Конструкция деталей подвешивания рессоры

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Рессоры изготовляются из очень твердой «рессорной» стали, соответствующей ОСТ 971, и должны соответствовать технический условиям по ОСТ 1452. На повышение качества рессорной стали, на увеличение ее твердости при сохранении того же удлинения обращают большое внимание. Заметим, что уже одно улучшение термической обработки может дать заметный результат прежде всего в отношении надежности работы рессор.

Длина рессоры между осями подвесок колеблется в сравнительно узких пределах 900-1 100 мм-для товарных и 1 ООО-1 200 мм-для пассажирских паровозов. Большая длина рессоры обусловливает и ее большую мягкость; у западно-европейских паровозов иногда длину рессоры доводят до 1 400-1 500 мм.

Заметим, что длина рессоры плюс длина балансира всегда равны расстоянию между смежными колесными парами. Поэтому в товарных паровозах с их небольшими диаметрами движущих колес приходится идти на некоторое уменьшение длины рессор, чтобы не получить слишком короткого и потому нечувствительного балансира.

По средине длины рессорные листы стягиваются кованым хомутом.

Нагруженная рессора может иметь три различных вида: распрямившиеся под нагрузкой листы-как показано на фиг. 420-1, прогнувшиеся выпуклостью вверх-фиг. 420-II, или же прогнувшиеся выпуклостью вниз - фиг. 420-III. Наилучшей является схема фиг. 420-1, так как в этом случае листы работают только на изгиб и не испытывают дополнительных напряжений на разрыв (фиг. 420-II) или сжатие (фиг. 420-III). В изготовлении проще рессоры по фиг. 420-11, но с удобством технологии в данном случае уже не приходится считаться. Заметим, что абсолютная величина растягивающей и сжимающей силы, конечно, невелика, но при поломке отдельных листов, в особенности длинных крайних, наличие растягивающих усилий может обусловить выпадение поломавшихся кусков.

Заметим, что перед сборкой рессоры листам одной и той же рессоры всегда приходится давать различный изгиб, больший у листов с меньшей длиной. В этом случае собранная рессора не будет иметь зазоров между отдельными листами, и материал каждого листа будет работать в относительно лучших условиях, прилегая всей поверхностью к смежному листу.

На фиг. 421 показана рессора паровоза сер. «Эу»-для нижнего подвешивания. Здесь рессорный хомут имеет ушко в верхней своей части для шарнирного соединения с нижней частью коробки буксы. Листы закладываются в хомут и закрепляются на месте постановкой боковой прокладки. Боковые кромки средних участков листов по нужной длине сфрезерованы, и образовавшиеся заплечики удерживают листы от продольных перемещений •в хомуте.

3. Конструкция деталей подвешивания рессоры

Для того, чтобы полностью обеспечить рессорные листы от сдвига по отношению друг к другу в поперечном направлении, они снабжаются при прокатке с одной стороны продольным средним выступом, а с другой канавкой. В собранной рессоре выступ заходит в канавку, и точное относительное положение листов обеспечено.

3. Конструкция деталей подвешивания рессоры
Фиг. 421.

Наличие желобков затрудняет прокатку очень твердой рессорной стали и кроме того иногда является причиной поломки рессор. Американцы, как правило, не применяют желобчатой рессорной стали, употребляя в дело простую-форму прямоугольного сечения, как показано на фиг. 422, изображающей подвесную рессору паровоза сер. «ТА». Здесь хомут имеет горячую прессовую посадку и при охлаждении плотно стягивает листы и удерживает их от скольжения.

3. Конструкция деталей подвешивания рессоры
Фиг. 422.

Наконец, на фиг. 423 показана рессора движущих колесных пар и задней тележки паровоза сер. «ФД». На чертеже приведены данные о стреле прогиба и нагрузке.

Рессора паровоза сер. «Эу» имеет нерациональную конструкцию своих концов: они сперва просверлены и затем продолблены для пропуска подвесок. Именно в этих местах замечаются наиболее частые поломки листов. Конструкции паровозов сер. «ФД» и «ИС» более совершенны, так как здесь отверстиеделается небольшого размера и только в одном верхнем листе-для надежного удержания на месте фасонной накладки под рессорную подвеску.

Что касается размера рессорных листов и их количества, то здесь выявляется более рациональная конструкция американцев: если рессоры паровоза сер. «ФД» имеют листы толщиной 13 мм и количество листов-13, то американцы в более тяжелом, по нагрузке на ось и рессору паровозе сер. «ТА» применили листы толщиной всего 10 мм, но поставили их в количестве 20 шт.; ширина листов «ТА»-150 мм, в то время как у «ФД» только 100 мм. Рессора «ТА» лучше чем «ФД»; она имеет меньшую жесткость, более эластична.

В настоящее время и в наш сортамент добавлена более широкая (130 мм) рессорная сталь, которая позволит повысить качества рессор паровозов сер. «ФД» и «ИС». До недавнего времени в ОСТ наибольшая ширина рессорной стали была 100 мм.

3. Конструкция деталей подвешивания рессоры

Теперь у нас также практикуется прессовая насадка хомута.

В заключение заметим, что постепенное уменьшение длины листов в собранной рессоре делается для получения одинаковых напряжений на изгиб во всех: участках рессоры по ее длине. В виду того, что в концевых частях рессоры изломы листов происходят значительно чаще чем в средних участках по длине, верхние три-четыре листа делаются полной длины. Принцип равнопрочное™ несколько нарушается в сторону понижения напряжений в концевых, наиболее опасных участках рессоры.

Рессорные подвески

Рессорные подвески (упорки) при нижнем подвешивании, как указано раньше, работают на сжатие и продольный изгиб; рассчитываются они по формулам Эйлера или Тетмайера.

Подвески (упорки) паровоза сер. «Эу» показаны на фиг. 424, общее их расположение показано на фиг. 4. Нижним концом подвеска пропущена через рессору, верхним-шарнирно закрепляется или в раме или в балансире. Шарнир верхнего конца выполнен на чеке и призме, изготовляющихся из ст.-2 с последующей цементацией. Показанное на этом чертеже соединение типично для всех наших старых паровозов, а также и для мощных паровозов сер. «ФД» и «ИС».

Достоинством показанного на фиг. 424 соединения на чеках и призмах является относительно удовлетворительная чувствительность подвешивания-из-за отсутствия скольжения в рабочих поверхностях чеки и призмы;

здесь чека только «перекатывается» по призме. Радиус вогнутой части призмы делается примерно вдвое большим радиуса закругления чеки-соответственно #=16 мм; г-8 мм. Эти величины обеспечивают относительно длительный срок работы соединения при длине рабочих поверхностей всего 24 х 2 = 48 мм (фиг. 424). Все же срок работы этих тяжело нагруженных небольших поверхностей необходимо увеличить применением как новых материалов, так и улучшением термической обработки.

3. Конструкция деталей подвешивания рессоры
Фиг. 424.

Подвески паровозов сер. «ФД», имеющих верхнее подвешивание и глухие концевые хомуты рессор, показаны на фиг. 425. Верхний концевой хомут рессоры имеет форму скобы (штамповка); подвески сделаны в виде простых серег. Соединение подвески с балансирами-также на чеках.

При всех своих достоинствах чеки и призмы обладают и существенным недостатком-стоимость их очень высока; это объясняется длительным процессом индивидуального изготовления чек. Если контур чеки и призмы прострагивается для целой серии призм и чек (строжка длинной прокатной полосы), то фрезеровка каждой чеки-индивидуальная и потому дорогая работа.

^ Стремление уменьшить стоимость многочисленных шарниров подвешивания побудило американцев применять для обычных товарных паровозов простыешарниры на валиках. Такие шарниры в несколько раз дешевле первых, так как все детали подвешивания (валики, втулки) изготовляются на простых револьверных станках за одну установку.

Заметим, что эти шарниры требуют постановки во все изнашивающиеся части стальных цементованных втулок.

В работе валиковые соединения несколько" уступают чековым, во-первых, в чувствительности (так как здесь имеется трение скольжения при игре рессор) и, во-вторых, валиковые шарниры требуют регулярной смазки: большие усилия частично выдавливают смазку (даже густую), и трущиеся поверхности начинают работать всухую. Относительно большое трение в этих шарнирах, обусловливающее меньшую чувствительность подвешивания, окупается надежностью работы и очень простым и дешевым ремонтом (смена простых валиков и втулок).

Изготовляются подвески из стали марки ст.-З; напряжения на разрыв допускаются не свыше 300 - 350 кг]см2 при статической нагрузке.

Рессорные балансиры

Балансиры рессор движущих колесных пар имеют однотипное устройство для всех паровозов, как старых, так и современных мощных типов; разница заключается лишь в расположении точки опоры балансира-внутри его контура, как показано на фиг. 425а, изображающей балансиры паровоза сер. «Эу», или же снаружи, как это показано на фиг. 392.

Поперечный разрез балансира на фиг. 425а показывает укрепление точки его опоры к раме; чувствительность балансира достигается постановкой чеки и призмы. Заметим, что призма предусматривается только для балансира; в раме и в плите рессорного балансира призмы нет, так как чека установлена жестко в их пазах (см. план).

Балансиры движущих колесных пар делают часто литыми (ст.л.-1), хотя иногда применяют и кованые (Франция, США; частично и у нас). Напряжения на изгиб допускаются не свыше 350 кг/см2 для ст.л.-1 и 450 кг/см2 для ст.-З. Паровозы сер. «ФД» первых выпусков имеют балансиры литые; теперь ставятся более надежные кованые.

При брусковой раме рессорные балансиры устанавливаются в окнах рамы; опорные точки балансиров помещены, как указывалось выше, на междуосевых вертикальных креплениях (фиг. 392).

У мощных паровозов большие продольные и поперечные балансиры с их значительными по абсолютной величине моментами изготовляются исключительно коваными.

Продольные балансиры, имеющие большую длину и нагруженные значифиг. 425.

3. Конструкция деталей подвешивания рессоры

тельными усилиями, должны изготовляться непременно из твердой качественной стали ст.-5 или ст.-5 повышенной, поперечные балансиры-из ст.-З^или даже ст.-О.

Продольный и поперечный балансиры паровоза сер. «ФД» показаны на фиг. 426. Здесь показано и соединение этого балансира со стаканом передней тележки.

Напряжение на изгиб в продольном балансире при условии отковки его аз ст.-5 допускается до 700 кг/см2.

3. Конструкция деталей подвешивания рессоры

Расчет рессор

Рассматривая призматическую балку, изображенную на фиг. 427-1, мы видим, что величина изгибающих моментов растет прямо пропорционально увеличению илеча, т. е.

3. Конструкция деталей подвешивания рессоры

v в соответствии с этим напряжение увеличивается также в прямой зависимости от плечап М, зр г> М- ЗР

**Ж*ИГ=Т»'Х*==А-Х» <160'>

где b-ширина и 5-высота балки.

Эти равенства показывают, что для получения балки, равнопрочной на изгиб во всех своих сечениях (т. е. могущей дать наибольший прогиб без. перенапряжений отдельных участков), когда

Pi = Ра = Р3... = const,

необходимо иметь тот же закон изменения ширины балки, по которому изменяется и момент М. Такая балка равного сопротивления изгибу (одинаковойвысоты по всему расчетному вылету) имеет в плане форму равнобедренного треугольника, показанного на фиг. 427-11. Здесь, по мере увеличения расстояния х, по тому же закону увеличивается и шири- * на балки.

По идее рессору следовало бы делать в виде двух сложенных основаниями равнобедренных треугольников, но практически, для возможности размещения ее на паровозе, ей придают иную форму. Если мы разрежем треугольный в плане лист на отдельные полосы, как показано на фиг. 427-II, и боковые полосы уложим одну под другой, как показано на фиг. 427-ІП, мы и получим теоретическу ю форму половины листовой рессоры.

Такая рессора будет равнопрочной во всех сечениях. Для удобства изготовления рессоры обычно делают или простые прямые срезы листов (США), как показано на фиг. 427-IV, или лучше трапецеидальные, как показано на фиг. 427-V. В последнем случае V мы имеем принципиально лучшую чем в случае IV* форму рессоры, так как форма V ближе приближается к теоретической: напряжения во всех участках по длине одинаковы, в то время как в случае IV напряжения в сечении Хг-Х1 немного меньше, чем в сечении Х2-Xz. Напишем выражение напряжения балки II-у ее защемления, где В-наибольшая ширина балки. Если мы выбираем п листов рессорной стали шириной Ь, так что

В = пЬ, (161) то, обозначая длину «балки» через -, получаем формулу для определения напряжения в рессоре:

Я6 = -•-. (162)

Величина напряжения рессорной стали допускается до 5*500-^-6000 кг {см2. Согласно правилам сопротивления материалов нагрузка на рессору:

Р = 8EfB6S , (163)

Зі3 З/3 v

где: E - модуль сопротивления рессорной стали (Е = 2 200 000 кг/см2) и /- длина рессоры, считая от оси одной подвески до оси другой при старых способах сборки рессор, когда хомут недостаточно плотно стягивает листы; если же при сборке рессоры применена прессовая насадка хомута, то /-то же: расстояние между подвесками, но за вычетом ширины рессорного хомута.

3. Конструкция деталей подвешивания рессоры

Подчеркиваем, что груз Р равен статической нагрузке колеса на рельс за вычетом веса неподрессоренного строения паровоза, т. е. половины веса самой колесной пары, веса буксы, половины веса рессоры и спарников; для рессоры ведущей колесной пары-кроме того 0,6 веса поршневого дышла.

Стрела прогиба рессоры определяется из формулы (163) в виде

, = . (163')

' 8ЕпЬд3

Подставляя сюда значение Р, найденное по формуле (162), получаем:

,_ 3l*-Rb-2nbö* _Rb _ 1* (1б4) ' 8&!&<53-3/ 4 Ed " . Обычно гибкость рессорного подвешивания для современных паровозов выбирается в пределах 5-7 мм/т для рессор сцепных осей, 5,5-8,5 мм\т для рессор бегунковых осей (часто двойное подвешивание), и 6-12 мм/т для рессор поддерживающих.

Практически при расчете рессор выбирают по ОСТу наиболее подходящий размер рессорной стали и, зная нагрузку на рессору, определяют необходимое число листов по формуле (162).

п = 1,5-Р.-^-. (165)

Расчет на прочность спиральных пружин производится по общим правилам «Сопротивления материалов». Напомним здесь основные формулы и сделаем замечания об особенностях расчета паровозных пружин.

Выбирая пружину круглого сечения (наиболее дешевая, но относительно громоздкая из-за недостаточно полного использования «габарита» витка), вводим следующие обозначения:

Л - нагрузка на пружину в кг, d-диаметр проволоки пружины в см, г - радиус витка в см. Имеем величину безопасной статической нагрузки:

(166

16 г г

Обозначив далее

q - модуль сдвига (скольжения)-g = 850 000 кг{см2 (рессорная сталь), п - число витков, имеем выражение для прогиба пружины:

i = TL - - = 4Я0ПГ* , 067} ' G d* d - G

где напряжение на кручение:

Rt < (3 000 -*- 3 200) кг/см2.

Несколько лучшими, хотя и более дорогими (у вновь строящихся паровозов, как правило, не применяются) являются пружины прямоугольного сечения. Если обозначим

h - высоту проволоки в см,

b - ширину проволоки в см (радиальный размер), то допускаемая нагрузкад = А. т • Rt ■ (166')

9 г '

прогиб:

, 7,2япг3Д 62 + /га (167') '_ G ' bsh3 Число рабочих витков в паровозных пружинах выбирается для пружин обоих сечений в 4;5-7; полное число-примерно на два витка больше. При расчете новых пружин прежде всего определяют нагрузку, равнуюгде Р-нагрузка на колесо за вычетом неподрессоренного строения, и в нужных случаях-листовой рессоры.

Затем производится самый расчет пружины, при чем за основу кладется наилучшее в паровозных пружинах соотношение:

-^- = (0,45-4-0,65) (168)

для пружин из круглой проволоки и

-^- = (0,7-*-0,95) (1681)

для пружин проволоки прямоугольного сечения.

Заметим, что в последнем случае, при выборе размеров сторон прямоугольника, желательно назначать

/г = 0,5 • Ь,

так как пружина при этом получается достаточно компактной и мощной. Все размеры сечения проволоки как круглой, так и прямоугольного сечения берутся по ОСТу1.

В заключение заметим, что применение пружин для подвешивания паровоза должно быть ограничено небольшим их числом и не для всех колесных пар, так как у спиральных пружин отсутствует внутреннее трение. Неуравновешенная же машина паровоза требует энергичного поглощения (затухания) колебаний надрессорного строения; поэтому листовые рессоры, имеющие значительное внутреннее трение (между листами), должны являться основным элементом подвешивания паровозов.

ГЛАВА VI СКАТ

⇐ | Схемы рессорного подвешивания || Конструкции паровозов || Скат. Общие сведения | ⇒