1 Анализ причин неравномерности распределения

НАГРУЗКИ ПО ОСЯМ И СТОРОНАМ ЛОКОМОТИВА

Величиной, объективно характеризующей тягово-сцепные качества локомотива, является коэффициент использования сцепного веса определяемый как

, (1.1)

где - осевая нагрузка локомотива при идеально равномерном распределении нагрузок между осями;

- величина разгрузки наименее нагруженной колесной пары.

Физический смысл использования коэффициента заключается в количественной оценке реализуемой силы тяги от теоритически возможного значения по наименее нагруженой колесной паре. Чем ближе данный коэффициент к единице, тем удачнее конструкция локомотива.

Снижение коэффициента использования сцепного веса вызывается, в первую очередь, нарушением равномерности распределения нагрузки между осями и колесами локомотива в статике и в динамике. В статике неравномерность распределения надрессорного строения по осям и сторонам наблюдается у локомотивов, прошедших деповской или заводской виды ремонта.

Проанализировав работы [1-4], можно установить, что причинами такой неравномерности могуть быть:

- нарушение статической развески локомотива;

- изменение параметров упругих элементов рессорного подвешивания в эксплуатации, а также произвольная комплектовка и регулировка рессорного подвешивания;

- различные виды остаточных деформаций рам тележек локомотива в процессе эксплуатации, сопровождающегося изменением относительных уровней опор пружин и рессор, нарушением геометрии стоек тележек.

В динамике комплекс факторов, определяющих снижение коэффициента использования сцепного веса локомотива занчительно шире, а именно:

- конструктивные особенности привода: влияние группового и индивидуального привода, кинематическая точность элементов группового привода, колебательные процессы в узлах группового привода, тип ТЭД, влияние опорно-осевого и опорно-рамного подвешивания ТЭД, влияние одностороннего и двустороннего привода;

- конструктивные особенности рессорного подвешивания и конструкции тележек: влияние свойств челюстных и бесчелюстных букс, влияние свойств сбалансированного и несбалансированного рессорного подвешивания, влияние количество ступеней подвешивания;

- влияние силы сопротивления подвижного состава: догружатели тележек;

- колебательные процессы верхнего строения.

Нарушение статической развески локомотива может быть вызвано изменением конструкции локомотива, заменой агрегатов и узлов на аналоги других типов (замена дизеля) и изменением положения этих устройств на локомотиве при производстве капитальных ремонтов и модернизации.

После таких операций необходимо выполнение комплекса мероприятий, обеспечивающих восстановление равномерности распределения нагрузки. Статическая развеска достигается путем балластировки грузами, т.е. размещение балластов, также путем размещения наиболее массивных агрегатов (например теплообменник). Неотъемлимой частью технологического процесса развески является операция взвешивания надтележечного строения локомотива на специальных весах.

2 ОСОБЕННОСТИ УСТАНОВКИ ДИЗЕЛЯ Д49 НА ТЕПЛОВОЗ 2ТЭ10МК

Как известно при прохождении на УЛРЗ капитального ремонта с продлением срока службы на тепловозе 2ТЭ10МК заменяется дизель-генераторная установка. Вместо ДГУ 10Д100 устанавливают ДГУ 1А-9ДГ (Д49). Ранее было упомянуто, что замена подобного рода является изменением конструкции локомотива, что в свою очередь является причиной нарушения статической развески, поэтому следует подробнее изучить технологию установки дизеля.

2.1 Технология установки дизель-генераторной установки Д49

Перед постановкой дизель-генератора на раму тепловоза производится зачистка опорных платиков на раме тепловоза и поддизельной раме.

Транспортировать дизель-генератор со стенда для центровки ДГУ на секцию тепловоза (сечение В-В) пружины 30, шайбы 29 и шпильки 26 с накрученными и зашплинтованными на них гайками 27. Совмещают свисающие концы шпилек с отверстиями в раме тепловоза и опускают дизель-генератор. Вставить болты 50 (сечение Б-Б).

Проверить зазоры между опорными поверхностями рамы дизель-генератора и рамы тепловоза. Щуп 0,05 мм не должен проходить. Допускаются местные зазоры в 0,2 мм в местах постановки болтов и шпилек на глубине 30мм от кромки платика и 25% длины каждой кромки. По результатам замеров подобрать регулировочные прокладки между опорными поверхностями рамы дизель-генератора и рамы тепловоза поз. 33-39 и 55-59. Толщина набора регулировочных прокладок не более 4мм. Количество прокладок в одном наборе должна быть: толщиной 0,05мм – не более 2шт., толщиной 0,15 – не более 1шт., толщиной 0,3 мм – не более 1шт., толщиной 0,5 мм – не более 1 шт., толщиной 1 мм – не более 4шт.

Установить на раму тепловоза шайбы нажимные 42, замерить размер Т. Для обеспечения размера Т=187±1 мм подобрать набор прокладок 43,44,45.

Поднять дизель-генератор. Установить ранее подобранные регулировочные прокладки, шайбы нажимные 42, пружины 30 в сечении А-А, опустить дизель-генератор.

Проверить зазоры между опорными поверхностями рамы дизель-генератора и рамы тепловоза. Щуп 0,05мм не должен проходить. Допускаются местные зазоры в 0,2 мм:

1. В местах постановки болтов и шпилек на глубине 30мм от кромки платика и 25% длины каждой кромки;

2. В местах постановки нажимных шайб на глубине 15мм и 25% периметра нажимной шайбы.

После центровки переднего распределительного редуктора произвести затяжку болтов 50 (сечении Б-Б) моментом 90-100 кгс*м с постановкой шайб 28. После затяжки произвести шплинтовку. Транспортировать ГЗП на место хранения.

Сжать пружины 30 в сечении В-В до размера 182±1 мм, закрутить на нижнее края шпилек гайки 27 с постановкой шайб 28 и зашплинтовать. Проверить размер 182±1 мм. При необходимости регулировать гайкой 27 (верхней).

Проверить высоту пружин в сечении А-А. При несоответствии значению 187±1 мм выкрутить передние болты крепления генератора, стянуть пружины и произвести необходимую корректировку комплекта регулировочных пластин. Болты крепления генератора установить на место.

Выставить упоры продольные 1 и планки распорные 5 (размеры Г-Г; Д-Д); упоры поперечные 7, планки распорные 6 (размеры Б-Б; В-В, вид Л и М). Продольный упорный набор деталей устанавливаются в плотную к раме дизель-генератора, поперечный упорный набор деталей – с зазоров 0,1-0,5 мм.

Проверить продольные и поперечные упоры поз. 1 и 7 швом Н1-15ГОСТ5264.

Проверить зазоры между рамой ДГУ и планками распорными. Планка распорная 5 должна плотно прилегать к упорной поверхности рамы ДГУ. Допускается местный зазор не более 0,2 мм. Зазор между планками распорными 6 и упорными поверхностями ДГУ должен быть в пределах 0,1-0,5 мм. Зазоры отрегулировать подбором пластин регулировочных 9-14.

Прихватить регулировочные пластины и планки распорных продольных и поперечных упорных наборов деталей к платикам упорным швом Т2-4-15/70ГОСТ5264. Регулировочные прокладки 43-45 в сечениях А-А прихватить друг к другу и к шайбам нажимным швом Т2-4-15/70 ГОСТ5264 на длине 10-15 мм по окружности.

Рисунок 2.1 - Расположение дизель генератора на тепловозе ТЭ10МК

Рисунок 2.2 - Установка дизель-генератора на раму тепловоза

3 ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ СЦЕПНОЙ МАССЫ

Как было упомянуто в пункте 1 снижение или изменение коэффициента использования сцепного веса наблюдается в зависимости от оссобенностей конструкции экипажной части локомотива. В сявязи с этим существует необходимость более бодробно и широко рассмотреть эти оссобенности и рассмотреть изменение коэффициента в зависимости от выбраной конструкции.

3.1 Изменение коэффициента сцепного веса в зависимости от

расположения ТЭД на раме тележки

Использование сцепного веса локомотива в значительной степени зависит от расположения тяговых двигателей на раме тележки. Двигатель можеть быть расположен за осью (рисунок 3.1, а) и перед осью (рисунок 3.1, б).

В первом случае (рисунок 3.1, а) вертикальная составляющая силы давления зуба шестерни на зуб колеса Р_З, создаваемая крутящим моментом на венце ведомого зубчатого колеса (приводящаяся к моменту и силе), будет разгружать колёсную пару. Во втором случае (рисунок 3.1, б) сила Р_З нагружает колёсную пару.

Сила Р_З будет нагружать подшипники вала (рисунок 3.1, в). Состав­ляющая этой силы на ось и пружинную подвеску соответственно

, (3.1)

. (3.2)

а) - расположение двигателя за осью по направлению движения;

б) - расположение двигателя перед осью по направлению движения;

в) - силы действующие на двигатель, расположенный за осью;

г) - силы действующие на двигатель, расположенный перед осью.

Рисунок 3.1 - Определение нагрузки на ось в зависимости от

расположения тягового двигателя.

Для рисунка 3.1, г сила Р_З направлена вверх и силы Р_ос и Р_пр так­же будут направлены вверх. При вращении якоря движении якоря двига­теля возникает момент М_р, направленный по часовой стрелке. Равнове­ликий ему, но обратный по знаку момент М_С будет передаваться на ос­тов двигателя. Этот момент (рисунок 3.1 ,а) будет нагружать ось силой

. (3.3)

и разгружать пружинную подвеску.

Если двигатель при движении локомотива располагается за осью, разгрузка оси будет равна

. (3.4)

Если двигатель расположен перед осью (рисунок 3.2), ось будет дополнительно нагружена тоже силой. При трогании с места и следовании локомотива по подъему величина может быть значительной. Для тепловоза ТЭ3 .

При движении локомотива по направлению стрелки (рисунок 3.2, а) оси 3,5 и 6 будут иметь перегруз, равный , а оси 1,2,4 - недогрузку той же величины. Силы тяги на сцепке локомотива F_с создает момент

. (3.5)

нагружающий заднюю тележку и разгружающий переднюю. Одновременно на подрессоренную часть локомотива действует момент за счёт усилий, передаваемых на кронштейн пружинных подве­сок.

Для тяговых двигателей 2 и 3 осей (рисунок 3.2, а), а также 4 и 5 при малом расстоянии m усилия на кронштейны между этими осями можно считать уравновешенными и момент от изменения нагрузки на пружинные подвески считать равным

. (3.6)

Разность моментов будет изменять нагрузку на рессоры передней и задней теле­жек. При сбалансированном рессорном подвешивании величина будет равна

. (3.7)

а) - Расположение двигателей для тепловозов 2ТЭ10Л старой по­стройки

б) - Расположение двигателей для тепловозов 2ТЭ116 и 2ТЭ10Л новой постройки

Рисунок 3.2 - Дополнительные силы при движении тепловоза оп­ределяет вес, ограничивающий сцепную силу тяги локомотива.

Наименьшая нагрузка оси на рельсы

. (3.8)

На тепловозах более поздней постройки (2ТЭ10М, 2ТЭ116 и др.) применено одностороннее (“гуськовое”) расположение тяговых элек­тродвигателей (рисунок 3.2, б) в комбинации с индивидуальным рессор­ным подвешиванием. При движении локомотива главная рама теплово­за наклоняется на угол ф, как показано на рисунке 3.2, б, и поэтому на­грузки на пружины будут приблизительно пропорциональны расстояни­ям от центра тяжести локомотива.

Если дополнительную нагрузку передней колёсной пары от резуль­тирующего момента обозначить то нагрузка на вторую колёсную пару будет

, (3.9)

соответственно на третью

. (3.10)

Соответствующие разгрузки 6,5,4 колёсных пар будут по величине одинаковы с , ,_. Результирующий момент определяется

. (3.11)

Статические нагрузки на рельсы от каждой колёсной пары определяются из схемы (рисунок 3.2, б)

(3.12)

При «гуськовом» расположении двигателей минимальная статиче­ская нагрузка на рельсы оказывается больше, чем при смешанном рас­положении, т.е. при Р_ст=21,6тс, наименьшая нагрузка на рельсы от третьей колёсной пары при «гуськовом» расположении ТЭД составляет а для смешанного расположения ТЭД при той же на­грузке .

Используя выше перечислинные соотношения, определяем коэффициент сцепного веса

(3.13)

Для «гуськового» расположения ТЭД коэффициент использования составит , а для смешенного

При сравнительных испытаниях тепловозов серии 2ТЭ10Л с раз­ными тележками было установлено, что величина коэффициента ис­пользования сцепного веса для тепловоза и челюстной тележки повы­силась на 10%. При сбалансированном рессорном подвешивании коэф­фициент использования сцепного веса для бесчелюстной тележки был бы ещё выше.

Итак, становится понятным тот факт, что комплекс факторов изложеных в пункте 1 и данные полученные в пункте 3.1 указывают на то, что коэффициент сцепного веса прямопропорционально зависит от всех конструктивных особенностей экипажной части и изменяется в той или иной степени опять же в зависимотси от конструкции. Видно, что относительно новая конструкция тележек и применение других способов расположения ТЭД в значительной степени влияют на коэффициент использования сцепного веса. [4]