Теория подвижного состава. Ч. 2. Криволинейное движение, устойчивость, колебания и плавность хода подвижного состава

товленных исходных данных должны соответствовать пункту «Исходные данные».

Варианты заданий

Контрольные вопросы

1.Из каких критериев исходят при выборе жесткости подвески трамвая?

2.Каким образом можно достигнуть улучшения плавности хода? Какие при этом встречаются затруднения?

3.Какое основное допущение используется при изучении поперечных колебаний кузова трамвая, что это дает?

4.Что является источником вынужденных поперечных колебаний кузова трамвая?

5.Сколько степеней свободы имеет кузов в вертикальной поперечной плоскости, чем они обусловлены?

181

6. Запишите соотношения, связывающие перемещения кузова

вобобщенных координатах.

7.Что понимается под приведенной жесткостью подвески? Запишите выражение для определения приведенной жесткости двойного подрессоривания к буксовому подрессориванию.

8.Какие вынужденные колебания получает кузов при движении трамвая по неровностям рельсового пути?

9.Объясните физический смысл понятия валкости. Почему валкость кузова является нежелательным явлением?

10.Запишите условие устойчивости кузова при поперечных колебаниях. Проанализируйте формулу для определения приведенной жесткости подвески, полученной из условия устойчивого равновесия кузова.

Лабораторная работа 5.7

УСТОЙЧИВОСТЬ ТРАМВАЯ ПРОТИВ ОПРОКИДЫВАНИЯ ПРИ ДВИЖЕНИИ В КРИВЫХ

Цель работы: ознакомиться с расчетным методом определения устойчивости трамвая против опрокидывания при движении в криволинейных участках рельсового пути, критериями оценки устойчивости против опрокидывания. Определить устойчивость трамвая против опрокидывания с заданными конструктивными параметрами и условиями эксплуатации.

Краткие теоретические сведения

На трамвай, движущийся по криволинейному участку рельсового пути, действует центробежная сила, которая при неблагоприятном сочетании с ветровой нагрузкой и поперечными инерционными силами, возникающими от боковых колебаний кузова на рессорах, создает момент, разгружающий внутренние колеса каждой тележки и стремящийся опрокинуть трамвай наружу кривой.

Устойчивость трамвая против опрокидывания оценивается при его проектировании расчетным путем по условному критерию исходя из соотношения сил взаимодействия колес с рельсами.

182

В качестве оценочного критерия поперечной устойчивости трамвая против опрокидывания принимают отношение Fдоп / Fст, называе-

мое коэффициентом поперечной устойчивости:

Fдоп Fц Fв ,

Fст Fст

где Fдоп – дополнительная нагрузка колеса на рельс от действия центробежной силы (Fц) и результирующей бокового давления ветра на вагон (Fв), определяемая с учетом перераспределения статической нагрузки между колесами вследствие деформации рессор и перемещения кинематических систем тележек;

Fст – статическая нагрузка колеса на рельс.

Величина коэффициента поперечной устойчивости выражает собой степень разгрузки колес одной стороны трамвая под действием суммарных боковых усилий, приложенных к нему. Показывает, когда опрокидывающие (боковые) силы отсутствуют ( = 0),

а когда они приводят к опрокидыванию вагона (– 1).

Кроме того, на разгрузку внутренних колес тележки большое влияние оказывают колебания кузова на рессорах, учитываемые коэффициентом динамики.

Полная дополнительная динамическая нагрузка Fдоп (рис. 5.26) от колес на внешний рельс криволинейного участка пути при действии расчетных боковых сил с учетом перераспределения статической нагрузки Gк.ст между колесами от перемещения центра масс кузова, вызванного деформацией рессор, равна:

где Fцкуз, Fцт – равнодействующие центробежных сил соответственно кузова и тележки трамвая;

Fвкуз, Fвт – результирующие силы бокового давления ветра соответственно на кузов и тележку;

Gкуз – вес кузова;

– горизонтальные перемещения центра масс кузова от действия боковых сил;

183

hц, hв – высоты равнодействующих сил Fцк, Fвк над осью колесной пары;

r – радиус колеса;

2s – расстояние между кругами качения колесной пары.

Для практических расчетов принимаются боковые силы в соответствии с нормами: центробежные силы Fцкуз, Fцт – в зависимости от величины допускаемого непогашенного ускорения равного 10 % и 7,5 % веса кузова Gкуз; ветровая нагрузка – из расчета, что давление рв ветра на боковую проекцию кузова и тележки равно 500 Н/м2.

Непогашенное ускорение ану (квазистатическое непогашенное ускорение) – ускорение, возникающее при движении подвижного состава в кривых участках рельсового пути. Непогашенное ускорение измеряется в м/с2 и нормируется: для пассажирских вагонов ану = 0,7 м/с2, для грузовых – ану = 0,3 м/с2. Максимальная скорость в отдельно лежащей кривой определяется по формуле:

3,6 R((aну) 6,13h), км/ч,

где R – радиус кривой, м;

h – возвышение наружного рельса в кривой, м.

Величину перемещения центра масс кузова для вагонов, у которых все рессоры под действием боковых сил не имеют горизонтальных перемещений, определяют по формуле:

где – угол наклона кузова, обусловленный вертикальной деформацией рессор под действием вертикальной и боковой нагрузок.

Величина угла определяется из условия равновесия кузова, наклоненного боковыми силами:

где cб – жесткость рессор двойного подрессоривания трамвая, при-

веденная к одинарному буксовому подрессориванию;

2b – поперечное расстояние между буксовыми рессорами.

184

где – отношение суммы боковых сил, приложенных к кузову, к его

весу, Fцкуз Fвкуз / Gкуз Fцт Fвт / Gт;

двойного подрессоривания;

h – высота точки приложения равнодействующих боковых сил над осью симметрии колеснойпары, h (Hкузhц Hвкузhв) / (Hцкуз Hвкуз).

Тогда формула (5.50) с учетом (5.52) примет вид:

Определенная по выражению (5.52) координата кузова, опре-

деляющая его поперечные угловые перемещения и смещение центра масс кузова, позволяет найти значение коэффициента попе-

речной устойчивости кузова трамвая против опрокидывания.

Исходные данные

1.Масса кузова трамвая, кг.

2.Масса тележки, кг

3.Высота расположения центра масс кузова, м.

4.Высота расположения центра масс тележки, м.

5.Расстояние между упругими элементами центрального и буксового подрессоривания, м.

186

6.Жесткости упругих элементов центрального и буксового подрессоривания, кН/м.

7.Радиус колеса, м.

8.Расстояние между кругами качения, м.

9.Радиус криволинейного участка по оси рельсового пути, м.

10.Скорость движения трамвая, км/ч.

Контрольные вопросы

1.Какие силы действуют на трамвай при движении в кривых?

Кчему это может привести?

2.Что понимается под коэффициентом поперечной устойчивости трамвая?

187

3.Что выражает величина коэффициента поперечной устойчивости трамвая? В каких пределах она может находиться?

4.Что понимается под непогашенным ускорением?

5.Что еще кроме боковых сил влияет на разгрузку внутренних колес тележки?

6.Назовите численные значения центробежных сил в зависимости от допустимого непогашенного ускорения и ветровой нагрузки на боковую поверхность трамвая, принимаемых при расчетах боковой устойчивости трамвая.

7.Запишите выражение для определения горизонтального перемещения кузова от действия боковых сил.

8.Из каких условий определяется угол наклона кузова?

9.Какое допущение принимается при выводе формулы для опре-

деления угла наклона кузова? Что представляет собой отношение ? 10. Запишите выражение для расчета приведенного статического прогиба подвески при двойном подрессоривании кузова трамвая?

188

6. КОЛЕБАНИЯ И ПЛАВНОСТЬ ХОДА ПОДВИЖНОГОСОСТАВА

Основные понятия и определения

Плавность хода – совокупность потенциальных свойств подвижного состава, характеризующих его способность двигаться в заданном интервале скоростей без превышения норм вибронагруженности водителя, пассажиров и конструктивных элементов шасси и кузова. Нормы вибронагруженности устанавливаются такими, чтобы колебания водителя и пассажиров не вызывали у них неприятных ощущений и быстрой утомляемости, а колебания конструктивных элементов подвижного состава не приводили к их повреждениям.

Подвижной состав представляет собой колебательную систему, в которую входят инерционные, упругие и диссипативные элементы. К инерционным массам относятся: кузов, мосты с колесами, те-

лежки и пассажиры. Упругие и диссипативные элементы составля-

ют основу вибрационной системы подвижного состава. В эту систему входят: подвеска, шины, сиденья водителя и пассажиров. К подвеске относятся все конструктивные элементы, соединяющие мосты или отдельные колеса с кузовом (колеса с рамой тележки и тележку с кузовом). Кроме упругих и диссипативных элементов в подвеску входят направляющие устройства, определяющие кинематические характеристики перемещения колес относительно кузова и обеспечивающие передачу между ними усилий и моментов. Воздействия неровностей опорной поверхности (дороги или рельсового пути) на колебательную систему подвижного состава вызывают колебания его масс, что приводит к изменению их кинетической энергии. Упругие элементы предназначены для преобразования энергии толчков и ударов от неровностей опорной поверхности в потенциальную энергию упругих элементов. Назначение диссипативных элементов – гашение колебаний. Они обеспечивают рассеивание энергии, превращая механическую энергию колебаний в тепловую. Интенсивность гашения колебаний зависит от величины трения диссипативного элемента: гидравлического сопротивления амортизатора, трения элементов шины и сидений.

189

Кроме того, при исследовании колебаний выделяют следующие основные элементы конструкции, определяющие качество подрессоривания подвижного состава:

–подрессоренная масса, включающая все агрегаты, узлы и детали, вес которых воспринимается упругими элементами подвески;

–неподрессоренные массы включают в себя все агрегаты, узлы

идетали, вес которых не воспринимается упругими элементами подвески.

Перемещение подрессоренной массы в пространстве характеризуется перемещениями ее центра масс вдоль трех взаимно перпендикулярных осей координат ох, оу и oz с одновременными угловыми перемещениями относительно каждой из осей, т. е. подрессоренная масса имеет шесть степеней свободы. В этом случае подрессоренная масса подвижного состава может совершать шесть видов колебаний: поступательные продольные (перемещение относительно оси ох) называются подергивание; поступательные поперечные (перемещение относительно оси оу) – пошатывание или поперечный относ; поступательные вертикальные (перемещение относительно оси oz) – подпрыгивание; угловые продольные (относительно оси оу) – галопирование или продольная качка; угловые поперечные

(относительно оси ох) – покачивание или боковая качка; угловые боковые (относительно оси oz) – рыскание или виляние.

За начало системы координат, в которой рассматриваются колебания подвижного состава, принимают центр упругости экипажа, под которым понимают воображаемую точку, обладающую следующими свойствами:

–если в центре упругости приложить силу параллельно силе тяжести, то подрессоренная масса переместится в направлении действия приложенной силы;

–если к подрессоренной массе приложить момент, то она повернется на некоторый угол около оси, проходящий через центр упругости.

Анализ конструкций подвесок и условий движения подвижного состава показывает, что главное влияние на плавность хода и физиологическое состояние водителя и пассажиров оказывают два вида колебаний: поступательные вертикальные (подпрыгивание) и угловые продольные (галопирование).

190