Влияние демпфирования на динамику тепловоза

Широкому применению гидравлических демпферов клапанного типа в буксовой ступени препятствует наличие высокочастотных возбуждающих воздействий со стороны пути, которые обусловливают значительный рост динамических усилий, действующих на демпфер. Для уменьшения этих усилий необходимо принимать специальные меры защиты. Так, в отечественных демпферах предусмотрены разгружающие клапаны, которые срабатывают при силе неупругого сопротивления, равной 10 кН (затем эта сила не меняется). Как показали испытания, установка клапана не всегда дает ожидаемый эффект, наблюдается несрабатывание клапана при ударных нагрузках, в результате чего возможно повреждение демпфера. Для защиты демпфера от ударных нагрузок разработана и испытана упругая система защиты. Критерием выбора жесткости с о является ускорение обрессоренной массы’ в зоне резонанса: при у=3-ь5 ускорение примерно одинаковое, а сила по демпферу не превышает 15-20 кН. Анализ результатов расчета показывает, что при с₀ = 0,5с1 демпфер не развивает достаточной силы при резонансе и ускорение обрессоренной массы значительно возрастает. Увеличение жесткости с₀ до (5-10) й также нерационально ввиду роста ускорения в зарезонансной зоне.

Оптимальная жесткость с₀, выбранная в точке пересечения кривых х_к=!(со/с1), в зоне резонанса и при у=8 равна пример-мерно двум, т. е. жесткость уиругих элементов в местах крепления гидродемпфера должна быть равна удвоенной жесткости рессорного подвешивания. Для рессорного подвешивания тепловоза 2ТЭ116 жесткость крепления гидравлического демпфера принята равной 0,73 кН/мм. В соответствии с выбранной жесткостью определены размеры упругих элементов. Они приняты конической формы со средним наружным диаметром 72 мм, внутренним 34 мм, высотой 29 мм. Для резиновых втулок предусмотрены уп-

Рис. 33. Зависимость коэффициента (3 демпфирования от частоты колебаний 1 при давлении воздуха 0,8 МПа (диаметр дросселя 4 мм), при различной амплитуде виброперемещений: 1 — 20 мм; 2 — 10 мм ругие головки, которыми оборудованы стандартные отечественные демпферы.

Демпфер с упругими элементами защиты установлен на тепловозе 2ТЭ116 по центру букс. В процессе испытаний определены усилия по штоку демпфера при переезде изолированной неровности высотой 0,8 см с различной скоростью. Для сравнения резиновые втулки заменены металлическими. Испытания показали, что резиновые элементы позволяют уменьшить силы, действующие в демпфере, в среднем на 60 % по сравнению с силами в демпфере без защиты. Таким образом, упругое звено в цепи гидродемпфера улучшает условия его эксплуатации и лишь в небольшой степени снижает эффективность в зоне резонанса.

Ввиду ограниченной возможности защиты гидравлического демпфера и принципиальных недостатков, связанных с его применением в буксовой ступени, наиболее эффективным способом улучшения динамических качеств одноступенчатого подвешивания является применение пневмодемпфера. Пневмодемпфер эффективно снижает амплитуды колебаний и демпфирующую силу в зарезонансной зоне. Благодаря сжимаемости воздуха ударные нагрузки не передаются надрессорному строению.

На рис. 32 показан общий вид пневмодемпфера, установленного на тепловозе 2ТЭ116. Он включает в себя цилиндр 1, который крепится к буксе, и поршень 2, соединенный с рамой тележки. В поршне имеется дроссельное отверстие, через которое воздух перетекает из одной полости в другую при колебаниях тепловоза. Цилиндр соединен с главным тормозным резервуаром через обратный клапан. Давление воздуха в демпфере 0,8-0,85 МПа. Динамическая жесткость и демпфирующая сила зависят от диаметра дросселя. Как показал анализ АЧХ, полученной на стенде, оптимальный диаметр дросселя равен 4-4,5 мм. Поршень уплотнен чугунными кольцами.

Коэффициент сопротивления р достигает 500 Н-с/см при низких частотах, с ростом частоты он резко снижается (рис. 33), что приводит к уменьшению силы сопротивления демпфера в области высоких частот. Благодаря такой зависимости |3 = (f) достигаются высокая эффективность пневмодемпфера на низких, резонансных для тепловоза частотах и снижение демпфирующей силы в области высоких частот. При (3=4504-500 Н-с/см и установке демпферов на каждой буксе обеспечивается и эффективная виброзащита (6 = 0,35).

Проведенные исследования, а также результаты динамических испытаний тепловоза 2ТЭ116, оборудованного пневмодемпферами, показали более высокую эффективность их применения по сравнению с гидравлическими демпферами клапанного типа.