Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние способов и средств обеспечения функциональной надежности элементов и агрегатов системы рессорного подвешивания с фрикционными гасителями колебаний тележек грузовых вагонов при порожнем и загруженном пробеге 12
1.1. Виды и взаимосвязь колебаний подвижного состава 12
1.2. Анализ амплитудно-частотного спектра динамических воздействий при железнодорожных перевозках 16
1.3. Анализ состояния исследований динамики рельсовых экипажей... 23
1.3.1 Общие сведения 23
1.3.2 Краткий обзор исследований в области динамики сложных механических систем 26
1.4. Тенденции развития и перспективы совершенствования объемных
и качественных показателей грузового вагонного хозяйства РФ 39
1.5. Определение цели и постановка задач исследования 42
2. Конструктивный поиск и аналитическое исследование работоспособности тележек модели 18-100 с клиновым гасителем колебаний при варьировании массы грузового вагона 44
2.1. Модели транспортных машин и агрегатов 46
2.1.1. Общие сведения о модульной классификации динамических моделей транспортных машин и агрегатов 46
2.1.2. Компьютерное моделирование динамики рельс, экипажей 50
2.2. Конструктивные особенности тележки 18-100 грузовых вагонов и перспективы создания на ее основе тележек нового поколения 62
2.3. Клиновой гаситель колебаний: конструктивное исполнение, расчет и известные направления совершенствования динамического качества серийной конструкции 69
2.4. Конструкция и расчет усовершенствованной конструкции клинового гасителя колебаний (его вариантов) 73
2.4.1 Конструктивное исполнение вариантов усовершенствованного клинового гасителя колебаний тележки модели 18-100 82
2.4.2 Расчет усовершенствованной конструкции клинового гасителя колебаний 92
2.4.2.1. Определение коэффициента относительного трения клинового гасителя колебаний 92
2.5. Моделирование работы кинематической связки «клиновой гаситель колебаний тележки-вагон» при варьировании параметров на-гружения 98
2.6. Выводы 107
3. Исследование динамики системы «пружинный комплект тележки модели 18-100 с клиновым гасителем колебаний-грузовой вагон» при варьировании скорости движения и массы загрузки подвижного состава 109
3.1. Учет сил трения на поверхностях фрикционного клина в математических моделях колебаний вагона 109
3.2. Моделирование работы системы «пружинный комплект тележки 18-100 с клиновым гасителем колебаний - грузовой вагон» с учетом амплитудно-частотного спектра транспортных нагрузок и массы загрузки железнодорожного вагона 112
3.3. Выводы 133
4. Экспериментальное исследование работоспособности серийной и усовершенствованной конструкций клинового гасителя колебаний тележки модели 18-100 при вибро-, ударонагружении 134
4.1. Оценка работоспособности имитатора гасителя колебаний в режиме работы с односторонним клином (серийная конструкция) 136
4.2. Оценка работоспособности имитатора гасителя колебаний в режиме двухстороннего клина (усовершенствованная конструкция).. 139
4.3. Выводы 140
5. Конструкторско - технологические аспекты диагностирования параметров смещения надрессорной балки и боковин тележки модели 18-100 142
5.1 Общие рекомендации по проектированию фрикционного гасителя колебаний с рациональными выходными параметрами 142
5.2. Диагностические системы и устройства оценки работоспособности динамически нагруженных звеньев транспортной техники... 145
5.3. Конструкторско-технологические основы диагностирования статических параметров элементов и узлов тележки 18-100 с клиновым гасителем колебаний для выбраковки неисправных вагонов 150
5.4. Выводы 152
Заключение 153
Список литературы 155
Приложение
- Анализ амплитудно-частотного спектра динамических воздействий при железнодорожных перевозках
- Конструктивные особенности тележки 18-100 грузовых вагонов и перспективы создания на ее основе тележек нового поколения
- Моделирование работы системы «пружинный комплект тележки 18-100 с клиновым гасителем колебаний - грузовой вагон» с учетом амплитудно-частотного спектра транспортных нагрузок и массы загрузки железнодорожного вагона
- Оценка работоспособности имитатора гасителя колебаний в режиме двухстороннего клина (усовершенствованная конструкция)..
Введение к работе
Актуальность темы. Практика эксплуатации и многолетние комплексные испытания грузовых вагонов и полувагонов с тележками модели 18-100 выявили ряд серьезных недостатков одного из основных его звеньев — фрикционного клинового гасителя колебаний. Вследствие больших износов клинового гасителя колебаний коэффициент относительного трения становится равным нулю. У таких вагонов в порожнем состоянии при резонансе возможно полное обезгруживание рессорного подвешивания, о чем свидетельствуют известные публикации о следах потертостей на витках пружин рессорных комплектов, обусловленные проворотом их относительно вертикальной оси и касанием друг о друга. Одновременно установлено, что продольное перемещение надрессорной балки относительно боковой рамы составляет до 10 мм, что также указывает на недостаточную связанность элементов тележки, что приводит к завышению фрикционных клиньев. При завышении клиньев относительно опорной поверхности надрессорной балки свыше 5 мм возникает опасность схода вагонов с рельсов. Поэтому стабилизация выходных параметров клинового гасителя колебаний при варьировании массы загрузки железнодорожного вагона является весьма актуальной темой исследования.
Актуальность темы диссертационной работы подтверждается ее соответствием ряду научно-технических отраслевых программ: «Государственная программа по повышению безопасности движения поездов на железнодорожном транспорте России на период 1993-2000 г.г.» (Постановление Правительства РФ от 29.10.92 №833), «Программы создания нового поколения грузового подвижного состава на 2000- 2005 годы» (Постановление Коллегии МПС РФ от 24-25 декабря 1999 г. №23).
Работа выполнялась в ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет» и ГОУ ВПО «Самарская государственная академия путей сообщения».
Цель работы: Стабилизация параметров колебаний тележек при пробеге железнодорожных вагонов путем применения клинового гасителя.
Для достижения поставленной цели в работе предполагалось решение следующие задачи:
— провести сравнительный анализ эффективности способов и средств обеспечения
"Модель 18-100 имеет также наименование ЦНИИ-ХЗ-О
стабильности движения тележек железнодорожных вагонов с клиновым гасителем колебаний с учетом вида и взаимосвязи колебаний подвижного состава при фактическом амплитудно-частотном спектре динамических воздействий при железнодорожных перевозках;
— провести конструктивный поиск, теоретическое и экспериментальное исследо
вания работоспособности клинового гасителя колебаний тележки модели 18-100 с усо
вершенствованной конструкцией двухстороннего клина при варьировании массы и
скорости движения грузового вагона при заданном амплитудно-частотном спектре
транспортных нагрузок;
— разработать математическую модель фрикционного гасителя колебаний с
двухсторонним клином, включающую соотношения для определения сил трения в не
линейной постановке и уравнение колебаний системы «клиновой гаситель — грузовой
вагон», позволяющую определить амплитудно-частотные характеристики системы при
различных видах нагружения;
выявить области рационального изменения параметров динамической системы «тележка-вагон» с учетом относительного движения элементов при варьировании амплитудно-частотного спектра транспортных нагрузок и скорости движения вагона;
систематизировать принципы обеспечения функциональной надежности элементов и кинематических связей клинового гасителя колебаний тележки модели 18-100 при порожнем и загруженном пробеге вагонов;
разработать новые решения перспективных демпферов сухого трения и создать на их базе высокоэффективные конструкции разнотипных клиновых гасителей колебаний с повышенной стойкостью к внешнему воздействию с учетом варьирования массы вагона при железнодорожных перевозках и возможностью диагностирования работоспособности элементов и узлов тележек модели 18-100.
Научная новизна и положения, выносимые на защиту:
-разработана математическая модель фрикционного гасителя колебаний с двухсторонним клином, включающая соотношения для определения сил трения в нелинейной постановке и уравнение колебаний системы «клиновой гаситель — грузовой вагон», позволяющая определить амплитудно-частотные характеристики системы при различных видах нагружения;
—выявлены на основании теоретических исследований с использованием разра-
ботанной математической модели и программного обеспечения области рационального изменения параметров динамической системы «тележка - вагон» с учетом относительного движения элементов при варьировании амплитудно-частотного спектра транспортных нагрузок и скорости движения вагона;
—предложена методика расчета и коррекции необходимых технологических и конструктивных параметров, создаваемых клиновых гасителей колебаний с двухсторонним клином на базе различных механизмов перераспределения усилия пакетов пружин в зависимости от степени загруженности тележки грузового вагона, что благоприятно сказывается на ресурсе (степени износа) фрикционной пары «клин-фрикционная планка»;
-разработана научно-обоснованная методика расчета и конструирования механизмов перераспределения усилий пакетного блока пружин с регулируемой жесткостью клинового гасителя колебаний при переходе с порожнего движения вагонов на движение с загрузкой.
Методы решения. При проведении исследований в работе использован комплексный подход, включающий теоретический анализ и экспериментальное апробирование предложенных технических решений. При моделировании колебаний тележки был использован численно-аналитический метод решения системы дифференциальных уравнений движения. Экспериментальные исследования были проведены с использованием специально разработанного имитатора с клиновым гасителем колебаний, оснащенного компьютерной информационно-измерительной системой с использованием датчиков Bruel & Kjaer. Обработка результатов эксперимента проводилась с использованием математико-статистических методов.
Достоверность полученных результатов обеспечивается применением методик планирования эксперимента и обработки полученных данных поверенного оборудования и контрольно-измерительных приборов. Достигается обоснованным использованием теоретических зависимостей, корректностью постановки задач математического моделирования, применением современных математических методов и подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными как лично автором, так и другими исследователями.
Практическая ценность:
1. Проведенное автором классификационное обобщение известных и разработанных при непосредственном его участии конструкций клиновых демпферов сухого трения (ДСТ) с последующим представлением их на базе иерархического подхода в виде единой табличной классификационной схемы с указанием конкретных источников информации по их исполнению обеспечивает:
качественное ознакомление с результатами систематизации известных и авторских разработок ДСТ, примерами их конструктивного исполнения и принятие рационального решения по выбору конструктивной схемы разрабатываемого демпфера с соответствующим снижением финансовых и временных затрат на его проектирование, доводку выходных параметров и эксплуатацию;
выявление динамически «слабых» (испытывающих сверхнормативные нагрузки) звеньев в конструкции демпферов и создание новых методов и средств демпфирования транспортных средств и объектов транспортировки с более низким порогом динамического нагружения, идущим в запас прочности конструкции.
-
Разработана и успешно экспериментально апробирована конструкция имитатора клинового гасителя колебаний, работоспособного в режиме как одностороннего, так и двухстороннего клина, позволяющего за счет варьирования масштабного фактора проводить экспериментальные исследования разногабаритных клиново-фрикционных сопряжений широкого класса гасителей колебаний.
-
Предложены новые структурные схемы и технические решения оригинальных конструкций клиновых фрикционных гасителей на базе пакета пружин с регулируемой жесткостью при переходе с порожнего движения вагона на движение с загрузкой на базе комбинированного механизма перераспределения усилия пакета пружин при смене усилия нагружения.
-
Создан макет оригинального малогабаритного переносного устройства диагностирования связи надрессорной балки с боковой рамой тележки модели 18-100 для выбраковки неисправных вагонов с целью предотвращения схода.
Реализация результатов работы.
Полученные в диссертационной работе результаты аналитических и экспериментальных исследований образцов клинового фрикционного гасителя колебаний тележки вагона используются при расчете в вагонном депо станции Самара Куйбышевской же-
лезной дороги - филиале ОАО «РЖД» прогнозируемого срока службы гасителя при эксплуатационном износе фрикционных планок. Разработанная автором методика расчета двухстороннего клина передана на кафедры «Механика» и «Вагоны» СамГАПС и используется при изучении дисциплин «Теоретическая механика», «Основы триботехники узлов подвижного состава», «Подвижной состав и тяга поездов».
Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на заседаниях международной конференции «Безопасность и логистика транспортных систем» (Самара, 2004); XI Российской научной конференции (Самара, 2004); 2-й международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (Самара, 2005); расширенном научно-техническом совете кафедр «Механика» и «Железнодорожные станции и узлы» (Самара, 2006); научном семинаре кафедры «Динамика, прочность машин» (Орел, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных трудов, включающих: 1 монографию, 5 статей в научных изданиях, тезисы 2 докладов на научно-технических конференциях, 1 свидетельство о регистрации интеллектуального продукта
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 65 наименований и 2 приложений. Основной текст изложен на 157 страницах основного текста и содержит 55 рисунков, 7 таблиц.
Анализ амплитудно-частотного спектра динамических воздействий при железнодорожных перевозках
По мере развития железнодорожного транспорта, роста его мощности, объема и дальности перевозок и ужесточения требований эксплуатационной безопасности транспортных систем в условиях интенсификации транспортных нагрузок изменился подход к проблеме сохранения работоспособности транспортируемых объектов: от изучения собственно транспортного средства перешли к изучению по трем направлениям динамической системы человек - транспортное средство - путь: исследование микропрофиля пути (опор- ной поверхности), колебаний транспортного средства, реакции перевозимых объектов на транспортные нагрузки /30/. При этом в подсистеме «транспортное средство - путь» исследуется совокупность динамических воздействий, как составляющих общей транспортной нагрузки, со стороны рельсового пути, энергетической установки и подвижного состава (подрессорного вагона, оборудованного специальными средствами вибро-, ударозащиты транспортируемого груза), частота которых изменяется в широких пределах.
Транспортировка по длительности возмущающего воздействия характеризуется периодическими и ударными (импульсными) нагрузками, которые, в зависимости от вида источника возмущения, подразделяются на: - регулярные, то есть проявление которых ожидаемо и определяется наличием стабильных факторов: принятыми конструкциями вагонных платформ, колесных пар подвижного состава, вращающихся звеньев энергетической установки и других силовых органов локомотива; характером сцепления колесных пар с рельсовым путем в зависимости от его фактического макро- и микрорельефа; способа крепления транспортируемого объекта, в том числе с учетом принятых средств вибро-, ударозащиты грузов и заданного режима транспортирования грузов; - нерегулярные (форс-мажорные), возникающие непредсказуемо в моменты проявления нестабильных факторов (экстремальное воздействие окружающей среды на подвижной состав с грузом: порывы ветра и другие климатические эксцессы, нарушающие заданный режим транспортирования грузов; неисправность элементов и систем подвижного состава и др.). На железнодорожном транспорте параметры вибрации должны удовлетворять следующим требованиям: для частот 3...5 Гц виброускорение - до 30 м/с ; для частот 40...60 Гц виброускорение - 5 - 15 м/с /3/. Известно, что в настоящее время вероятность безотказной работы гидравлических демпферов железнодорожных вагонов колеблется в пределах 0,40... 0,65 /10/. Недостаточная надежность демпферов приводит к частому выходу их из строя на переходных режимах движения подвижного состава (трогание и набор скорости, движение поезда через переломы профиля пути, торможение и остановка состава). Динамические характеристики грузопассажирских и грузовых железнодорожных вагонов приведены в таблице 1.1. В изделиях, транспортируемых по железным дорогам, амплитуды колебаний элементов примерно одинаковы по всем трем координатам и ярко выражены на преобладающих частотах (рисунок 1.3). где SBa и Бд - соответственно вертикальные и горизонтальные составляющие дополнительных динамических сил, действующих на тележку, статическая нагрузка на которую sCT. Показатель плавности хода W зависит от амплитуды и спектрального состава колебаний вагона 191. Собственные частоты парциальных и связных колебаний дизель-генератора современных тепловозов (мощность до 440 кВт) с пассивной системой виброизоляции на базе подвески из резинометаллических виброизоляторов, с активной системой виброизоляции из пневмоэлементов и с жестким опиранием дизель - генератора на раму приведены в таблице 1.2. Основными источниками возмущения колебаний подвижного состава являются неровности и кривизна поверхности железнодорожного пути, эксцентриситет и неравномерность вращения колесных пар.
При расчетах колебаний подвижного состава микропрофиль пути моделируют, заменяя его гармоническим профилем или единичной поверхностью. За источник возмущения обычно принимают конкретную pea- лизацию случайного микропрофиля, причем распространено введение в расчет не самого случайного микропрофиля, а его статистических характеристик, дающих представление об изменении микропрофиля по длине участка железной дороги и частоте повторения длины неровностей. Статические характеристики позволяют давать обобщенную оценку микропрофиля железных дорог отдельных географических районов и целых стран. Используя при перевозках железнодорожный транспорт, следует учитывать, что вагоны снабжены специфическим виброизолирующим звеном - рессорами, уменьшающими эффект воздействия транспортных перегрузок на перевозимый груз. Для того, чтобы эффективно защитить оборудование при железнодорожных перевозках без применения специальных виброзащитных устройств, достаточно выполнить условие виброизоляции /16/ f/f0= 3...5, где/- нижняя граница спектра возбуждающих частот, с"1; /о - собственная частота колебаний вагона на рессорах, с".
Конструктивные особенности тележки 18-100 грузовых вагонов и перспективы создания на ее основе тележек нового поколения
В настоящее время грузовые вагоны железных дорог России строят с тележками модели 18-100 (рисунок 2.9), которые имеют клиновые гасители колебаний 111. 1 -колесная пара; 2- боковая рама; 3- клиновой гаситель колебаний; 4-букса; 5-шкворень; 6-надрессорная балка; 7-рессорный комплект; 8 - рычажная передача тормоза; 9 - вертикальный скользун Боковая рама 2 тележки выполнена в виде стальной отливки, в средней части которой расположен проем для рессорного комплекта, а по концам -проемы для букс. В верхней части буксовых проемов имеются кольцевые приливы, которыми боковые рамы опираются на буксы, а по бокам - буксовые челюсти. Сечения наклонных элементов (поясов) и вертикальных стержней (колонок) боковой рамы имеют корытообразную форму с некоторым загибом внутрь концов полок. Горизонтальный участок нижнего пояса имеет замкнутое коробчатое сечение. Балки с таким профилем хорошо сопротивляются изгибу и кручению. По бокам среднего проема в верхней части рамы расположены направляющие для ограничения поперечного перемещения фрикционных клиньев, а внизу имеется опорная поверхность для установки рессорного комплекта. С внутренней стороны к этой поверхности примыкают полки, являющиеся опорами для наконечников триангелей в случае обрыва подвесок, которыми триангели подвешены к кронштейнам боковой рамы. В местах расположения клиньев к колонкам рамы приклепаны фрикционные планки. На наклонном поясе отливают пять цилиндрических выступов (шишек), часть которых срубается в соответствии с фактическим расстоянием между наружными челюстями буксовых проемов.
Подбор боковых рам при сборке тележек производят по числу оставленных шишек, что гарантирует соблюдение необходимых допусков для обеспечения параллельности осей колесных пар. Надрессорная балка тележки отлита заодно с подпятником, опорами для размещения скользунов, гнездами для фрикционных клиньев и приливом для крепления кронштейна мертвой точки рычажной передачи тормоза. Балка выполнена по форме бруса равного сопротивления и имеет коробчатое замкнутое сечение. Боковые рамы и надрессорные балки тележек модели 18-100 отлиты из низколегированной стали, имеющей предел прочности не менее 500 МПа, предел текучести не менее 300 МПа, относительное удлинение не менее 18%, поперечное сужение не менее 25%, ударную вязкость при + 20 С не менее 0,5 МДж/м2, при - 60 С не менее 0,25 МДж/м2. Уральский вагоностроительный завод, например, отливает эти части из стали марки 20ГФЛ. Рессорный комплект тележки модели 18-100 состоит из пяти, шести или семи двухрядных пружин, расположенных под каждым концом надрессорной балки. Количество пружин зависит от грузоподъемности вагона. Крайние боковые пружины комплекта поддерживают клинья гасителей колебаний, отлитые из стали и подвергнутые нормализации. На нижней опорной поверхности клина имеется кольцевой выступ, который входит внутрь поддерживающей пружины (см. приложение П.2). Клинья располагаются в гнездах надрессорной балки, упираясь в ее наклонные плоскости и прижимаясь вертикальной стороной к стальным фрикционным планкам, укрепленным на боковых рамах тележки. При прогибах пружин создается необходимое трение в гасителях колебаний. Боковые перемещения надрессорной балки амортизируются поперечной упругостью пружин. Клиновые гасители колебаний служат одновременно упругой связью надрессорной балки с боковыми рамами тележки. Рессорное подвешивание тележки модели 18-100 имеет гибкость 0,13-0,232м/МН, статический прогиб 46-50 мм, коэффициент относительного трения фт = 0,08-0,10. По простоте конструкции и эксплуатационным качествам тележка модели 18-100 превосходит все известные тележки грузовых вагонов, применяемые на железных дорогах России.
За последние годы Уралвагонозаводом совместно с ВНИИЖТ, ЛИИЖТ, ДИИТ и другими организациями ведутся работы по созданию двухосных тележек грузовых вагонов для движения со скоростью до 39 м/с (140 км/ч). Разработаны три новых типа тележек: с билинейным центральным рессорным подвешиванием (типа УВЗ-ЛИИЖТ), с повышенным статическим прогибом подвешивания (типа 50Х-508) и с буксовым подвешиванием (типа УБЗ-6КМ). Первые две тележки являются модификацией тележки модели 18-100. У тележки УВЗ-ЛИИЖТ наружные пружины рессорного комплекта выше внутренних, благодаря чему жесткость подвешивания у порожнего вагона в 3 раза меньше, чем у груженого.
Моделирование работы системы «пружинный комплект тележки 18-100 с клиновым гасителем колебаний - грузовой вагон» с учетом амплитудно-частотного спектра транспортных нагрузок и массы загрузки железнодорожного вагона
Пусть начальная деформация эквивалентной пружины равна Х0, где Хо = z - z , причем начальная скорость вагона по отношению к тележке направлена вертикально вниз (рисунок 3.3). Для рассматриваемого случая на вагон действуют сила тяжести вагона Рв, сила упругости эквивалентной F и сила трения FTP в стыках исполнительного органа с клиньями. Для вывода уравнения относительного движения вагона и тележки добавим к рассмотренным выше силам переносную силу инерции F"ep. = т пеР. где т - приведенная масса вагона. При этом учитываем, что кориолисова сила инерции равна нулю, так как переносное движение тележки в данном случае является поступательным. Тогда: таОТ = PB+F + FTP + Fnuep. Проектируя обе части данного выражения на ось z, получим Здесь PZ = PB, Fz= -сЛ = -cz , где Я = г -деформация пружины; FTPz = - щ, (так как в стыке сухое трение 11, 15/). Так как направление осей гну одинаково, то: где со - круговая частота вынужденных колебаний с амплитудой А. Подстановка ранее полученных выражений проекций сил в уравнение (3.5) позволяет получить: где q = 9,81 м/с - ускорение свободного падения, \/ - коэффициент демпфирования. Для определения закона движения вагона найдем общее решение уравнение (3.7) в соответствии с теорией дифференциальных уравнений /25/ в виде:
На базе математического описания динамики системы «клиновой гаситель колебаний рессорного комплекта тележки модели 18-100 - грузовой вагон» [см. зависимость (3.17) ] и пакета Microsoft Office 2000 (Excel, Visual, Basic) проведен вычислительный эксперимент по моделированию работы этой системы с учетом варьирования скорости движения (30...120 км/ч) и массы загрузки грузового вагона (30, 50, 80 и 100 т). Кинематическое нагружение указанной системы проводилось при варьировании амплитудно - частотного спектра транспортных нагрузок (A = Ao sin/t, где Ао и / - соответственно, начальная амплитуда и частота вынужденных колебаний со стороны рельсового пути в конкретный момент времени t), при этом принималось А = ± 20 мм,/= - = 0,8...1,2, где v - ско- рость движения подвижного состава, L = 25 м - расстояние между стыками рельсового пути (длина стандартного рельса, наиболее распространенного в железнодорожных путях РФ и странах СНГ, реже применяются стандартные рельсы длиной 12,5 м), см. таблицу 3.1. І.
Из анализа графиков, представленных на рисунках 3.4 ... 3.6, при постоянстве заданного амплитудно-частотного спектра транспортных нагрузок (начальная амплитуда возмущающего воздействия на грузовой вагон А0 = 20 мм при стыковом рельсовом пути из набора рельс длиной 25 м каждый) следует, что процесс затухания колебаний системы «пружинный комплект тележки 18-100 с клиновым гасителем колебаний - грузовой вагон» характеризуется следующими закономерностями: а) при постоянной скорости V движения железнодорожного грузового вагона до 100 км/ч по стыковому рельсовому пути с варьируемой массой за грузки вагона (рисунок 3.4): - гашение максимальной амплитуды колебаний в системе 3,0 ... 7,5 мм до величин порядка 1 ... 1,5 мм происходит за время не более 0,5 сек при времени полного затухания колебаний порядка 0,8 сек. Причем указанный характер затухания колебаний распространяется на прохождение всех других последовательно и равномерно расположенных стыков рельсового пути; - с ростом массы М железнодорожного грузового вагона соответственно возрастает максимальная амплитуда колебаний в системе от 3,0 мм при М = 50 т до 5,0 м (М = 80 т) и 7,5 мм (М = 100 т) с сохранением описанного ранее процесса затухания колебаний при прохождении вагонов стыков рельсового пути; б) при варьировании скорости V движения железнодорожного грузово го вагона в диапазоне 50 ... 100 км/ч для фиксированных величин его массы М при прохождении стыкового рельсового пути (рисунок 3.5): - с ростом скорости V движения вагона рост максимальной амплитуды колебаний в системе с 2 мм (V = 50 км/ч) до 4 мм (V = 80 км/ч) и 6,5 мм ( V = 100 км/ч) с симметричным расположением пиков амплитуд и частоты их следования на графиках процессов затухания колебаний;
Оценка работоспособности имитатора гасителя колебаний в режиме двухстороннего клина (усовершенствованная конструкция)..
Данное исследование проводилось на имитаторе, собранном в полном соответствии с рисунком 4.1 (с установленным основанием 7). В ходе испытаний выявлено: 1. На всех этапах нагружения, как при вибрационном так и ударном на-гружениях диаметра фрикционной втулки 8 при массе Мі (имитация загруженного пробега вагона) и массе М2 (имитация порожнего пробега вагона) зазор в сопряжении фрикционной втулки 8 с клином 9 не был зафиксирован ни разу, что соответствует стабильному контакту сопрягаемых поверхностей клиново - фрикционной пары. 2. Результаты испытаний подтвердили правильность концепции автора по обеспечению безопасной эксплуатации тележки модели 18-100 при порожнем пробеге железнодорожных вагонов за счет введения в ее конструкцию фрикционного гасителя колебаний с двухсторонним клином. В результате экспериментальных исследований работоспособности клиново - фрикционной пары гасителя колебаний тележки грузового вагона: 1. Разработан имитатор фрикционного гасителя колебаний тележки модели 18-100 и установка для снятия АЧХ подпружиненного клина в составе электродинамического вибростенда ВЭДС-5000. 2. Установлено, что ударное нагружение имитатора оказывает более значительное влияние на работоспособность сопряжения «фрикционная втулка-клин», чем вибрационное нагружение. Причем роль этого влияния резко прогрессирует по мере износа сопрягаемой поверхности фрикционной втулки. 3. При моделировании процесса износа фрикционной втулки имитатора гасителя колебаний с односторонним клином и анализе роли этого фактора на работоспособность фрикционно - клинового сопряжения при вибрационном и ударном нагружениях с имитацией работы гасителя в режимах порожнего и загруженного пробега грузовых вагонов установлен ряд закономерностей динамического качества нагруженной фрикционно - клиновой пары.
Причем при работе имитатора в режиме гасителя с односторонним клином экспериментально доказано: - износ фрикционной втулки на 2 мм при имитации порожнего пробега вагона в условиях ударного нагружения гасителя сопровождается циклическим появлением и устранением зазора в клиново-фрикционном сопряжении с пе- риодичностыо порядка 500 циклов. Работоспособность данного сопряжения при указанном износе и условиях вибрационного нагружения не нарушается как при имитации порожнего, так и загруженного пробега вагонов; - износ фрикционной втулки на 3 мм приводит к циклическому появ лению и устранению зазора в клиново-фрикционном сопряжении даже при вибрационном нагружении при имитации порожнего пробега вагона, а при ударном нагружении клиново-фрикционное сопряжение характеризуется на личием постоянного зазора как при имитации порожнего, так и загруженного пробега вагонов. При моделировании влияния процесса износа фрикционной втулки на работоспособность фрикционно - клинового сопряжения имитатора гасителя колебаний с двухсторонним клином: - установлено отсутствие зазора в клиново-фрикционном сопряжении имитатора во всем интервале износа фрикционной втулки при вибрационном и ударном нагружениях с имитацией работы гасителя в режимах порожнего и загруженного пробега грузовых вагонов, что соответствует стабильному контакту сопрягаемых поверхностей клиново-фрикционной пары. - подтверждена состоятельность концепции автора по обеспечению безопасной эксплуатации тележки модели 18-100 при порожнем пробеге железнодорожных вагонов за счет введения в ее конструкцию фрикционного гасителя колебаний с двухсторонним клином.
