În timpul rulării vehiculelor de cale ferată, acestea sunt supuse la un număr mare de solicitări dinamice, de care trebuie să se țină cont în proiectarea și exploatarea vehiculelor, în sensul diminuării efectelor acestora, atât asupra materialului rulant, cât și asupra confortului călătorilor.
După proiectarea și realizarea unui vehicul de cale ferată, trebuie să se facă teste pentru evidențierea răspunsului vehiculului realizat la stimulii din parcurs, răspunsuri funcție de care se poate interveni pentru îmbunătățirea performanțelor vehiculelor realizate.
1. Analiza tipurilor de solicitări în parcurs ale vehiculelor de Material Rulant
Pentru analiza solicitărilor în parcurs ale vehiculelor de Material Rulant, s-au facut teste, în parcurs și pe Inelul de încercări de la Făurei, cu vagoane de cale ferată echipate cu boghiuri Minden Deutz (cu viteza de circulație de maximum 140km/k), vagoane cu boghiuri Gorlitz V și locomotive electrice de 5100 kw. Deși boghiurile Minden Deutz nu se mai folosesc frecvent la Materialul Rulant, totuși ele reprezintă un model reprezentativ pentru urmărirea lanțului de transmitere a solicitărilor dinamice în sistemul Materialului Rulant, model care se păstrează și la alte tipuri de vehicule de Material Rulant.
2. Tipuri de mişcări ale boghiurilor, în urma solicitărilor în parcurs
Mișcările boghiurilor în urma solicitărilor în parcurs, sunt mișcări de șerpuire, galop și ruliu, funcție de combinarea tipurilor de solicitare a Materialului Rulant în exploatare / parcurs.
3. Soluţii tehnice de diminuare a şocurilor transmise prin suspensiile vehiculelor de MR cu boghiuri MD, în urma solicitărilor în parcurs:
Sisteme de limitare și redistribuire a solicitărilor mecanice transmise în cutia vagonului:
- Limitator de cursă la cutia de osie din suspensia primară, cu rol de a limita cursa pe verticală și orizontală a suspensiei primare;
- Limitator de șerpuire a osiei montate față de cadrul boghiului, prin brațe radiale;
- Limitator / tampon de limitare a deplasărilor longitudinale și transversale ale traversei dansante în cadrul boghiului;
- Sistemul de cuplare a cutiei vagonului, de boghiu, prin crapodină.
2 Etaje de diminuare a șocurilor transmise în cutia vagonului, câte unul în suspensia primară și în suspensia secundară, care sunt formate din amortizoare de șoc, numite arcuri elicoidale, cu rol de a absorbi instantaneu șocurile din calea de rulare și din cadrul boghiului, prin deformare elastică de comprimare, urmată de reintroducerea treptată a forțelor de comprimare în sistemul cadrului boghiului, prin destindere.
4 Etaje de diminuare a mărimii oscilațiilor, inclusiv a oscilațiilor de rezonanță, transmise în sistemul boghiu - cutia vagonului, care pot apărea în funcționarea amortizoarelor de șoc (arcuri), în timpul circulației vagoanelor:
- Unul în suspensia primară, format dintr-un amortizor, hidraulic sau cu frecare;
- Unul la mijlocul lonjeroanelor laterale ale boghiului, datorită mișcării de galop a boghiului;
- Unul în suspensia secundară, format dintr-un amortizor hidraulic;
- Unul la mijlocul traversei dansante a boghiului, datorită mișcării de ruliu a boghiului și a traversei dansante;
- Cele două tipuri de amortizoare se montează în paralel în fiecare suspensie;
- Amortizoarele de oscilații montate în suspensii au un efect nedorit de introducere în sistemul boghiului a valorii forței de reglaj a amortizoarelor, precum și un efect benefic de tăiere a oscilațiilor de rezonanță introduse în sistemul boghiului, de la calea de rulare;
4. Gradul [%] de amortizare a şocurilor în suspensiile vehiculelor de MR, echipate cu boghiuri MD, analizate în urma solicitărilor în parcurs
- Pentru amortizoarele de șoc (arcuri), din suspensia primară, se urmărește în proiectare un grad de diminuare a eforturilor de cca 70%;
- Pentru amortizoarele de șoc (arcuri), din suspensia secundară, se urmărește în proiectare un grad de diminuare a eforturilor de cca 30%;
Modalitatea de realizare practică a acestor diminuări ale solicitărilor, o vom vedea în continuare din valorile înregistrate în timpul încercărilor.
5. Efectele solicitărilor la care sunt supuse vehiculele de Material Rulant, echipate cu boghiuri MD, asupra amortizoarelor de oscilaţii şi asupra prinderilor acestora pe boghiuri sau pe cadrul locomotivelor
Deoarece masele vehiculelor de Material Rulant sunt foarte mari, și valorile impulsurilor / șocurilor transmise în sistemul de rulare - boghiuri sunt foarte mari. Ca urmare, cu toată diminuarea șocurilor realizată prin amortizoarele de șoc (arcuri), valorile eforturilor la care sunt supuse amortizoarele de oscilații sunt apreciabile, aceasta și datorită montării acestora în paralel cu arcurile, în fiecare suspensie.
Din acest motiv, funcție de soluția constructivă de realizare tehnică a tipurilor de amortizoare hidraulice de oscilații, sau datorită nerespectării cotei de montaj a amortizoarelor (ulterior introducerii de îmbunătățiri în lanțul de transmitere a eforturilor în sistem), pot apărea defecțiuni interne ale amortizoarelor hidraulice de oscilații, prin dezmembrarea pieselor / supapelor și măcinarea acestora în amortizor, cu consecințe directe în transmiterea șocurilor în sistemul boghiu – cutie vagon, cât și în ruperea pieselor de prindere a amortizoarelor în sistem.
Ca exemplificare, prezentăm câteva situații întâlnite la amortizoarele din suspensia primară AT13.9106 M (vechi), cât și din suspensia secundară T69.145.00.00 (vechi), de la boghiul Minden Deutz sau de la locomotivele electrice de 5100 kw, amortizoare, îmbunătățite ulterior împreună cu COMPA Sibiu, obținându-se mărirea duratei de viață la peste doi ani jumătate, de la cca 4-6 luni. De semnalat că, pe o cale de rulare cu întreținere medie și cu regim de exploatare mixt, călători și marfă, pe care s-au făcut testele, nici amortizoarele vagoanelor importate nu rezistau mai mult de cca 4 - 6 luni!!!
Mecanismul de dezmembrare a supapelor amortizoarelor hidraulice de oscilații este următorul: vibrațiile, regimul forțelor la care sunt supuse și reglate amortizoarele, cât și mediul lubrifiant în care lucrează piesele filetate, acționează ca o cheie ce deșurubează înfiletările, făcând inutilizabil amortizorul, sau și mai rău, introducând șocuri în sistemul boghiu – cutie vagon, prin măcinarea pieselor componente în timpul funcționării.
Mai jos, prezentăm câteva imagini cu defecțiuni ale pieselor interne ale amortizoarelor hidraulice de oscilații, cât și ale pieselor de prindere a amortizoarelor în sistem, datorate nerespectării cotei de montaj a amortizoarelor la locomotivele electrice de 5100 kw (redusă cota de montaj cu 12 mm).
