4.3. Определение частоты колебаний подрессорной массы и критической скорости движения тепловоза

Колебания подрессорных масс, вызванные воздействием случайной неровности пути и зависящие от жесткости системы и величины подрессорной массы, называются свободными (собственными) колебаниями системы. Они показывают число полных периодов колебаний в единицу времени.

Н_с=

где m_т- подрессорная масса, приходящая на тележку. Если принять: Ж_т=Р_ст/F_ст; m_т=Р_ст/g , то получим более простое выражение для определения частоты собственных колебаний:

Н_с=

В этом выражении величина статического прогиба подставлена в сантиметрах.

Между круговой и линейной частотами колебаний существует соотношение ω_с=2πН_с, с^-1

Собственные колебания системы совершаются примерно постоянной частотой. Для современных локомотивов частота собственных колебаний находится в пределах:

Н_с=1,8-2,2Гц

ω_с=2*3,14*2,0=12,56с^-1

Рессорное подвешивание представляет собой сложную колебательную систему, на которую периодически воздействуют возмущения со стороны пути, порождая так называемые вынужденные колебания.

Частота вынужденных колебаний

ω_в=2π/L

где v-скорость движения тепловоза, м/с

L- длина рельсовых звеньев, м

Явление резонанса может наступить при равенстве частот собственных и вынужденных колебаний. Скорость движения, при которой наступает это опасное явление, приводящее иногда к сходу колес с рельс, называется критической. Она находится из соотношения:

ω_с=ω_в;

откуда,

v_кр=

полученное значение критической скорости следует сравнить с заданной конструкционной скорость. В целях предотвращения резонанса и нежелательных явлений, связанных с ним, критическая скорость движений должна быть выше конструкционной.

Расчет критической скорости следует произвести для двух значений длин рельсовых звеньев: L₁=12.5 м и L₂=2м

ω_с=2*3.14*2=12.56

v_кр=

v_кр

4.4. Расчет демпфирования колебаний

В рессорном подвешивании тепловозов демпфирование (гашение колебаний) осуществляется с помощью гасителей сухого трения(фрикционных), листовых рессор. В отдельных случаях применяют гидравлические гасители, которые надежно работают в буксовой ступени из-за воздействия на них ударных (импульсных) нагрузок. Поэтому гидрогасители чаще применяют во второй ступенирессорного подвешивания (ТЭП 70), в которой от воздействия ударных нагрузок они защищены упругостью буксовой ступени подвешивания.

В опытной эксплуатации применяются пневматические гасители, рабочим телом которых является сжатый воздух. Такие гасители надежно работают в обеих ступенях подвешивания.

Демпфирующее воздействие на систему оказывают резиновые амортизаторы и встроенное трение.

Демпфирование в рессорном подвешивании принято считать удовлетворительным, если работа трения, создаваемая демпфирами, составляет 3-6% от работы упругих сил подвешивания в целом. Эта величина носит название коэффициента относительного трения.

Работа упругих сил подвешивания тележки

А_у=4f_стЖ_тZ₁

где f_ст- статический прогиб подвешивания, мм

Ж_т- жесткость подвешивания тележки, кН/мм

Z₁- величина отклонения рамы тележки при колебаниях (динамический прогиб)

При расчетах следует задаваться величиной динамического прогиба z₁=15-25мм

Работа сил трения в подвешивании тележки, создаваемая фрикционными гасителями,

W_ф=4F_трZ₁n

где F_тр-сила трения одного гасителя; рекомендуется принять F_тр=5-6кН

n- число гасителей (n=6)

Коэффициент относительного трения

φ_т=

при необходимости следует увеличивать силу трения, создаваемую фрикционным демпфером.

Работа сил вязкого трения гидрогатиселей тележки

W_r=πC_тω_сZ₁²

где С_т- суммарный коэффициент сопротивлений гасителей тележки, кН*с/мм

С_т=λС_кр

Здесь λ- коэффициент относительного демпфирования (ВНИИЖТ рекомендует λ=0,28-0,3)

С_кр- критический коэффициент сопротивления, при котором колебания практически отсуствуют

С_кр=

где Ж_т- жесткость подвешивания тележки, кН/мм

m_т- масса подрессорного груза, кН*с²/мм

Коэффициент относительного трения рессорного подвешивания тележки с листовыми рессорами определяется по формуле

φ_т=

где φ_р- коэффициент относительного трения листовой рессоры;

n- число листовых рессор в тележке

α- доля нагрузки на каждую рессору.

доля нагрузки на листовую рессору при сбалансированном подвешивании трехосной тележки α=1/6.

В тележке применено четыре листовых рессоры n=4

коэффициент относительного трения рессоры

φ_т=2μ(n₀-1)

где μ- коэффициент трения между листами рессоры; принимают в условиях недостаточной смазки равным 0,4.

h- толщина листа,

L-длина рессоры,

n₀- число листов в рессоре.

Размеры листовой рессоры определены выше. в вариантах где применена челюстная тележка (маневровые тепловозы) демпфирование осуществляется листовыми рессорами. в грузовых тепловозах применены фрикционные гасители. в пассажирских тепловозах следует рассчитать гидравлическое демпфирование

Решение:

А_у=4*115*2.73*17=213.4 кН/м=21348кН/мм

W_ф=4*5*17*6=2040кН/мм

W_r=3.14*1.54*289=1397кН/мм

С_т=0.3,*5.14=1.54

С_кр==5.14

φ_т=

φ_т=0.8(8-1)

Вывод

В результате выполненной курсовой работы мной были рассчитаны основные тягово-экономические характеристики проектного тепловоза, построены соответствующие графики и таблицы. Также дал краткое описание основных элементов экипажной части.