20 Челюстная тележка

Челюстная тележка со сбалансированным рессорным подвешиванием.

Основными признаками, характеризующими тележки тепловозов первого поколения (ТЭЗ, 2ТЭ10Л, ТЭМ2, ТЭМ.1

и некоторых других), являются челюстная связь букс с рамой тележки и сбалансированное рессорное подвешивание. Устройство тележек этого типа показано на рис. 178. В раме 7 тележки размещены три колесно-моторных блока с колесными парами 5, тяговыми электродвигателями 3 и буксами 22. Буксы колесных пар связаны с рамой тележки специальными направляющими кронштейнами рамы, называемыми челюстями. Внизу для усиления челюсти связаны подбуксовыми струнками 23. Тяговые электродвигатели опираются одной стороной на оси колесных пар через моторно-осевые подшипники, а другой стороной — на раму тележки через пружинную подвеску. Такой способ подвески двигателя обычно называют опорно-осевым.

Тележка связана с главной рамой тепловоза жестким шкворнем, входящим в гнездо шкворневой балки 15. Масса кузова воспринимается четырьмя опорами 16, расположенными на раме тележки симметрично относительно шкворня на расстоянии 1365 мм. Корпус каждой опоры развернут по радиусу, проведенному из центра шкворня. Тележки магистральных тепловозов имеют роликовые опорно-возв-ращающие устройства, а тележки маневровых тепловозов имеют скользя-

щие опоры трения. Возвращение этих тележек из отклоненного положения при выходе из кривых участков пути происходит только за счет гребней направляющих колесных пар. Вертикальная нагрузка на колесные пары передается через одноступенчатое сбалансированное рессорное подвешивание, состоящее из листовых рессор 19 и винтовых пружин 24 с резиновыми амортизаторами 25, установленными последовательно. Нагрузка на упругие элементы передается в восьми точках рамы тележки: на четыре концевых и четыре рессорных комплекта. Концевой комплект состоит из пружины и кольцевого резинового амортизатора. Рессорный комплект включает вось-милистовую рессору и две винтовые пружины, установленные на двухпле-чем кронштейне, подвешенном с помощью валика на хомуте рессоры. Над каждой пружиной расположен резиновый амортизатор. Пружины с амортизаторами попарно работают последовательно с рессорой. Нагрузка от кон-

цевых пружин и рессор передается с помощью подвесок 14 на концы двух балансиров 8, которые в свою очередь нагружают колесную пару.

21 Бесчелюстная тележка

Бесчелюстная тележка с индивидуальным рессорным подвешиванием. Тележки тепловозов 2ТЭ10М(В), а также 2ТЭ116 (рис. 179) в конструктивном исполнении многих узлов имеют значительные отличия от тележек тепловозов первого поколения. Характерными отличительными признаками этих тележек являются отсутствие челюстной связи букс с рамой тележки и применение индивидуального рессорного подвешивания. Поэтому эти тележки обычно называют бесчелюстными с индивидуальным рессорным подвешиванием. У этих тележек челюстная связь букс с рамой заменена по

водковой. Поводки 7 имеют резиноме-таллические амортизаторы, через которые они соединены с буксой 4 и рамой тележки 5. Взаимные перемещения колесной пары и рамы тележки происходят за счет деформации резиновых элементов. Это позволяет исключить из конструкции тележки быстро изнашивающиеся наличники рамы и букс, которые в эксплуатации требовали значительных затрат на их обслуживание и замену.

Вместо сбалансированного рессорного подвешивания на новых тележках применено индивидуальное для каждой оси подвешивание, состоящее из одних винтовых пружин. Нагрузка на каждую колесную пару передается через четыре пружинных комплекта 6, установленных на опорных кронштейнах букс. Каждый комплект состоит из двух или трех пружин, вставленных друг в друга. Такая схема подвешивания максимально упростила конструкцию тележки и уменьшила эксплуатационные расходы на ее обслуживание и ремонт, так как в ней исключены все шарнирные соединения (в рессорном подвешивании челюстной тележки таких соединений 48). В винтовых пружинах отсутствует внутреннее трение. Поэтому для избежания резонансных явлений в тележках применены фрикционные гасители колебаний (демпферы) 3, устанавливаемые между буксами и рамой тележки. Сила трения между трущимися накладками подвижного штока и корпуса демпфера регулируется затяжкой пружины.

Достоинством бесчелюстных тележек является упругая связь с кузовом, обеспечиваемая подвижным шкворневым устройством 14 с горизонтальными пружинами и четырьмя резино-ро-ликовыми опорами, через которые кузов опирается на тележку. Упругое соединение позволяет перемещаться в поперечном направлении относительно тележки за счет сдвига резины опор и сжатия пружины шкворневого устройства. Упругое соединение тележек с кузовом улучшает горизонтальную динамику тепловоза. Центр шкворневого устройства не совпадает с геометрическим центром тележки (сдвинут к

середине тепловоза на 0,185 мм). Расположение шкворня за средней осью тележки несколько снижает боковое усилие на рельс направляющей колесной пары.

Резино-роликовые опоры расположены в боковинах рамы несимметрично относительно шкворня. Центры передних опор находятся на расстоянии 1,632 м, а задних — 1,232 м. Опоры развернуты вдоль радиусов установки, и ролики перекатываются по наклонным поверхностям только при повороте тележки, а относ кузова происходит за счет наклона опор при работе резины на сдвиг. Тяговые электродвигатели имеют опорно-осевое подвешивание и в тележке располагаются носиками в одну сторону («гуськом»).

Вместо жестких зубчатых колес в тяговом приводе применены упругие самоустанавливающиеся зубчатые колеса с резинометаллическими элементами, позволяющие снизить уровень динамических нагрузок в приводе и улучшить распределение нагрузки по длине зубьев. Моторно-осевые подшипники имеют так называемую гиперболическую расточку вкладышей и усовершенствованный уширенный польс-тер для смазывания оси. В буксах вместо бронзовых осевых упоров скольжения применены небольшие по размерам и надежные упорные шарикоподшипники. Это позволило исключить жидкую смазку в буксах и лабиринтные уплотнения, сократить расходы на ремонт и эксплуатацию.

Назначение упругого подвешивания тепловоза. Основные элементы

Типы упругих элементов. В качестве устройств, обладающих упругими свойствами, в конструкции упругого подвешивания можно применять листовые рессоры, винтовые пружины, пневматические и резиновые элементы.

Применение листовых рессор, представляющих собой набор стальных полос (листов), способствует гашению колебаний. Трение между листами в листовых рессорах поглощает энергию колебаний и приводит к их затуханию. Однако листовые рессоры из-за наличия этого трения практически нечувствительны к малым (по величине или амплитуде колебаний) возмущениям. Если эти нагрузки не превышают по величине силы внутреннего трения, то рессоры передают их жестко.

Пружины деформируются прямо пропорционально нагрузке и не имеют внутреннего трения. Вследствие этого колебания в пружинном подвешивании гасятся очень медленно. Поэтому в конструкциях упругого подвешивания одновременно с пружинами применяют дополнительные упругие элементы, ускоряющие затухание колебаний. Такими элементами могут быть резиновые или резино-металлические амортизаторы. Однако их поглощающая (демпфирующая) способность недостаточна.

Упругость рессорных элементов характеризуется их жесткостью ж, которая представляет отношение вертикальной нагрузки к прогибу: ж = Р/{. Иными словами, жесткость представляет собой нагрузку, необходимую для прогиба рессоры на единицу высоты (обычно на 1 мм). Жесткость поэтому измеряется в кН/мм.

31Расчет теплообменника

4.5. РАСЧЕТ ВОДОМАСЛЯНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА Опыт эксплуатации тепловозов показывает, что масляные секции работают недостаточно надежно, особенно в зимних усло виях. Выход их из строя при отрицательных температурах во мно го раз превышает выход из строя водяных секций. Поэтому на со временных тепловозах, созданных в последние годы, мас- ляные секции не устанавливают, а применяют системы охлаж- дения мас ла с промежуточным теплоносителем. В этом случае в холодиль ной камере размещаются только однотипные водяные секции, и дополнительно на тепловозе устанавливают водомас- ляный тепло обменник, в котором масло охлаждается водой, выполняющей роль промежуточного теплоносителя. Вода же, нагревшаяся в тепло обменнике, направляется в водяные сек- ции дополнительного кон тура, посредством которых тепло от- водится в окружающую воз душную среду. 40 Если заданием предусмотрено охлаждение масла в водомас- ляных теплообменниках, то требуемая поверхность теплообме- на их подсчитывается по формуле: м т.о м в.м т.о ср. ср. , ( ) Q F Кtt = ⋅ − (26) где Qм – количество тепла, отводимого от дизеля с маслом, кДж/с; Кт.о – коэффициент теплопередачи водомасляного теплооб- менника, кВт/м2 ·с; м м м 1 2 ср. 2 t t t + = – средняя температура масла в теплообменнике,°С; в.м в.м в.м вх. вых. ср. 2 t t t + = – средняя температура воды в теплообменнике, °С; м 1 t и м 2t – температуры масла соответственно на входе и выходе из теплообменника, °С: м м м 2 1 ммм 3600 , Q t t В С ⋅ = − ρ⋅ ⋅ (27) где ρм – плотность масла, кг/м3 ; Вм – подача масляного насоса, м3 /ч; См – удельная теплоемкость масла, кДж/(кг·К); в.м вх. t и в.м вых. t – температуры воды соответственно на входе и выхо- де из теплообменника, °С: в.м в.м м вых. вх. в в , Q t t G С = + ⋅ (28) где Св – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг·К); Gв – подача водяного насоса данного контура охлажда- ющего устройства, кг/с.

Определение количества водяных секций

РАСЧЕТ ПОТРЕБНОГО ЧИСЛА ВОДЯНЫХ СЕКЦИЙ Расчетная схема охлаждающего устройства тепловоза при- ведена на рис. 9. Исходные данные для расчета холодильника приведены в табл. 5. Требуемое количество секций радиатора, температуры воды и воздуха, требуемую подачу водяного циркуляционного насоса и рас ход воздуха через секции определяют путем совместного решения фундаментальных уравнений теплового баланса и те- плопередачи для воздуха и охлаждаемой жидкости: в в в вв1 2 в вз вз 2 1 в в 12 12 в ( ); ( ); 2 2 Q GC t t Q GC t t Q KFZ ⎫ ⎪ =⋅⋅ − ⎪ ⎪ = ⋅ ⋅ τ −τ ⎬ ⎪ ⎛ ⎞ + τ +τ ⎪ = ⋅⋅⋅ − ⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠⎭ , (21) 36 где QВ – количество тепла, отводимого от охлаждаемой жид- кости, кДж/с (кВт); t1 и t2 – температуры жидкости перед секциями холодиль- ной камеры и после них, °С; τ1 и τ2 – температуры воздуха перед секциями холодиль ной камеры и за ними, °С; Cв= 4,19 кДж / (кг·К) и Cвз = 1 кДж / (кг·К) – удельные тепло- емкости охлаждаемой жид кости и воздуха; Z – число водяных секций в рассчитываемом контуре; K – коэффициент теплопередачи от жидкости к возду ху, кВт / (м2 ·К); F – поверхность одной секции, омываемая воздухом, м2 ; Gв – расход охлаждаемой жидкости в данном контуре си- стемы охлаждения, кг/с; Gвз – расход воздуха через данную группу секций, кг/с. Количество тепла в кДж/с, которое должно быть отведено в окружающую среду: в в д, 100 q Q Q = × (22) где Qд – количество тепла, вводимого в тепловозный дизель с топливом, кДж/с. Значение q в % принимаем по исходным данным табл. 5 в соответствии с вариантом задания. Здесь Р e eН д , 3600 qNQ Q ⋅ ⋅ = (23) где e q – удельный расход топлива дизелем, кг/кВт·ч; Nе – эффективная мощность тепловозного дизе ля, кВт; P QH – низшая теплота сгорания дизельно го топлива, кДж/кг.

29 Способ охлаждения масла на тепловозах

4.3. ВОДОМАСЛЯНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Для охлаждения масла дизеля на тепловозе установлен во- домасляный теплообменник (рис. 8). Охлаждающий элемент теплообмен ника собран из медных трубок 9, закрепленных в нижней 1 и верхней 7 труб ных досках. Торцы трубок разваль- цованы и припаяны к трубным доскам путем погружения кон- цов охлаждающего элемента в ванну с расплавленным припо- ем. Сегментные перегородки 14 делят охлаждающий элемент на четыр надцать полостей, что обеспечивает поперечное омыва- ние маслом трубного пучка и улучшает теплообмен. Охлаждаю- щая вода протекает внутри трубок. Нижний 3, средний 13 и верхний 5 корпуса теплообменни- ка соединены между собой болтами. К цилиндрической части верхнего и нижнего корпусов приварены патрубки с фланцами для подвода масла, а к цилиндрической части среднего корпу- са – патрубок с фланцем для отвода масла. К фланцам верх- него и нижнего корпусов крепят крышки 8 и 19. Через фланец крышки 19 подводится вода в теплообменник, а через фланец крышки 8 – отводится. В крышках выполнены перегородки, при помощи которых создается треххо довой поток воды в те- плообменнике. Между перегородками крышек и труб ными досками имеются уплотнения. Для слива воды из теплообмен- Рис. 7. Окончание 8 – пруток; 9 – пластина охлаждающая; 10 – щит боковой; 11 – угольник; а – отверстие для прохода воды; б – отверстие для шпилек крепления секции к кол лектору холодильной камеры 34 Рис. 8: Теплообменник: 1 – трубная доска нижняя; 2 – кронштейн крепления; 3 – корпус нижний; 4 – патрубок выхода масла; 5 – корпус верхний; 6, 12, 16 – резиновые уплотнительные кольца; 7 – трубная доска верхняя; 8 – крышка верхняя; 9 – трубка; 10 – резиновое уплотнение; 11 – штуцер для выпуска паровоздушной смеси; 13 – корпус средний; 14 – перегородка; 15 – рубашка; 17 – промежуточное стальное кольцо; 18 – штуцер для слива воды; 19 – крышка нижняя 35 ника в нижней крышке предусмотрен штуцер 18. Паровоз- душная смесь отводится через штуцера 11 в верхней крышке. Уплотнительная рубашка 15 плотно обтягивает трубную часть охлаждающего элемента и уменьшает перетечки масла между перегородками и корпусом, снижающие эффективность тепло- обменника. Температурные удлинения охлаждающего элемен- та компенси руются перемещением его нижней трубной доски в сальниковом уплотне нии. Оно состоит из двух резиновых колец 16 и промежуточного стального кольца 17. На кольце 17 имеется по окружности 24 отверстия диаметром 3 мм. В случае пропуска воды или масла через резиновые кольца жидкости будут стекать наружу через эти отверстия. Теплообменник подвергается гидравлическому испытанию на плотность в течение 15 мин: полость воды – на давление 0,6 МПа, полость масла – на давление 1,5 МПа. Техническая характеристика теплообменника: длина 2484 мм; диаметр корпуса 472 мм; длина трубок 2025 мм; размер трубки 10×1 мм; число тру бок 955; площадь, омываемая маслом, 59,8 м2 ; площадь, омываемая водой, 47,8 м2 ; масса 739 кг. 4.4.

31 Расчет теплообенника

4.5. РАСЧЕТ ВОДОМАСЛЯНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА Опыт эксплуатации тепловозов показывает, что масляные секции работают недостаточно надежно, особенно в зимних усло виях. Выход их из строя при отрицательных температурах во мно го раз превышает выход из строя водяных секций. Поэтому на со временных тепловозах, созданных в последние годы, мас- ляные секции не устанавливают, а применяют системы охлаж- дения мас ла с промежуточным теплоносителем. В этом случае в холодиль ной камере размещаются только однотипные водяные секции, и дополнительно на тепловозе устанавливают водомас- ляный тепло обменник, в котором масло охлаждается водой, выполняющей роль промежуточного теплоносителя. Вода же, нагревшаяся в тепло обменнике, направляется в водяные сек- ции дополнительного кон тура, посредством которых тепло от- водится в окружающую воз душную среду. 40 Если заданием предусмотрено охлаждение масла в водомас- ляных теплообменниках, то требуемая поверхность теплообме- на их подсчитывается по формуле: м т.о м в.м т.о ср. ср. , ( ) Q F Кtt = ⋅ − (26) где Qм – количество тепла, отводимого от дизеля с маслом, кДж/с; Кт.о – коэффициент теплопередачи водомасляного теплооб- менника, кВт/м2 ·с; м м м 1 2 ср. 2 t t t + = – средняя температура масла в теплообменнике,°С; в.м в.м в.м вх. вых. ср. 2 t t t + = – средняя температура воды в теплообменнике, °С; м 1 t и м 2t – температуры масла соответственно на входе и выходе из теплообменника, °С: м м м 2 1 ммм 3600 , Q t t В С ⋅ = − ρ⋅ ⋅ (27) где ρм – плотность масла, кг/м3 ; Вм – подача масляного насоса, м3 /ч; См – удельная теплоемкость масла, кДж/(кг·К); в.м вх. t и в.м вых. t – температуры воды соответственно на входе и выхо- де из теплообменника, °С: в.м в.м м вых. вх. в в , Q t t G С = + ⋅ (28) где Св – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг·К); Gв – подача водяного насоса данного контура охлажда- ющего устройства, кг/с.