Предыдущая15161718192021222324Следующая ⇒

Поделиться: