автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Разработка мер по повышению динамических качеств промышленного локомотива с двухступенчатым редуктором

Р Г Б ОД

МПС РФ

'1 ."МОСКОВСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИНТ)

На права* рукописи

Ллмухамал Алмехио Махпмад Али

l'A ¡РАШГКА МЕР [10 nOBUUf-ЛНИ ДИНАМИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ ПРОМЫШЛЕННОГО ЛОКОМОТИВА С ДВУХСТУПЕНЧАТЫМ .РЕДУКТОРОМ

05.22.0 7 - Подвижной состав желг/.шмх дорог н тяга поездов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технически* наук

Москва - 1994

РаЬота выполнена в московском Государственном Университете путем сооьвеиия (МНИТ) Научный руководитель - доктор технических наук

профессор Бирюков ИВ. Официальные оппоненты - доктор технических наук

Беляев Л.И. - кнндндат технических наук профессор Рыбников Е.К. Ведущее предприятие - ЦТ-МПС Р»

10

Зааита состоится ' 1 [ (у 1494 г. час, на за-

седании специализированного совета л 11*.05.05 Московского Государственного Университета путей сообщения по адресу: 101 457, ГП1, Москва, ул. «фазцона, 15, ауд. | "2. I 0 .

С диссертацией можно ознакомиться в ЬиЬлиотеке Универсм-тета.

Автореферат разослан * * ^- 1*94 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу Университета.

Учении секретарь специализированного совета

Л 114 .1)5. 05 д.Т.И. профессор . - -V. /

В.Н. ФИЛИППОВ

<

г

J -

В В F. Л F. H И E

Актуальность темы, горнорудная промышленность многих стран является одной из глинных Оазисных отраслей народного хозяйства, от ¡«флективного развития которой зависит экономическое благополу-чне страны. В -.»том смысле интересы экономик столь ра«личных стран как Россия, обладающая крупнейшей в мире горно-добывающей промыш-ленностыо н Сирия, только ра шорачнвающан перспективное напранле-ние гю добыче фосфатов, очень схожи н своем стремлении обеспечить их высокую «ффективность.

Повышение «ффек ппшости работы горнорудной промышленности требует постоянного развития и совершенствования внутреннего транспорта, как одного щ основных звеньев технологического комплекса производственного процесса добычи полезных ископаемых.

В настоящее время по всех странах мира основным видом технологического транспорта на угольных н рудных шахтах н рудниках является локомотивная откатка, вес которой в обшем объеме перевозок составляет порядка 70 %.

Горно-обогатнтелныс комбинаты и их транспортное хозяйство имеет сложившуюся инфраструктуру: ширина колен 750-1000 мм, напряжение постоянного тока .125 V, ограниченные габариты по высоте и ширине. Наиболее широкое применение на рудниках находят двухосные локомотивы, создаваемые на базе механической части серийных локомотивов для угольны'« шахт.

Типичным примером использования таких локомотивов является откатка руды на Тырны-лузском вольфрамово-молнбленовом комбинате. Там используется сцепка из двух серийных электровозов К—14 номинальной мощности 90 кВт.

Опыт эксплуатации этих локомотивов показывает, что они не обладают требуемой надежностью и плавностью хода, часто сходят с рельс. Основной неисправностью этого локомотива является выход из строя тяговых двигателей и элементов тяговой передачи.

Предварительный ана\из кинематической схемы тяговогого при-

вода дол возможность сдел'ать вывод, что при эксплуатации :>тнх локомотивов на пути* со значительными неровностями пути, через систему тягового привода на кузов передаются большие динамические воздействия от колесной пари. Проведенные испытания подтвердили этот пыши. Возникает естестненнное предмололенне, что интенсивна du ход из строя тяговых двигателей связан не только с электрическими процессами, но и является результатом значительных динамических перегрузок.

¿¡.'сплунтвцин сплоткн из двух двухосных локомотивов на участках с :;p!inuuu палого радиуса сопряжена с теп, что на гре(>ни персах по ходу колесных пар действуют высокие напрапляющие усилия. Это приводит к повышению вероятности вползания колеси на рельс, сходу локомотива с.рельсов н длительным перерывам в откатке рулы.

Этим об'яснмется постановка тырны-луэскнм и многими другими горнорудными предприятиями вопроса о необходимости разработки рудиичш.го четырехосного локомотива повышенной мощности с улучшенными сцепными качествами, большим запасом устойчивости против схода с рельс, более высоким динамическим комфортом, повышенной долговечностью наиболее напряденных узлов и прежде всего- тягового привода.

3 этой связи особую значикость н актуальность приобретает вопроса исследования динамических качеств нового локомотива на стадии проектирования .

Э]'и вопросы можно успешно рсинть, если использовать'современные методы анализа и синтеза динамических систем, широко применять при этом-как вычислительный, так и натурный эксперимент с использованием современных ЭВМ и измернтельно-анализирукаен аппаратуры .

Народно-хозяйственная значимость и актуальность указанных вопросов ч1редопределнли выбор темы настояиеи диссертации.

Цель и задачи исследовании. ЦелЪ настояцгго исследования

состоит в разработке предложении по выбору сигмы м парамитрон механическом части перспективного локомотива для рудничных условии. Лля достижения указанной цели п диссертационном рабою поставлены следующие задачи.

- разработка модели д\я оценки динамических свойств рудничных локомотивов с учетом особенное!и их конструкции и условий Жсплуа! ации ;

- выбор при помощи ра зработашюи методики рациональных параметром механическом части рудничного локомотива, обеспечивающих требуемую плавность хода н повышение до\roneчиостн :>лемекюп ходовом части, ц в первую очередь- тягового привода, как наиболее побеждаемого у )ла .

В качесше путей достижения поставленной цели были приняты :

- рачработка механо-математических моделей вертикальных колебании рудничных локомотивов с учетом колебании тягового привода ;

- проведение по ратработанои методике исследований вертикальных колебаний локомотивов при ра1\ичных значениях параметров рессорного подвешивания и тягового привода;

- сравнение динамических показателей перспективного рудничного локомотива с показателями динамического качеста рудничного •Электровоза К14.

Объект исследования. Объектами исследовании являются серий-

ный двухосный 'электровоз К14 со сцепным весом 140 кН и перспективный четырехосным \окомотив со сцепным весом 280 кН для рудничных условий, разрабатываемый м'п ЛС'ННХРОН при мкИТе с участием' автора.

Методика исследования. Оценка колебательных свойств исследу-

емых локомотивов в вертикальной плоскости выполнена на базе

анализы пмплитулно-чистчггмых характерстик (АЧХ) и функций спектральных плотностей (ФСП) выходных координат. Вычисление частотных характеристик выполнено по матричному алгоритму в виде решения системы матричных уравнении по методу Гаусса.

Научная «»низка. Научная новизна диссертационной работы заключается в -следующем:

- впервые разработана механо-математическая модель рудничного локоиотнва для исследования холебтшй и продольной вертикальной плоскости с учетом колебании тягчшогт» привода;

- разработана принципиальная схема перспективного тележеч-ного рудничного локомотива, являющегося одним из возможных иап-раоленнй совершенствования динамических качеств этого типа подвижного состава, повышения его нидехностн н производительности;

- выбрани рациональные параметра рессорного подвешивания и тягового привода перспективного локомотива.

Практическая ценность. Практическая ценность работы оп реде-

ляется тем что:

- разработана методика для комплексного исследования и оценки динамических свойств тягового привода п динамических качеств промышленного локомотива;

- разработана и предложена структура..1. схема перспективного тележечнопэ локомотива-.

' Полученные практические результаты исследований могут быть рекомендованы проектным и научно - нсследоиательскиы "организациям промышленного транспорта , занимавшимся вопросам • проектирования новых типов подвижного состава, а также конструкторским бюро заводов, выпускающих локомотивы.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы » ч

докладовалнсь на конференции, посаяаеннон 80-летна присвоения ий-

НТу статуса института инженеров путей сообщения 199л г.); на первой международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта" (Москва, 1944 г.); на заседании секций " Конструкция н динамика тепловозов " кафедры " Локомотивы н локомотивное хозяйство " МИНТа (Москва, 1994 г.) н на заседании кафедры " Локомотивы н локомотивное хозяйство " МНИТя (Москва, 194 4 г.).

Публикация. По теме диссертации написана одна статья, депо-

нированная в цниитэи мпс.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,

четырех глав, заключения , списка использованной литературы н приложения. Объем работы составляет 1(5 страниц машинописного текста, 78 рисунков и 4 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение. Во введении обосновывается актуальность выбранной

темы диссертации и приведена ее краткая характеристика.

Первая глава посвяиается обзору выполненных научных работ в

области вертикальной динамики рельсового подвижного состава, сформулированы цели и задачи работы, а также методы их решения.

Отмечается вклад в разработку методов исследовании колебаний рельсового подвижного состава, путей улучшения его динамических качеств и проблем взаимодействия экипажа с рельсовым путем ряда российских и зарубежных ученых.

Анализ имевшегося весьма ограниченного перечня теоретических н экспериментальных исследовании по динамике ходовых частей про-мыаленных и в том числе рудничных локомотивов показывает, что ни в одном из них динамика локомотива и привода не рассмотрена комплексно. В этих работах рассматривается та или иная частная проб-

- в -

лени. При :»юм динамические расчеты выполняются без учета связанных вертикальных колебании локомотива, пути и привода.

Поскольку рудничный локомотив относится к рельсовому подвижному составу, то при изучении его динамики могут быть использованы соответствующие методики исследования линамики магистрального железнодорожного подписною состава. При :>том, разумеется, необходимо учг-сть основные конструктивные и :>ксплуитацнонныс особенности, прнсувие рудничному локомотиву.

К основным особенностям исследуемого рудничного локомотива можно отнести специфичность кинематическом схемы тягового приводи. Особенностью конструкции тяювого привода является применение двухступенчатого конически - цилиндрического редуктора с большим передаточным числом,.

Спецификой конструкции типового рудничного локомотива является отсутсвие кузовной ступени рессорного подвешивания.

К основным особенностям условии работы рудничного локомотива можно отнести высокий уровень амплитуд неровностей пути и большое количество кривых малого радиуса.

За основу при проведении исследовании в настоящей работе, учитывая их универсальность, приняты методики для исследования динамики локомотива и тягового привода, изложенные в трудах профессоров Бирюкова И.В., Савоськина А.Я., Хусидона В.Л. и Бурчака Г.П.

На основании анализа неисправностей электровозов К14 и' особенностей их работы в рудничных условиях сформулирован общий облик механической части перспективного рудничного локомотива со Следующими отличительными особенностями:

- локомотив выполняется четырехосным на двух тележках с односторонней кабиной;

- система продольной связи кузова с тележйдми осуществляется при помощи низко расположенного икворня;

- в двухступенчатом рессорном подвешивании примененены рези-

но-метиллические уируго-диссипатнвные элементы;

• - тяговый привод первого класса с двухступенчатым редуктором и предусматривает специальные конструктивные мероприятия, способствующие снижению динамических нагрузок в тяг овом передаче ;

- по возможности сохраняется взаимозаменяемость хотя бы части элементов колесно-редукторного блока и рессорного подвешивания с типовыми двухосными локомотивами.

Во второй главе с учетом принятых допущении разрабатываются механо-математнческпе модели двухосного электровоза К14 и перспективного четырехосного локомотива.

Для оценки динамических нагрузок электровоза К14 были проведены экспериментальные исследования. Они проводились на путях Тырны-лузкого вольфрамоно-молибденового комбината. Во время испытании регистрировались вертикальные ускорения колесной пары и кузова .

Обработка экспериментальных данных осуществлялась на специализированном микропроцессорном комплексе ст-ч:») отдела автоматизации эксперимента МННТа.

Лналиэ частотного состава вертикальных ускорении кузова показал, что в колебаниях имеются составляющие соответствующие различным формам колебании тягового привода. Экспериментальные исследования подтвердили вывод о том, что при разработке моделей экипажа необходимо учитывать систему тягового привода.•

Разработанные расчетные модели дают возможность учитывать:

- вертикальные колебания кузова, рам тележки, блока двигатель-редуктор и колесных пар;

- угловые колебания кузова, рам тележек II блока двигатель-редуктор;

- крутильные колебания якорей тяговых двигателей и колесных пар. *

Для описания колебаний основных масс экипажной части приняты

следующие обозначения: '

Z - перемещение кузова вдоль вертикальной оси Z (подпрыгн-К

ванне);

ф - угловые перемещения кузова вокруг поперечной оси Y У К

(галопирование);

ZH¿~ в<Фтикаль,ше перемещения неподрессоренных масс (колесных пар, i-'l ,2) ;

угловые перемещения блоков двигатель-редуктор вокруг оси колесной пары;

угловые перемещения неподре с сорных масс относительно осей колесных пар;

д- вертикальные перемещения центров масс блоков двигитель - редуктор;

Фд - угловые колебания якорей тяговых двигателей вокруг своей оса вращения;

Мх, Мт, Мн, Мд-р - масса соответственно хузова, подрессорной части тележки, колесной пары и блока двигатель-редуктор;

1ук, 1ут - момент инерции относительно оси Y соответсвенно кузова и подрессорной части тележки;

1я, 1в, 1кп - момент инерции относительно оси вращения соответственно якоря тягового двигателя, упругого зубчатого колеса к колесной пары;

lo - момент инерции блока двигатель-редуктор относительно оси Y, проходящей через его центр масс;

Kl, К2, КЗ - жесткости соответственно буксовой ступени рессорного подвешивания в расчете на одну колесную пару, кузовной ступени рессорного подвешивания в расчете на одну тележку и подвески двигателя к раме тележки;

К4, К5 - крутильные жесткости соответственно упругого зубчатого колеса и упругой муфты якоря тягового двигателя;

Cl, С2, CJ - коэффициенты демпфирования соответстенно буксовой ступени рессорного подвешивания, кузовной ступени рессорного

поднешивання н подвески двигателя к раме тележки;

С4 , С5 - ко.нрфнцненты демпфирования соответственно упругого зубчатого колеса и упругой муфты тягового двигателя;

2а - база тележки;

2L - база кузова;

11 - расстояние от центра масс тележки до подвески блока двигателя;

1р1 - рассУоянне от подвески до центра масс блока двигателя ;

1р2 - расстояние от оси колесной пары до центра масс блока двигателя;

2П - нагрузка от колесной пары на рельсы;

дб - диаметр бандажа по кругу катания;

Uo, Up - передаточные числа соответственно первой и второй ступеней редуктора.

В таблице 1 приведены матрицы ко:>ффициентов относительно комлексных амплитуд рассмативаемых динамических процессов, соответствующих установившимся колебаниям с частотой w во всех обобщенных координатах .

Для более детального анализа частотного состава вертикальных ускорений колесной пары были экспериментально получены ряд функции спектральных плотностей при скоростях движения до 15 км/ч. Это дало возможность в первом приближении определить характер функции спектральной плотности эквивалентной геометрической неровности пути, как функции имеющей в своем составе как широкополосную, так и узкополосные составлявшие, с преобладанием первой, дисперсия эквивалентной геометрической неровности принята 0.25 10£—4 м: в диапазоне частот до ДО Гц.

Основными критериями , по которым производится оценка динамических свойств тягового привода и показателен динамических качеств локомотива.в настоящей работе приняты:

- для локомотива в целом - средние значения абсолютных мак-

Ti-a^Ut i

!.!атрлца ко-ЭДкциентов относительно ксштлекстгх п;лт.т,:туд пер спективного локомотива

ZK ZrC Jyri у dfi Уо? JV Миг ■ УбТ

ZK ¿(Кг+ТиХг) -fcl+ТыСг)

7шс£)

'¿Н -fo+JuCz) 7с0Сг ) -Cv'MT Тшфгсс,* •(C^TüJCj) TCL'Ci) '(Kj+JwCt)

• ■ш* ^ л-ohir' (Kf*Ju.>i,) (-1)4,(4^ JWCi) fc +JuiCj) CiJu>)

7д'р с-J *ТсОС,) (-')%(& JiVCi) -v'Vdfki* Jajij)' (ii * Ju/Cf > Wu)-ШЧ* Jwa)J -(b'foct)

5^7 . Ju/a) ¡fj'Swej) » /л-Ст// ^cjjtau-Lytf (¿[tj-utl V- ¡KC-JulCtt -Voif-Up) -{¡CS'JU1CS} Julis] (.Kj'JmCf!

^J с ■Uo(f-Up) ■ frf *Jü>CS) JuCsl • •üo Up ■ (£s * JzCs;

/%г. -(¡¿I+Jl'jc,) (sFa (<fi Jwc,) ~{<e*?wa\ WLto • jrwCtl

&J - -шЧсл Carmen) -¿fyyTxC/J

Ует | . _ ____ uSüpff-ü,,) (ts JioC/J-J.'ü/ (<S* Jal Сs)

снмуиоп ко.^нциентов динамики буксовой ступени рессорного подпс-

- б - Ц

шивання "<Кд ) и кузовной ступени рессорного подвешивания "(Кд ).

вертикального динамического усилия воздействия на путь )•

ускорения кузова И(2К) и коэффициента плавности кода С в кабине машиниста;

- для тягового привода- средние значения абсолютных максимумов динамического момента на палу яхоря тягового двигателя П(Мд) и динамических усилии в подвеске блока двигатель - редуктор ).

Для раскр? тня причинно-следственных связей и выявления тонкой структуры процессов предусмотрено определение функции спектральной плотности (ФС'П) процессов и построение амплитудных частотных характеристик (АЧХ)

0.третьей главе приведены результаты исследований вертикальных колебаний руднич::ого электровоза К14 и перспективного четырехосного локомотипа,

Результаты расчетов показали, что значения показателя плавности хода электровоза К14 являются рмсокимя, при скоростях движения более 3 км/ч уже достигают 2.7 а п.'Н 17 км/ч- значения порядка 3.4.

«

Средине значения абсолютного максимума вертикальных ускорений кузова с увеличением скорости возрастают и при скорости 17 км/ч имеют величину порядка 9.5 м/с2. Анализ частотного состава вертикальных ускорений кузова электровоза К14 показал, что основная дисперсия ускорении сосредоточена в диапазонах частот 1-4 ГЦ и I й-3*0 Гц. При этом максимумы функции спектральной плотности приходятся на частоты 1.75 ГЦ, 3.45 ГЦ II 20 ГЦ. Анализ АЧХ вертикальных усхоренин хузова и парциальных частот холебзний исследуемой системы похазал, что частота 1.75 ГЦ соответствует собственной частоте угловых колебаний кузова, 3.45 Гц - собственной частоте вертикальных колебании кузова, а 20 Ра - собственной частоте угловых колебаний блока двигатель - редухтор относительно оси ко-

лесной пары. Таким образом, подтвердились выводы, о том, что значительные воздействия от пут передаются на кузов через систему тягового привода. Значения абсолютного максимума ко'.х^фициента динамики буксовой ступени рессорного подвешивания весьма большие и при V » 17 км/ч составляют порядка 0.9. лннамнческне качества тягового привода ¡»того электровозе характеризуются большими значе-ниямн абсолютного максимума динамических моментов на валу якоря тягового 'двигатели и динамических усилий в подвеске блока двигателя. Например, при V » 9 км/ч максимальные значения динамической составляющей момента составляет порядка 1.7 кМм, что примерно в •два раза превышает значение тягоной составляющей момента. Через систему подвески тягового двигателя на кузов перелаются значительные динамические усилия, которые при V » 9 км/ч имеет величину порядка 4 0 Kit.

Следовательно, одним из направлений совершенствования динамических качеств ¡»того электровоза должно являться улучшение динамических свойств тягового привода, динамику тягового привода можно существенно улучшить за счет уменьшения торсионной жесткости цепи передачи тягового момента.

Введение упругой муфты жесткостью 10 кнм/рад приводит к изменению характера н уровнен АЧХ динамических моментов на валу якоря тягового двигателя и динамических усилий в подвеске двигателя, что в свою очередь приводит к уменьшению среднего значения абсолютного максимума динамических моментов на валу якоря (например, при V - 9 км/ч более чем в л.8 раза по сравнению с жестким приводом) и динамических усилий в подвеске двигателя (при V « 9 км/ч с 42 кН для жесткого варианта до 9 кН для упругого варианта). Однако, виелом, основные динамические качества электровоза (вертикальные ускорения кузова, ко:>ффициент динамики буксовой ступени рессорного подвешивания, вертикальные динамические' усилия воздействия на путь) имеют большие значения, превышающие допустимые. Результаты исследования влияния демпфирования в буксовой

ступенп рессорного подвешивания показали, что при существующей кинематической схеме экипажа и тягового привода невозможно улучшить его динамические качества только за счет рационального выбора демпфирования. Улучшения динамических качестп электровоза следует искать в разработке принципиально новой кинематической схемы экипажа и тягового привода.

Возможным» направлениями совершенствования рудничных локомотивов являются введение упругих связей в тяговый привод и предложенный специалистами - практиками рудничного транспорта переход к четырехосной схеме, обеспечивающей ряд эксплуатационных преимуществ за счет отказа от использования сплоток двухосных локомотивов .

■ Для выбора рациональной торсионной жесткости упругой муфты тягового привода перспективного четырехосного локомотива проводились расчеты при различных значениях угловой жесткости упругой муфты К5 - 400 кПм/рад (исходный вариант), КЗ - И) к||м/рад, К5 - 5 кнм/рад н К5 - 1 кНм/рад.

Зависимости от скорости движения динамических моментов на валу якоря тягового двигателя (а) и динамических усилий в подвеске двигателя (6) приведены на рнс. 1.

Снижение угловой жесткости муфты пеняет частотные свойства

*

системы. Как видно из рнс. 2а. где приведены ЛЧХ динамических моментов на валу якоря тягового электродвигателя при снижении жесткости с 400 кНм/рад (кривая 1) до 10 кНм/рад (кривая 2) меняется не только характер АЧХ, но и существенно уменьшаются амплитуды колебаний, что приводит к резкому снижению величин динамических иоментоц на валу якоря тягового двигателя (рнс. 1.а).

Уменьшение средних значений абсолютного максимума динамических усилий в подвеске двигателя при снижении угловой жесткости муфты (рнс. 1.Ь) объясняется существенным изменением частотных свойств системы. Как видно из рнс. 2.6, где приведены функции спектральной плотности динамических усилий в подвеске двигате\я при V » 9 км'ч, это приводит к существенному уменьшению дисперсии

усилии в подвеске двигателя в диапазоне частот более 12 Гц по сравнению с жестким вариантом (кривая I).

Улучшение динамических качеств тягового привода четырехосного локомотива можно осуществить и за счет введения упругого зубчатого колеса.

Уменьшение угловой жесткости в цепи передачи тягового момента за счет введения упругой муфты или упругого зубчатого колеса приводит не только к улучшению динамических качеств самого тягового двигателя. За счет уменьшении динамических усилий, передаваемых через систему подвески двигателя на раму тележки, улучшаются • показатели динамических качеств локомотива вцелом (ко:>ффтшенты динамики буксовой и кузовной ступеней рессорного подвешивания и вертикальные ускорения кузова).

Результаты расчетов показали, что предпочтительней величиной торсионной жесткости муфты является жесткость порядка 10 кНм/рад.

11 диссертации проведены исследования по влиянию параметров демпфирования буксовой и кузовной ступеней рессорного подвешивания на динамику рудничного локомотива.

Установлено, что влияние коэффициента демпфирования кузовной ступени рессорного подвешивания, в основном, сказывается на значениях динамических показателен в области скоростей порядка 8-10 км/ч. Имея ввиду, что этот диапазон скоростей является наиболее используемым, выбор лемфировання осуществлялся по значениям динамических показателей в его зоне. Вцелом, можно сказать, что наиболее целесообразным является значение коэффициента демпфирования кузовной ступени рессорного подвешивания N11-0.3.

Динамические показатели рассматривались при различных значениях коэффициентах демпфирования буксовой ступени рессорного подвешивания (N6). Расчеты проводились при N6-0.2, 0.2$, 0.35 и 0.4 от критического затухания.

Как и следовало ожидать, влияние N6 наиболее сильно сказывается на коэффициенте динамики буксовой ступени рессорного подве-

Зависимости от скорости двпжгнип динамических момгнтов на залу яксрл тягивого дьигачуля (а) и динамических усилий в подвеска двигателя (0) рудничного перепгьл'иьниги локомотива при К4 - оо

НСМя). к"'«, т

I.}

е. в

С. 4

г- т т-Т -

■*- гаг

4- ШИРХ.иг! ■[> 11ИТХ..1.1

/Ч

/

I

X ч

: п -

к

, - п

- - + ■

П - - О

-5-'°.........

* * 'Л

12

15

У.км/Ч

Н (Рпод), кН

13 р~

4

+ 1ГЛда.уу1 ТЛГГЙД^! •и

I }

1. К5 - оо .

* » 12 15

3. К5 - 5 кН.м/рад 2. К5 10 КН. и/рад 4. К5 - 1 кН. ц/рад

Р)!С I

IB

АЧ'х Дмиэшчосшх моментов па n;uiy ккоря тдгошго дшгл'голл (а)

¿CU дашиатоскюс в подвоеко двигателя (ó)

1. К4 -oö . К5 -оо

2. - К4 , К5 -10 кН/раД . Рис., 2

гаивания.

При выборе рационального значения N6 ставилась нем. обспече-пия динамических критериев качества при минимуме лииаии-ческнх сил, перелапаемих через гаситель. Исходя из этого, наиболее целесообразным оказалось значение N6 « 0.2 от критического.

Исследовалось также влияние жесткости буксовой ступени рессорного подвешивания четырехосного рудничного локомотива.

Исходные данные жесткости буксовой ступени рессорного подвешивания в расчете на одну колесную пару по результатам предварительной конструкторской обработки проекта тележки составили 2460 кн/м. Расчеты производились при увеличении и соответственно уменьшении жесткости на 30% по сравнению с исходными значениями.

Результаты расчетов показали, что изменение жесткости в указанных пределах практически не оказывает влияния на динамические показатели тягового привода, уровень вертикальных ускорений кузова, хотя и незначительно, зависит от значений жесткости, но в целом остается достаточно малым.

В зоне наиболее используемых схороетей (до 10 км/ч) уменьшение или увеличение жесткости буксовой ступени рессорного подвешивания на 30% практически не оказывает влияния на значение коэффициента динамики буксочон ступени рессорного подвешивания.

• п целом исходя из того, что значения коэффициента динамики не превышают допустимого значения, уровень вертикальных ускорений кузова достаточно мал, а влияния на вертикальные динамические усилия воздействия на путь не обнаружено, можно прннять значение жесткости буксовой ступени рессорного подвешивания равным исходному - 2460 КН/М.

В четвертой главе выполнена инженерная оценка сцепных качеств и поперечного воздействия на путь при входе в кривые сравниваемых вариантов локомотивов.

Величина направляюзей силы оценивалась путей определения составляющих от моментов сил крипа, от момента а связах с кузо-

вом, от прицепной чисти поезда и от динамической составляющей при входе в крикун.

расчеты проводились при движении в кривой К » I о м , без возвышения наружного рельса с максимальной скорость») II км/ч. В результате расчетов установлено, что суммарные направляющие усилия для двухосного локомотива составили .ю кН, а для четырехосного -25 кИ. Следует однико отметить, что приведенные расчеты носят приблизительный характер н имеют цель лишь убедиться в том, что и по динамическим свойствам с пошипи поперечного воздействия на путь четырехосный локомогин не уступает двухосному.

Инженерная оценка сцепных качеств чешрехосного н двухосного локомотивов пока шли, что коэффициент использования сцепного веса в четырехосном локомотиве (^"0 ч:> с принятыми параметрами выше, чем в двухосном локомотиве С^-о.кч).

Мклшчкшш

1. В результате авали>а причин неудонлетварительноп надежности откаточных электрово ми и особенностей их работы в условиях горнорудной промышленности сформулированы оОщие требования к механической части перспективных рудничных локомотивов.

2. На основании ана\нш методов исследований динамики магистрального желе нюлорожного тятиного подвижного состава к днна-микн рудничных локомотивов, разработана методика исследований вертикальных колебании рудничных локомотивов. включая колебания тягового привода, с учетом особенностей конструкций рудничных локомотивов и условий их эксплуатации.

.1. Разработаны механо - математические модели существующих двухосных и перспективных четырехосных рудничных локомотивов для прогнозирования показателен динамических качеств и выбора рациональных параметров экипажа и тягового привода.

4. Для исследований вынужденных колебаний локомотива и его

тягового пр'ниола, на основании имеющихся данных о иерошюстях рудничных рельсовых путей и выполненных экспериментальных исследований предложена функция спектральной плотности эквивалентной геометрической неровности пути с дисперсией 0.25 10ГС-4 м2 в диапазоне частот до ДО Гц при V - ю н км/ч,

5. При помови рпзрабоганои Методики выполнены расчеты основных динамических показателей рудничного электроном К14. В результате анализа динамических качеств этого электровоза установлено, что он характеризуется:

- высоким уровнем ускорении кузова, превышающем допустимые значения;

- высокими значениями коэффициента динамики буксовой ступени рессорного подвешивания, достигающими предельных уже на скоростях порядка 7 км/Ч;

- значительными динамическими моментами на палу якоря тягового двигателя, превышающими при скоростях более 7 км/ч тяговую составляющую момента;

- значительными усилиями, передаваемыми на кузов через систему подвески тягового двигателя, ко! >рыс при скоростях лишения более 7 хч/ч становятся примерно одинаковыми с усилиями, перела-пяечычи через систему рессорного полпекнвинии;

6. диализ поэмолшетей совершенствования динамических качеств существующего электровоза К14 показал следующее:

- эффективным средством уменьшения динамических моментов на палу тягового двигателя, ускорений кузова и усилий, передаваемых на кузов через систему подвески тягового двигателя, является введение упругой муфты . Например, при введении упругой муфты жесткостью 10 кН.м/рад, среднее значение абсолютного максимума дннз-иичгсхих моментов на валу якоря, усилий в подвеске двигателя н ускорений кузова при У»9 км/час уменьоаются соответственно в 5.8, ■5.6, 2.8 раз по сравнению с супествуюанц ( жестким ) вариантой.

- при супествуюпей кинематической схеме экипажа и тягового

привода невозможно заметно улучшить его динамические качества только за счет достаточно просто реализуемого рационального выбора демпфирования в буксовой ступени рессорного подвешивания.

7. При помощи разработиннон методики выполнены расчеты по выбору рациональны* параметров экипажа и тягового привода перспективного четерехосного рудничного локомотива. В результате этих расчетов установлено, уто предпочтительными являются следующие значения параметров экипажа и тягового привода:

- жесткость буксовой ступени рессорного иодвешнаннн в расчете на одну колесную пару 24л<1 к11/м,

» - жесткость кузовной ступени рессорного полнешианни в расчете на одну тележку дни кН'м.

- ко:*ффнциен 1Ы демпфирования и буксовой и кузовной ступени рессорного подвешивании coo г не i с 1 ненно о , 2, и о . .1;

- при введении i ибкой снят в цепь передачи тягового момента за счет применения упругой муфты, предпочтительной является жесткость муфты ю кН.м/рад. В этом случае максимальные динамические моменты на валу якоря и усилия в подвеске двигателя уменьшаются при V - v км/ч соответственна в ^.75 и * раз по сравнению с жестким вариантом;

- при введении гибкой связи в цепь передачи тягового моменти за счет применения упругого венца большого зубчатого колеса второй ступени тягового редуктора, рациональной является жесткость венца порядка |оМ) кН м рал

к. При сравнении динамических показателей существующего двухосного электровоза К14 и перспективного четерехосного локомотива с предпочтительными параметрами, выбранными в результате выполне-ных исследований установлено следующее:

- плавность хода перспективного локомотива на наиболее вероятной ходовой скорости (V км/ч) на о.,ч балла меньше чем у существующего;

- максимальные ускорения кузова и ко'хрфицнент динамики бук-

совой ступени рессорного подпсшнвнния ни этой *е скорости у перспективного локомотива соотнетствено снижаются (>олее чем в 5 и 4 раза по сравнению с существующими;

- динамический момент нн палу якоря II усилия в подвеске двигателя при V - ч км/ч у перспективного локомотива соответсвенно в 4.7 5 раз и 7.6 раз меньше чем у существующего.

9. в результате оценки направляющих усилий при входе экипажа в кривую и коэффициента использования сцепного веса существующего и перспективного локомотивов устаннплено что:

- при вхо/.г в кривую радиусом м со скоростью 11 ки/ч направляющие усилия у перспективного локомотива составляют 24 кн, что в 1,22 раз меньше чем у существующего;

- коэффициент использования сцепной массы перспективного локомотива составляет 0.90.1, а существующего 0.89.

10. Все сказанное выше позволяет утверждать, что четырехосный локомотив с предлагаемыми параметрами может рассматриваться как перспективный, обладающий лучшими динамическими качествами и как следствие - более высокой долговечностью.