ТЕПЛОВОЗ
DIESEL LOCOMOTIVE

Предлагаемое изобретение относится к области рельсовых транспортных средств и может быть использовано в конструкциях тепловозов.
Известен тепловоз 2ТЭ116, описанный в книге «Конструкция и динамика тепловозов» (Изд. 2-е, доп., под ред. Иванова В.Н. М.: Транспорт, 1974 г. ) и показанный на рис. 3, стр. 9. Такой тепловоз состоит из кузова, установленного на раме, которая с помощью опорно-возвращающих устройств (см. ту же книгу стр. 118, рис. 71 и стр. 123, рис. 75) взаимосвязана с рамами тележек (см. стр. 111, рис. 64). Рамы тележек также связаны с помощью шкворневого узла с кузовом тепловоза (стр. 117, рис. 70).
В то же время рамы тележек через рессорное подвешивание соединены с буксами колесных пар, составляющих вместе с тяговыми электродвигателями колесно-моторные блоки, которые через опорные приливы соединены с рамами тележек (стр. 174, рис. 119). Для повышения плавности хода тепловоза 2ТЭ116 в конструкции тележек предусмотрена установка фрикционных амортизаторов (стр. 117, рис. 70). Несмотря на свою эффективность использования, такой тепловоз обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что он имеет только одну степень рессорного подвешивания, причем последняя совместно с фрикционными амортизаторами не может в автоматическом режиме изменять свои жесткостные характеристики, а это не позволяет эффективно производить гашение колебаний экипажа при его движении как на прямых, так кривых участках рельсового пути.
Известен также тепловоз 2ТЭ25К, который имеет две ступени рессорного подвешивания, расположенного как в буксовых узлах, так и в зоне контакта кузова тепловоза с тележками, представляющего собой центральное подвешивание (см. статью Г.С. Михальченко, А.С. Юршин. Оценка износа колес грузового тепловоза с радиальной установкой колесных пар. Вестник Брянского государственного технического университета. Транспортное машиностроение. 2007. - 39 - 45 с.). У такого тепловоза для гашения колебаний используются гидравлические гасители колебаний, установленные между рамой и кузовом тепловоза (см. рис. 1 указанной статьи). Однако последние не имеют возможности изменять в автоматическом режиме свои демпфирующие характеристики, и поэтому недостатки тепловоза 2ТЭ25К подобны описанным недостаткам, указанным в аналоге для тепловоза 2ТЭ1116.
Целью предлагаемого изобретения является разработка такой конструкции центрального подвешивания, которая бы в автоматическом режиме, изменив свои жесткостные характеристики, эффективно позволила бы производить гашение колебаний кузова тепловоза.
Поставленная цель достигается тем, что в каждой из тележек в продольной их плоскости на одинаковом расстоянии относительно оси симметрии, проходящей через шкворни, расположены упругие стержни, одни концы которых снабжены рычагами, взаимодействующими с днищем кузова, а другие - шлицами, подвижно размещенными в опорах, жестко закрепленных на тележках, каждый из упругих стержней своими шлицами взаимосвязан с ответными, выполненными в стаканах квадратного сечения, подвижно установленных в одних из опор, а во внутренних полостях стаканов размещены винтовые пружины сжатия, контактирующие как с внутренними их торцевыми стенками, так и с торцами упругих стержней, каждый из стаканов, имеющих внешние торцевые наклонные поверхности, взаимодействует с сухарями клиновой формы, подвижно установленными в направляющих, жестко закрепленных на тележках, причем их поверхности, обращенные в сторону кузова, выполнены плоскими и контактируют с упомянутым днищем кузова тепловоза.
На фиг. 1 показана одна из тележек тепловоза вид сбоку, на фиг. 2 - принципиальная схема центрального подвешивания тепловоза, на фиг. 3 - укрупненный узел центрального подвешивания тепловоза, вид сбоку, с разрезом его деталей, на фиг. 4 - сечение по А-А фиг. 3.
Тепловоз состоит из кузова 1, контактирующего с рычагами 2, жестко закрепленными на упругих стержнях 3, подвижно установленных в опорах 4, жестко смонтированных на раме тележки 5. Упругие стержни 3 также подвижно размещены в неподвижных опорах квадратного сечения 6, жестко закрепленных на раме 5, в которых подвижно установлены подобного сечения стаканы 7, взаимодействующие шлицами 8 со шлицами 9, выполненными на упругих стержнях 3. Между торцами упругих стержней 3 и стаканами 7 размещены цилиндрические винтовые пружины сжатия 10. Стаканы 3 имеют наклонные поверхности 11, взаимодействующие с сухарями клиновой формы 12, примыкающими к кузову 1 так же, как и рычаги 2. Сухари клиновой формы 12 расположены подвижно в направляющих 13, жестко закрепленных на раме 5. Рама 5 с помощью рессорного подвешивания 14 соединена с колесными парами 15, связанными с тяговыми электродвигателями 16. Колесные пары 15 перемещаются по рельсовому пути 17. Рама тележки 5 соединена с кузовом 1 шкворнем 16.
Работает тепловоз следующим образом.
1
При установке кузова 1 на тележку рычаги 2 всех четырех упругих стрежней 3 (см. фиг. 2) располагают примерно под углом α=45° к горизонту, при этом угловую деформацию упругие стержни 3 не получают, иными словами они не деформированы при таком положении рычагов 2. Затем кузов 1 опускают на тележку, который фиксируется шкворнем 16, при этом, упираясь в кузов 1, рычаги 2 располагаются под углом порядка α=30° и в статике тепловоза больше их положение не изменяется. Понятно, что при этом упругие стержни 3 так же получат угловую деформацию и окажутся в напряженном состоянии, но таком, что не теряют своих упругих свойств и не получают остаточной деформации. Предположим теперь, что тепловоз получает движение по стрелке В и, преодолевая неровности пути, совершает колебания кузова 1 относительно рамы 5 вида - подпрыгивания и боковую качку, при этом амплитуда таких колебаний будет незначительна и вот почему. Так, при колебаниях подпрыгивание все четыре рычага 2 получат дополнительное угловое перемещение в отличие от вышеуказанного α=30°, при этом упругие стержни 3 так же получат угловой поворот в этом же направлении. Одновременно сухари клиновой формы 12 переместятся в своих направляющих 13 по стрелкам Е, что позволит стаканам 7 получить перемещение по стрелкам F, сжать свои цилиндрические винтовые пружины сжатия 10 и уменьшить тем самым рабочую длину упругих стержней 3 с l до l (см. фиг. 3). И тогда крутильная жесткость упругих стержней 3 возрастет, что позволит сдемфировать такое перемещение кузова 1.
Такой процесс подтверждается известной зависимостью:
где G - модуль Юнга;
J - момент инерции сечения стержня;
d - диаметр стержня;
l - длина стержня.
После исчезновения динамической нагрузки, вызвавший угловой поворот рычагов 2 и движение по стрелке Е сухарей клиновой формы 12, указанные детали возвращаются в исходное положение, такое, как это показано на фигуре 3. При боковой качке кузова 1 тепловоза относительно тележки 5 процесс увеличения крутильной жесткости упругих стержней 3 подобен вышеописанному, с той лишь разницей, что в восприятии таких колебаний участвуют не все устройства, показанные на фиг. 2, а только их пара, расположенная слева или справа чертежа, при этом, например, упругие стержни 3, расположенные слева на фиг. 2, увеличивают свою крутильную жесткость, а находящиеся справа, наоборот, ее снижают. Далее описанные процессы могут повторяться неоднократно.
Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как использование его в практике позволит повысить плавность хода тепловозов.