При движении тепловоза его подрессоренные части совершают сложные-колебательные движения. Основными причинами этого являются неровности пути из-за етыков между рельсами, неравномерность износа рельсов и допусков на их укладку, возможные выбоины, коничноеть бандажей и др. Колебания сопровождаются силами, которые не только передаются от колеса на рельс, но и в такой же мере действуют на колесо, а через него на другие части конструкции тепловоза.
Большие силы могут привести к нарушению плавности хода, к недопустимым износам конструкции, расстройству пути и даже вызвать сход колесных пар с рельсов. Поэтому динамическим качествам тепловоза и вопросам воздействия его на Путь уделяется самое серьезное внимание, а выбор конструкций и характеристик экипажной части производят на основании всестороннего анализа существующих конструкций и опыта их эксплуатации. Новые конструкции подвергаются обязательно теоретическим и экспериментальным исследованиям. Каждому железнодорожному экипажу свойственна собственная частота вертикальных колебаний надрессорного строения, которая определяется весом, особенностями конструкции и характеристиками рессорного подвешивания.
При движении тепловоза от толчков на стыках возникают колебания надрессорного строения. При скорости, когда частота наездов на стыки близка или совпадает с частотой собственных колебаний подвешивания, величина (амплитуда) колебаний значительно возрастает. Такая скорость движения тепловоза называется критической. Для тепловозов ТЭМ1 и ТЭМ2 критическая скорость лежит выше конструкционной. Поэтому опасности нарастания вертикальных колебаний в зависимости от скорости движения нет.
Кроме стыков, на экипаж локомотива действует множество непериодических импульсов, вызывающих по существу непрерывное колебание надрессорного строения с собственной частотой. Во избежание недопустимого увеличения амплитуды колебания локомотива в системе рессорного подвешивания необходимо иметь демпфирование. Эту роль в рессорном подвешивании тепловозов ТЭМ1 и ТЭМ2 выполняют листовые рессоры.
Обычной формой движения железнодорожного экипажа по прямому пути является извилистое или виляние. Причины этого - неровности пути в плане, сообщающие экипажу боковые толчки, наличие зазора между ребордами колес и рельсами, коничность бандажей и др.
Виляние имеет свои положительные стороны. Постоянное колебание средней линии экипажа около средней линии пути снижает износ гребней и уменьшает прокат бандажей из-за отсутствия постоянного контакта между гребнем и рельсом и непрерывного перемещения круга катания колес.
Но при определенных неблагоприятных условиях виляние может вызвать большие горизонтальные давления на рельсы и большие горизонтальные колебания надрессорного строения.
Разработан целый ряд рекомендаций и конструктивных решений, которые ограничивают виляния в определенных пределах. На тепловозах ТЭМ1 и ТЭМ2 принята следующая конструкция: кузов опирается на тележки через опоры скольжения, расположенные от оси вращения на расстоянии 1365 мм. За счет этого создается необходимый момент трения, препятствующий повороту тележек и снижающий частоту виляния, что способствует снижению боковых сил. В конструкции опор применена пара трения ЦАМ9-1,5 по стали, а также предусмотрено наличие постоянной смазки поверхности скольжения для обеспечения постоянной величины сил трения. Для смягчения ударов и снижения боковых сил на крайних осях устанавливают упругие осевые упоры с предварительным натягом. При этом жесткий удар о рельсы получается только от массы колесной пары, упругость осевого упора значительно удлиняет путь, на котором поглощается сила набегающего экипажа. Предварительный натяг необходим для того, чтобы исключить ненужное лоперечное перемещение осей относительно рамы во время движения.
Возможность прохождения кривых участков пути предъявляет к конструкции экипажной части особые требования. Эти особенности определяются геометрическим вписыванием в кривые, при котором находят максимальный-поворот тележек относительно продольной оси локомотива и выбирают конструкцию опор, базу тележки, разбеги осей.
Наименьший радиус проходимой кривой для тепловозов ТЭМ1 и ТЭМ2 равен 80 м. При базе тележки 4,2 м это обеспечивается свободным перемещением опор-скользунов в необходимых пределах и разбегами осей. Разбеги крайних осей ±1,5 мм свободного перемещения и до 9 мм за счет сжатия осевого упора, разбег средней оси ±14 мм.
При движении в кривом участке в отличие от движения по прямому пути экипаж набегает гребнями передних колес на боковые грани наружных рельсов постоянно. В зоне их контакта действуют силы, которые поворачивают экипаж в кривой. Оси, направляющие движение экипажа в кривой, называются направляющими осями, а усилия - направляющими усилиями. При этом силы, которые передаются на раму тележки тепловоза, называются рамными давлениями.
В кривой вследствие разницы в длине наружного и внутреннего рельсов проскальзывание колес больше, чем в прямой. Направляющие усилия и боковые давления в кривых значительно превосходят боковые горизонтальные силы от виляния экипажа в прямой. Эти силы тем больше, чем меньше радиус кривой. Величина их зависит также от базы тележки, числа осей, вертикальной нагрузки на ось, скорости движения и конструкции экипажа.
Ухудшает вписывание в кривые и особенно вход в кривую наличие момента трения в опорах тележки, который, как указывалось выше, положительно действует при движении в прямой, снижая частоту виляния экипажа. Поэтому величина этого момента выбирается с учетом обеспечения нормального движения экипажа локомотива как в прямых, так и кривых участках пути.
Возможность безопасного движения в кривых оценивают расчетом и проверяют экспериментально. При испытаниях по оценке воздействия на путь локомотива в кривой замеряют рамные давления, кромочные напряжения в рельсах и их отжатие. По данным ВНИТИ, движение тепловозов ТЭМ1 и ТЭМ2 в кривых характеризуется величинами для набегающих осей тележки, указанными в табл. 8.
Опыт эксплуатации и эксперименты показывают, что динамика и воздействие на путь тепловозов ТЭМ1 и ТЭМ2 достаточно полно удовлетворяют требованиям маневровой службы.
Тележка | Маневровый тепловоз ТЭМ1 ТЭМ2 | Развеска тепловоза