Лекция №6 Критерии оценки динамических качеств локомотива.

При движении тепловоза его подрессоренные части совершают сложные-колебательные движения. Основными причинами этого являются неровности пути из-за етыков между рельсами, неравномерность износа рельсов и допусков на их укладку, возможные выбоины, коничноеть бандажей и др. Колебания сопровождаются силами, которые не только передаются от колеса на рельс, но и в такой же мере действуют на колесо, а через него на другие части конструкции тепловоза.

Безопасность движения подвижного состава оценивается критериями безопасности, которые характеризуют величины боковых давлений на рельсы и упругое отжатие рельсов под действием этих усилий. Чрезмерная величина бокового давления может привести к набеганию колеса на рельс и сходу локомотива с рельсов.

Критерием комфортабельности является величина непогашенного ускорения a_н. Его величина не может превышать 0,7 м/с². Это – максимальное ускорение, при котором человек не испытывает вредного воздействия низкочастотных колебаний экипажной части подвижного состава при входе экипажа в кривую.

При динамическом вписывании определяются горизонтальные усилия, передаваемые колесами локомотивного экипажа (тележки) на головки рельсов для наихудшего сочетания действующих нагрузок – положения наибольшего перекоса – положение? при котором передняя колесная пара тележки прижата к наружнему рельсу, а задняя – к внутреннему. На движущийся локомотив в кривой действует множество сил, весь комплекс которых учесть не всегда удается. Поэтому задачи динамического вписывания выполняют с некоторыми допущениями, так как учитываются только следующие силы:

1. Горизонтальные составляющие силы трения бандажей колесных пар о рельсы F₁-F₆;

2. Центробежная сила С;

3. Горизонтальная составляющая центробежной силы С₁, возникающая от веса локомотива при движении локомотива в кривой с возвышением наружного рельса;

4. Боковые реакции со стороны рельсов от воздействия на них колес (направляющие усилия) Y₁-Y₆;

5. Боковые давления колес на головки рельсов Y'₁-Y'₆, представляющие собой разности между направляющими усилиями и силами трения бандажей о рельсы;

6. Возвращающие силы и их моменты при наличии в экипаже возвращающих устройств, а также моменты сил трения в опорах.

Реакции со стороны головок рельсов являются внешними силами, направляющими движение экипажа в кривой. Это движение может быть представлено в виде непрерывной суммы двух движений: поступательного (параллельно продольной оси экипажа) и вращательного (вокруг точки, называемой центром поворота, или полюсом вращения тележки ). Расстояние от осей колесных пар до центра поворота тележки называется полюсным расстоянием х_i.

При динамическом вписывании локомотива в кривую строится его горизонтально-динамический паспорт, представляющий собой зависимости Y₁=f(v), Y₃=f(v) и Y'₁=f(v).

Связи системы подвешивания является одной из важнейших при проектировании железнодорожных экипажей.

Экипаж может быть охарактеризован с различных точек зрения. Если оценивать его как объект изготовления, то основными критериями качества будут конструктивные, технологические и экономические факторы, если как объект эксплуатации, то здесь нужно учитывать надежность работы, ремонтопригодность, воздействие на путь и т. д.

Оценить конструкцию со всех точек зрения сложно и еще сложнее создать экипаж, отвечающий всем требованиям. Для оценки динамических качеств локомотивов обычно рассчитывают: максимальные перемещения и ускорения кузова, коэффициенты динамики первой и второй ступеней рессорного подвешивания, коэффициенты плавности хода.

Поскольку колебания локомотива носят случайный характер, то и ПДК локомотива будут случайными процессами.

Максимальные значения случайных процессов ПДК можно определять двумя способами:

1) как утроенное значение среднеквадратического отклонения.

Спектральная плотность характеризует распределение амплитуд колебательного процесса по частотам и может рассматриваться как плотность дисперсии, т. е. площадь, ограниченная функцией и осью частот, равна дисперсии случайного процесса

. (9.15)

Если предположить, что распределение величин динамических показателей экипажа подчиняется нормальному закону, то максимальные значения этих показателей с вероятностью можно определить по правилу «трех сигм».

Динамические показатели выражаются через функции спектральной плотности выходных координат (перемещений или ускорений ) локомотива следующим образом:

– максимальные перемещения или ускорения

, (9.16)

где – среднеквадратическое отклонение перемещений или ускорений; – АЧХ, связывающая выходную обобщенную координату (перемещение или ускорение ) с возмущением (неровностью);

– коэффициенты вертикальной динамики i-го комплекта системы рессорного подвешивания

, (9.17)

где – среднеквадратическое отклонение динамического усилия; – АЧХ, связывающая динамическое усилие с возмущением (неровностью); – статическая сила в i-м комплекте системы рессорного подвешивания;

– коэффициент плавности хода по Шперлингу (степень воздействия колебаний на организм человека)

, (9.18)

где – физиологический коэффициент, характеризующий чувствительность организма человека к колебаниям [1, с. 40]; – АЧХ, связываю­щая вертикальное перемещение пола кузова с возмущением (неровностью).

Как видно из выражений (9.16)–(9.18), для определения показателей динамических качеств экипажа необходимо знать АЧХ, связывающие перемещения, ускорения или силы с неровностью;