2

Лекция №2.6 узлы соединений кузова с тележками опоры кузова, их назначение и особенности конструкции ударно – тяговые приборы, их назначение и особенности конструкции

Рассматриваемые вопросы:

1. Классификация связей кузова с тележками.

2. Жёсткие плоские цилиндрические опоры.

3. Узлы соединения кузова и тележки с маятниковыми опорами.

4. Узлы со шкворнями, люлечными устройствами и скользунами.

5. Узлы с многоцелевым использованием пружин – система «Флексикойл».

6. Автосцепное устройство, его назначение, конструкция и механизм действия.

7. Центрирующий прибор.

8. Поглощающие аппараты.

9. Автосцепные устройства нового поколения.

Классификация узлов соединений кузова с тележкой

Требования к соединениям тележки и кузова могут быть кон­структивно воплощены различным образом. Многочисленные сущест­вующие компоновочные схемы можно свести в ограниченное количество групп.

Возможны три подхода к реализации узлов соединений (связей) кузова с тележкой. Первый основан на многоцелевом использовании одного и того же элемента для осуществления связей по многим координатам; в этом случае узел сравнительно прост, масса его невелика, но достичь оптимальных характеристик связи по всем координатам не удается, приходится ориентироваться на удовлетворение требований по основным связям в ущерб другим. Второй подход предусматривает выделение для связей по каждой из координат отдельного устройства, обладающего оптимальными для данного конкретного случая характеристиками. При этом конструкция получается, как правило, более сложной. На практике часто приходится прибегать к третьему подходу, представляющему собой комбинацию двух первых с преобладанием одного или другого в зависимости от конкретных требований, предъявляемых к подвижному составу.

Некоторые функции связей по отношению к тележке и кузову мо­гут быть реализованы через связи либо с кузовом, либо с колесными парами.

Например, обеспечение продольной устойчивости тележки может быть достигнуто неполным продольным сбалансированием буксовой ступени рес­сорного подвешивания; в этом случае кузов может опираться на тележку через одну опору. В случае сбалансированного буксового рессорного под­вешивания для предотвращения опрокидывания рамы тележки в продольной вертикальной плоскости необходимо иметь минимум две опоры, разнесенные по длине тележки.

Значительная гибкость буксовой ступени рессорного подвешивания может в

такой степени обеспечить виброзащиту кузова, что вообще не потребуется

вертикальная упругая связь кузова с тележкой; то же можно сказать о связях по

координате боковой качки .

В табл. 12.1 приведена классификация основных типов связей кузовов с тележками. Как видим, совершенствование узла связи (от типа I до типа V) шло от многоцелевого использования простейшей плоской цилиндрической опоры для связи по всем координатам (с плохим соответствием оптимальным требованиям к их характеристикам) до разделения основных функций связи по вертикальным, продольным, поперечным и поперечно-угловым переме­щениям между специализированными устройствами, обеспечивающими близкие к оптимальным характеристики связей. Однако это привело к весьма сложной и тяжелой конструкции, трудоемкой в содержании и ремонте. Дальнейшая эволюция состояла в поиске путей упрощения конструкции путем возврата к многоцелевому использованию малого числа элементов (пружины, пневморессоры), но на новом качественном уровне, со значительным приближением характеристик связей к оптимальным и сокращением числа сочленений с поверхностным трением.

Плоская цилиндрическая опора это простейшая цилиндрическая поворотная пята, имеющая плос­кую опорную поверхность. Она представляет собой элемент многоцелевого использования.

Узел связи кузова с тележками на базе маятниковых опор выполнен по принципу многоцелевого использования малого числа элементов для реа­лизации связей по всем координатам.

Каждое из устройств имеет одну основную функцию и его конструкция, и параметры могут быть целиком подчинены ее выполнению: шкворень - передача продольных сил при относительных поворотах кузо­ва и тележки; люлька - устранение жесткой и введение квазиупругой связи кузова и тележки в поперечном направлении; скользуны - передача веса кузова на тележку в условиях взаимных перемещений и создание мо­мента диссипативных сил, препятствующих вилянию тележки. Исходной конструкцией можно, по-видимому, считать тележки с люлечным подвешиванием для пассажирских вагонов, появившиеся еще в конце прошлого века.

Компактная конструкция кузовной ступени подвешивания, совмещающая в одном многоцелевом узле функции люльки и упругого элемента вертикальной связи, применена на грузовых отечественных электровозах, выпущенных после 1975 г.

Щкворневой узел с пружинным возвращающим устройством был применен при создании уни­фицированной ходовой части восьмиосных электровозов ВЛ 80 и ВЛ10 (1961 г.).

Узел соединения с многоцелевым использованием пружин

Значительная сложность конструкций с люлечным и пружинным воз­вращающими механизмами вновь обусловила поиск возможности много­функционального использования элементов связи кузова и тележки. В результате была создана система пружинного подвешивания, которая получила название «Флексикойл» (Flexicoil). В ней пружины кузовной ступени используются в качестве элемента упругой связи в вертикальном и поперечном направлениях.

Широкое распространение эта система начала получать с конца 50-х годов и все чаще применяется в отечественном локомотивостроении. Пружины кузовной ступени подвешивания для упругой связи в поперечном направлении используются на дизель-поездах ДР1, ДР2, автомотрисе API, тепловозах ТГ16, ТЭП70, электровозах серии К фирмы «Крупп» (ФРГ), кото­рые эксплуатировались на советских железных дорогах. На указанном по­движном составе, кроме ТЭП70, податливость пружин используется только в двух направлениях: в вертикальном и поперечном.

В 1965 г. на скоростном электровозе Е103 (ЕОЗ) в ФРГ впервые винтовые пружины были применены для работы в вертикальном, поперечном и продольном направлениях. Такое подвешивание применяется на многих зарубежных и отечественных локомотивах: электровозах Е15Г, Е120 в ФРГ, электровозах серий 86, 87, 91 и скоростном дизель-поезде HST в Англии, на скоростном электропоезде TGV французских железных дорог, на советских пассажирских тепловозах ТЭП70, ТЭП75, на электропоездах, выпускаемых заводами Ganz-Mawag (Венгрия). Фирма «Шкода» (ЧСФР) предполагает применить подвешивание типа «Флексикойл» на перспективном электровозе 85Е с асинхронным тяговым приводом. При использовании пружины в качестве упругого элемента, работающего во всех трех направлениях, могут создаться тяжелые условия для материала пружины.

Наибольшие относительные перемещения опорных точек пружины на тележке и кузове возникают при проходе крутых кривых. Чтобы снять перегрузки пружин, возникающие при повороте тележки в кривой, и снизить упругий восстанавливающий момент, создаваемый ими, используются различные конструктивные решения.

Рис. 7.25 - Положения пружин типа «Флексикойл» и кольцевого резинового блока и зависимости сил в поперечном (а) и продольном (б) направлениях:

Fy - упругая возвращающая сила, действующая по оси у; - перемещение верхней опорной плиты относительно нижней опоры пружины; - перемещение верхней опорной части пружины в продольном направле­нии при повороте кузова или тележки на угол ; b - расстояние в поперечном направлении от шкворня до пружины; Fx - уп­ругая возвращающая сила, действующая по оси х.

На перспективном электровозе 85Е (ЧСФР) также применены пружины типа «Флексикойл», на которые опирается кузов через резинометаллические блоки, представляющие собой цилиндрические шарниры с осями вращения, перпендикулярными продольной оси пути. Шарнирное закрепление верхней части пружины обеспечивает снижение напряжений, а также уменьшение продольной жесткости: сравните зависимости и на рис. 7.25, а и б.

Более совершенным является безлюлечный вариант второй ступени с пружинами увеличенной длины (типа «Флексикойл»), обеспечивающими реализацию одновременно необходимых величин вертикальной, поперечной и угловой жесткости между тележками и кузовом (тепловозы ТЭП70, ТЭП75, ТЭП80; ТЭМ21 и электровозы ЭП200, 2ЭС4К, 2ЭС5К, 2ЭС10А ), (Рис. 7.28).

Рис. 7.28 - Тележка электровоза 2ЭС5

На скоростных поездах для снижения жесткости рессорного подвешивания вместо пружин применяют пневматические рессоры -электропоезда ЭР200, «Сокол». Демпфирование вертикальных и боковых колебаний относа во второй ступени подвешивания выполняют гидравлическими гасителями, установленными наклонно в сочетании со скользунами для демпфирования колебаний виляния