Локомотивтердің жалпы құрылысы 3 page

13-16 дәріс. Теміржол көлігінің жүріс бөлшектеріне және беріктікке талаптар

Доңғалақ жұптарына ең қолайсыз үйлесім жағдайында вагон қозғалысы кезінде берілетін күштердің көбі дерлік әсер етеді. Ең көп салмақ түскен доңғалақ жұбы болып, әдетте, қозғалыс бағытындағы ең біріншісі болып табылады. Өйткені, жылжымалы құрамның жолдың қисық тұсына енген кезінде вертикал статикалық және динамикалық күштермен үйлесе отырып, оған рельстің бағыттаушы күші де әсер береді. Күштердің түсетін орны ось мойыншалары, ал реакциялар рельспен жанасу орнындағы доңғалақтың сырғанау бетінде пайда болады. Кейбір жағдайларда жүктемелердің кейбір түрлері өстің орта бөлігіне, айталық, вагон астылық генераторды, тежеу дискісін, т.б. іске қосу шкивтерінің орналасқан жерінде беріледі.

Жүк тиелген вагонның ось мойыншаларының ортасына түсетін вертикал статикалық жүктемесі (6.1 сурет) мына формула бойынша анықталады:

^, (6.1)

мұндағы Р_бр, Р_кп, Р_ш — сәйкесінше, брутто вагонның, доңғалақ жұбының және осьтің консольдік бөлігінің мойынша енінен доңғалақтың айналу шеңберінің жазықтығына дейін алғандағы ауырлық күштері;

m_о — вагондағы доңғалақ жұптарының саны;

l — вагонның жүккөтергіштігін қолдану коэффициентінің орташа мәні, жолаушы вагондары үшін l=1.

Рессорланған массалардың тербелісі кезінде пайда болатын вертикал динамикалық жүктеме төмендегі формула бойынша анықталады:

Р_д = Р_ст × к_дв, (6.2)

мұндағы к_дв – доңғалақ жұбының вертикалы динамикасының коэфициенті, ол мына эмпирикалық формуламен анықталады:

, (6.3)

мұндағы l_в — арбашықтың өстігіне байланысты болатын шама.

А, В — сәйкесінше, рессорлық аспаның өзгерушілігіне және вагон типіне байланысты болатын шамалар;

v — вагонның қозғалу жылдамдығы, м/с;

f_ст — рессорлық аспаның статикалық майысуы, м.

а — вертикал статикалық және динамикалық күштердің; б — бүйірлік горизонтал жүктемелерден болатын вертикал күштердің; в — орталықтық күштен және жел қысымынан болатын горизонтал жүктеменің; г — рессорланбаған массалардың инерциялық күштерінен болатын вертикал жүктемелер әсер етуі

6.1 сурет. Вагонның доңғалақ жұбының жүктелу схемасы:

Тербелістердің симметриялық емес түрінің ең қолайсыз үйлесімін ескере отырып, вертикал динамикалық жүктемені бір мойыншаның ортасына түсірілген деп (6.1а сурет), ал екіншісінде оны нөлге тең деп алады. Рельстердің статикалық және динамикалық күштерден болатын вертикал реакциясын доңғалақ жұбының тепе-теңдік шартынан анықтайды:

,

Бұл формуладан алатынымыз:

; (6.4)

шартынан шығатыны:

. (6.5)

Орталықтық күштен болатын бір мойыншаға қосымша жүктелетін, ал екіншісін босататын вертикал жүктеме (6.1б сурет) мына формуламен анықталады:

, (6.6)

мұндағы —бір доңғалақ жұбына берілетін вагонның орталықтық күші;

h_ц — вагонның ауырлық орталығының доңғалақ жұптарының өстік сызығынан биіктігі;

2b₂ - ось орталарының арақашықтықтары.

Орталықтық күш тәріздес әсер беретін жел қысымынан болатын вертикал жүктеме мына формуламен анықталады:

, (6.7)

мұндағы — бір доңғалақ жұбына келетін, вагонның бүйір бетіне берілген жел күші;

h_в — жел қысымының бірдей әсерлі сызығынан доңғалақ жұптарының осьтік сызығының деңгейіне дейінгі арақашықтығы.

Доңғалақ жұбының тепе-теңдік шартынан, мысалы, В нүктесіне қарасты нөлге тең сәттер қосындысынан, тіреулердің орталықтық және желдік жүктемелерден болатын вертикал күштерге көрсететін реакциясын анықтайды:

Орталықтық күштен және жел қысымынан болатын горизонтал жүктеме (6.1 сурет) мына тәртіпте анықталады. Рамалық күш Н мына формуламен есептеледі:

, (6.8)

мұндағы к_дг — горизонтал динамика коэффициенті. Ол мына эмпирической формула бойынша анықталады:

, (6.9)

мұндағы l_г, d — арбашықтың осьтілігіне және рессорлық аспаның өзгергіштігіне тәуелді шамалар;

F — жүк вагондары үшін: — 4,5; изотермиялық вагондар үшін — 4; жолаушы вагондары үшін — 3,5 тең коэффициент.

Доңғалақтың жолдың қисық учаскесіндегі ішкі рельспен түйіскен жерінде пайда болатын көлденең үйкеліс күші мынаған тең:

, (6.10)

мұндағы m — доңғалақтың рельс бойымен сырғанау кезіндегі үйкеліс коэффициенті;

N_в — ішкі рельс бойымен қозғалатын доңғалақтың вертикал жүктемесі.

Жолдың қисық учаскесіндегі сыртқы рельспен қозғалатын доңғалаққа түсетін бүйірлік қысым Н₁ тепе-теңдік шартынан анықталады:

,

Бұдан шығатыны

Н₁=Н+Н₂, (6.11)

Бұл жағдайдағы рельстердің вертикал реакциясы (6.1в сурет) тепе-теңдік шартынан анықталады, мысалы:

,

Бұдан шығатыны:

, (6.12)

Рессорланбаған массалардың инерция күшінен болатын вертикал жүктемелер Ньютонның екінші заңы бойынша, доңғалақ жұбы элементі массасының үдеуге көбейтіндісі ретінде анықталады. Бұл орайда инерциялық күштердің симметриялы емес әсерінің ең қолайсыз жағдайы қабылданады, айталық, бір доңғалақтың, мысалы, сол жақ доңғалақтың үдеуі (6.1 сурет) пайда болады да, ал оң жақтікінде ол нөлге тең болады. Оның үстіне үдеулердің доңғалақ жұбының ұзындығы бойымен сызықтық өзгеруі ескеріледі. Эксперименттік берілгендерді өңдеу нәтижесінде буксалық торап үдеуінің вагон жылдамдығына және басқа да параметрлерге тәуелділігін көрсететін эмпирикалық формулалар тағайындалды::

, (6.13)

мұндағы D — вагон типіне және қозғалыс жылдамдығына байланысты болатын шама;

m_н — рельске түсетін рессорланбаған бөліктердің массаларының қосындысы.

Сол жақ доңғалақтың j_к, осьтің орталық бөлігінің j_с және оң жақ буксалық тораптың j₂ үдеулері үшбұрыш тәсілімен анықталады (6.1 г суретті қараңыз).

Ось мойыншасына әсер етуші инерция күштері:

Сол жаққа - ; (6.14)

Оң жаққа - , (6.15)

мұндағы m₁, m₂ — осьтің сол және оң жақ мойыншаларына келетін рессорланбаған масса қосындылары. Сол жақ доңғалақтың инерция күші , (6.16)

сол жақ доңғалақтың сырғанау шеңберінің қашықтығынан түсетін осьтің орта бөлігінің инерция күші — , (6.17)

мұндағы m_к, m_c — сәйкесінше, доңғалақтың және осьтің орта бөлігінң массалары.

Егер, осьтің орта бөлігінде редуктор немесе вагон астылық генератордың оталдыру шкиві, тежеуіш дискісі орнатылған болса, онда соларға сәйкес қосымша инерция күштерін есептеу керек болады.

Рельстердің инерциялық күштердің әсерінен болатын вертикал реакцияларын тепе-теңдік шартынан анықтайды.

Доңғалақ жұптарына пайдалану барысындағы жүктелу режимдері мен әртүрлі жағдайларда берілетін активтік және реактивтік жүктемелердің ықтимал үйлесімдерін күштердің әсер ету бағытын ескере отырып, олардың жеке топтарын қосу арқылы (6.1б сурет) табуға болады.

6.2. Өстің есептік қималарының жүктелуі

Вагон осінің (6.2 сурет) әрқалай жүктелуіне байланысты ұзына бойы айнымалы көлденең қималары болады.

6.2 сурет. Өстің есептік қималарының есептік сұлбасы мен орналасу жағдайлары.

Осьтің есептік болып табылатын ең көп жүктелген көлденең қималары мынадай жағдайларда көрініс табады:

I-I — босатушы канавканың басында орналасқан артқы аунақшалы мойынтірек сақинасының ішкі аумағы бойынша;

2-2 — мойыншаның ішкі галтелі бойымен, галтель басынан басталған өткелдік учаске ұзындығының 1/3-ндей қашықтықта;

3-3 — сырғу шеңберінің жазықтығында;

4-4 — ось ортасында;

5-5 — галтель бойынша осьтің алдыңғы тұсынан орта бөлігіне ауысу орнында.

Есептік қималардағы иілдіруші сәттер мына формулалармен анықталады:

;

;

; (6.18)

;

.

Есептік схемада доңғалақтар алып тасталғандықтан, олардың әсері Н₁ және Н₂ күштерімен, сондай-ақ М_л және М_п иілдіруші сәттермен ауыстырылған. Олар төмендегі формулалармен анықталады:

;

,

мұндағы b — инерциялық жүктемелердің осьтің ішкі қималарына берілу коэффициенті.

Сол қималардағы вертикал статикалық жүктемелерден туындайтын иілдіруші сәттер мынаны құрайды:

;

; (6.19)

Тұтас ось үшін і =1—5 болатын есептік қималардың майысуына екдергі болу сәттері мына формуламен анықталады:

; (6.20)

мұндағы d_i — і –ші есептік қимадағы ось диаметрі

Осьтің есептік қималарындағы төмендегі себептерден туындайтын кернеулер:

есептік күштерден —

; (6.21)

вертикал статикалық жүктемеден —

; (6.22)

6.3. Вагон осінің беріктігін бағалау

Доңғалақ жұбын жобалау кезіндегі немесе стандарттық осьтің беріктігін бағалаудағы жаңа осін есептеу ықтималдылық әдісімен жүргізіледі. Бұл орайда тозуға қарсылық көрсеткіші, осьтің беріктік сипаттамасының сейілу ықтималдылығы және оған әсер ететін динамикалық жүктемелер ескеріле отырады. Бұл әдіс бойынша осьтің әрбір есептік қимасының беріктігін бағалаудың критериі ретінде төмендегі шарт алынады:

, (6.23)

мұндағы n — тозуға шыдамдылық қорының есептік коэффициенті; [n] — тозуға қарсылық қорының ұйғарылған коэффициенті.

Осьтің i -нші қимасындағы тозуға шыдамдылық қорының есептік коэффициенті мына формуламен анықталады:

, (6.24)

мұндағы Ф(t_max), Ф(t_min) — қалыпты бөлінудің нормаланған интегралдық функциялары, (Лаплас функциясы), анықтамалар кестелері бойынша табылады;

; — есептік қималардың асық жүктелу коэффициенті: максимал және минимал ( — осьтің төзімділік шегі, 6.1 кестесінен анықталады);

m — тозушылық қисығы теңдеуіндегі дәреже көрсеткіші, материал қасиеттеріне және дайындау технологиясына тәуелді болады, жаймаланған осьтер үшін m =18; жаймаланбаған осьтер үшін m = 8 деп қабылданған;

N_o — циклдердің базалық саны, осьтер үшін N_o = 10⁸ деп қабылданған;

N_c — осьтің қызмет ету уақыты ішіндегі циклдердің қосынды саны: жолаушы вагондарының осьтері үшін N_c = 1·10⁹; жүк вагондары және изотермиялық вагондар үшін N_c = 1,2 ×10⁹ болып қабылданған;

S, t_max, t_min параметрлерінің мәндері мына формулалармен анықталады:

; (6.25)

; (6.26) , (6.30)

Ондағы:

t_o =4,5 – жолаушы вагондарының осьтері үшін;

t_o =4,0 – жүк вагондары және изотермиялық вагондар үшін қабылданған.

6.1 кесте. Ось беріктігі шегінің орташа мәндері

Осьтің тозуға қарсылық қорының ұйғарылған коэффициентін мынаған тең деп қабылдаған дұрыс:

[n] =2 – жүк вагондары және изотермиялық вагондар үшін;

[n] =2,1 – пошталық, багаждық және пошталық-багаждық вагон осьтері үшін;

[n] =2,3 – жолаушы вагондарының осьтері үшін.

Егер, есептеу нәтижесінде (6.23) шарты орындалатын болса, онда – осьтің тозуға беріктігінің қажетті қоры бар болғаны.

17-18 дәріс. Теміржол көлігіне әсер ететін негізгі күштерді анықтау әдісі

Жүк вагондарының типтері мен параметрлерін дұрыс таңдау үлкен маңызға ие,өткені ірі материалдық бағалықтары рационалды шығындау, темір жол көлігіндегі еңбек өнімділігін осыған байланысты. Вагон типтерін таңдауға ерекше маңызды факторға жүк айналымының көлемі мен құрамы жатады, ол өнеркәсіптік және ауыл шаруашылық өндіріс сипатын кескіндейді.

Вагон типін таңдауға тиеу – түсіру жұмыстарын комплексті механикаландыру мен автоматтандыруды қамтамасыз ететін шарттарды сақтауға ерекше назар аудару керек, кәзіргі шарттар үшін еңбек өнімділігін көтеру, ауыр физикалық жұмысты жою керек.

1 – супетте «ҚТЖ» Ұлттық компаниясының жүктерді тиеу көрсетілген.

«ҚТЖ» Ұлттық компания ААҚ 2004 жыл (млн. тонна)

Тас көмір – 82,7

Мұнай – 20,0

Темір рудасы – 24,8

Түсті руда – 12,8

Қара металл – 5,8

Химиялық және минералды тыңатқыштар – 2,5

Құрылыс жүктері – 15,7

Цемент – 2,4

Орман жүктері – 0,7

Дән мен ұнтақтау өнімдері – 5,7

Басқалар – 20,6

1 – сурет

Жүк тиеудің талдауы көрсеткендей, вагон паркі бес негізгі вагондар типінен тұруы керек: жабық, жартылай вагон, платформадан, цистерна мен изотермиялық вагоннан. Көрсетілген бес типті вагондар жүктердің кең номенклатурасын тасымалдайды, және осы мағанада бұл вагондарды әмбебап деп атауға болады. Ең әмбебап вагонға жабық вагондар жатады. Әмбебап вагондардан басқа тасымалдаудың ерекше жағдайларымен ерекшеленетін жүктердің кейбір түрлерін тасымалдауға арналған арнайы вагондар қолданылады (цемент, қышқылдар, сүт, газ, тірі балық, ауыр және үлкен жүктер және т,б.). Бұл жүктер әмбебап вагондарда тасымалдау мүмкін емес немесе тиімсіз. Сондықтан паркте транспортерлер, цемент тасымалдағыштар, мал, тірі балық пен минералды тыңайтқыштар тасымалдауға арналған вагондар мен басқа да арнайы вагондар бар.

«ҚТЖ» Ұлттық компаниясы жүк вагондары инвентарь паркінің құрылымы 1 кестеде берілген. (1 тамыз 2002 ж күйі бойынша).

1 кесте. Жүк вагондарының инвентарь паркі (физикалық бірлік)

вагон тиімділігін сипаттайтын негізгі параметрге жатады: жүк көтеруі, тара, дөңгелек жұбының саны (өстігі), кузов көлемі, еден ауданы, ұзындығы жжәне басқа вагонның сызықтық өлшемдері. Вагондарды өзара салыстыру үшін осы шамалардың қатысын білдіретін параметрді қолденады: кузовтың меншікті көлемі, еденнің меншікті ауданы, тара коэффиценті, рельске дөңгелек жұбынан жүктеме, жолдың метіріне жүктеме. Вагонның қолданылуында маңызды көрсеткішке орташа статикалық және орташа динамикалық жүктеме жатады. Меншікті көлем дегеніміз кузов көлемінің жүк көтеруіне қатынасы

, (1.1.) бұнда v кузовтың толық не геометриялық көлемі, м³; Р – вагонның жүк көтеруі, m.

Толық көлемінен басқа кузовтың тиеу көлемі болады.

(1.2.) бұнда - кузовтың геометриялық көлемін қолдану коэффиценті.

Жабық және изотермиялық вагондар үшін < 1, цистерна үшін = 1, ал жартылай вагондарда тиеу кезінде қабырға деңгейінен жоғары (қалпағымен) > 1 (1.2.) формуланы ескеріп, (1.1.) формула мына түрге келеді.

(1.3)

Платформа үшін мекншікті көлем орнына еденнің меншікті ауданын анықтайды

, (1.4), бұнда толық ауданы, м ², Н – тиеу биіктігі платформа борттары биіктігімен және қозғалыс кезінде кемуін ескеріп жүктің табиғи еңістігі бұрышымен анықталады, ал қалған жүктер үшін жылжымалы құрам габариттарінің жоғары сызықтарымен.

Меншікті көлем мен меншікті аудан шамаларына вагон көлемін қолдану мен жүк көтеруі байланысты, осы себепті тасымалдаудың берілген көлемі үшін тасымалдаудың өзіндік құны, вагондар паркі өлшемі мен базасы тәуелді болады.

Бір түрлі жүкті көлеммен массасы Р (т/м⁵) тасымалдауда тиімді меншікті көлеммен меншікті ауданы

(1.5.)

(1.6.)

Статикалық жүктеме вагонға тиелетін жүк мөлшерін анықтайды. Жүктің әрбір түрі үшін мына формуламен анықтауға болды

(1.7.) бұнда Р – вагонның жүк көтеруі λ _і – і –ші жүк үшін жүк көтеруді қолдану коэффиценті.

Турлі жүктер тасымалдагнатын вагонның әр типі үшін орташа статикалық жүктеме

, (1.8.)

бұнда аі –қарастырылған вагон типі тасыьалдайтын жүктің жалпы көлемінде і – ші жүктің абсолютті саны немесе үлесі. Статикалық жүктеме оны тасымалдау қашықтығын ескетмей вагонда жүк мөлшерін анықтықтайды. Бұл қашықтықты ескеру үшін басқа көрсеткішті қолданады – қарастырылған вагон типінің орташа динамикалық көрсеткішін –

, (1.9.) бұнда lі – і- ші жүкті тасымалдаудың орташа қашықтығы.

Тара коэффиценттері

Вагон тарасын төмендету вагон құрылысы өнеркәсібінде маңызды міндеттердің бірі. Бұл тек вагондар құрылысына материал шығынының үлкендігіне ғана түсіндірілмейді, сондай – ақ тараның ұлғаюымен үлкейетін вагондардың жылтуына тұрақты шығындар мен де. Жүк вагондарының тарасы кемуінде олардың жүк көтеруі ұлғаюы мүмкін, осыдан пайыздың нетто салмағының ұлғаюы есебінен темір жолдардың тасымалдау қабілетінің ұлғаюы қамтамасыздандырылады. Тасымалдаудың өзгермейтін өлшемдеріне тараның төмендеуі вагондар мен локомотивтер паркінің қысқаруын, темір жолдардың, локомотив және пойыз бригадаларының өткізу қабілеті дамуының қажеттілігін қамтамасыз етеді. Егер вагондар тарасы төмендегенде жүк көтеруі үлкеймейді, онда дөңгелек жұбынан редбске жүктеме кемиді, осы себептен рельстердің, дөңгелектердің, тежеу колодкаларының, буксалардың қызмет ету мерзімі ұлғаяды. Бір уақытта қозғалысқа қарсылық кемиді, бұл локомотивтердің өзгеріссіз тарту күшін де пойыздардың қозғалыс жылдамдығын ұлғайтуға мүмкіндік береді және осының себебінен темір жолдардың өткізу қабілетін жоғарлатуға, локомотивтер тұтынатын электр энергиясы мен отындар шығынын қысқартуға болады. Сондай – ақ динамикалық күштер кемиді, осының есебінен вагон тарасының төмендеуіне ықпал етеді.