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. În numărul trecut am analizat tipurile de solicitări, soluții tehnice pentru diminuarea șocurilor și gradul de amortizare a acestora, precum și efectele solicitărilor la care sunt supuse vehiculele de Material rulant.
6. Condițiile de experimentare pentru determinarea solicitărilor în parcurs ale vehiculelor de Material Rulant echipate cu boghiuri MD
S-au măsurat acceleraţiile, vitezele, frecvenţele și cursele la care sunt supuse amortizoarele hidraulice de oscilaţii, în timpul rulajului, pe trepte de viteză, între 60 și 160 km/h, în aliniament și palier, pe Inelul de încercări de la Făurei, pe verticală, în dreptul punctelor de fixare a amortizoarelor în boghiul MD, în situaţia:
- Vehicule fără amortizoare;
- Vehicule cu amortizoare reglate la diferite valori ale forţelor de amortizare, pe loturi de testare.
Lanţul de măsură utilizat pentru măsurători, a cuprins aparatura Bruel și Kjaer și traductoare inductive de deplasare W 100.
Punctele de măsură sunt reprezentate în figurile de mai jos cu bulină roșie, iar valorile maximale ale acceleraţiilor și frecvenţelor sunt încadrate în chenar.
a. Valori măsurate în situaţia fără amortizoare (VF)
Diminuările acceleraţiilor maximale, exprimate în [m/s2], transmise în cadrul boghiului, la vagoanele cu boghiuri Minden Deutz, fără amortizoare, în urma solicitărilor în parcurs, au fost reprezentate în diagrame din care reies următoarele:
- La cutia de osie avem o acceleraţie maximă de 120 m/s2, obţinută la o viteză de circulaţie de 160 km/h, cu o frecvenţă a vibraţiei de 1000 Hz;
- La cadrul boghiului, în dreptul cutiei de osie, avem o acceleraţie maximă de 14 m/s2, obţinută la o viteză de circulaţie de 140 km/h, cu o frecvenţă a vibraţiei tot de 1000 Hz;
- La mijlocul lonjeronului lateral al boghiului, avem o acceleraţie maximă de 6 m/s2, obţinută la o viteză de circulaţie de 160 km/h, cu o frecvenţă a vibraţiei diminuată la 500 Hz, datorită efectului de galop al boghiului;
- La traversa dansantă, avem o acceleraţie maximă de 1 m/s2, obţinută la o viteză de circulaţie de 140-160 km/h, cu o frecvenţă a vibraţiei de 500 Hz;
- La crapodină, situată la jumătatea traversei dansante, acceleraţiile maxime se vor reduce mult, sub 1 m/s2, pe același principiu ca și la reducerea acceleraţiilor de pe lonjeronul lateral al boghiului, aici datorită mișcării de ruliu a boghiului. În acest punct nu s-au putut face măsurători comparative, rezultatele fiind culese din indicele calităţii de mers Wz.
Din analiza valorilor acceleraţiilor obţinute în punctele de măsură de pe cadrul boghiului fără amortizoare, rezultă un grad de diminuare a acceleraţiilor, realizat - obţinut, de:
- cca 88% în suspensia primară, de la 120 la 14 m/ s2, la viteza de circulaţie de 160 km/h;
- cca 57% la mijlocul lonjeronului lateral al boghiului de la 14 la 6 m/s2, datorită mișcării de galop a boghiului;
- cca 83% în suspensia secundară, de la 6 la 1 m/ s2, la viteza de circulaţie de 160 km/h.
b. Valori măsurate în situaţia boghiu cu amortizoare
1. Varianta V1 – forţe mici
- Osie: forţa de comprimare Fc = 200 daN; forţa de destindere Fd = 320 daN
- Traversa dansantă: forţa de comprimare Fc = 500 daN; forţa de destindere Fd = 800 daN
Din analiza valorilor acceleraţiilor obţinute în punctele de măsură de pe cadrul boghiului cu amortizoare reglate la forţe mici, rezultă un grad de diminuare a acceleraţilor, realizat / obţinut, de:
- cca 93% în suspensia primară, de la 105 la 7,3 m/s2, la viteza de circulaţie de 160 km/h;
- cca 42% la mijlocul lonjeronului lateral al boghiului, de la 7,3 la 4,2 m/s2, datorită mișcării de galop a boghiului;
- cca 81% în suspensia secundară, de la 4,2 la 0,8 m/s2, la viteza de circulaţie de 80 km/h.
Frecvenţele vibraţiilor măsurate se menţin, ca valoare, identice ca la situaţia boghiu fără amortizoare (1000 și 500 hz).
2. Varianta V2 – forţe mari
- Osie: forţa de comprimare Fc = 300 daN; forţa de destindere Fd = 350 daN
- Traversa dansantă: forţa de comprimare Fc = 750 daN; forţa de destindere Fd = 850 daN
Din analiza valorilor acceleraţiilor obţinute în punctele de măsură de pe cadrul boghiului cu amortizoare reglate la forţe mari, rezultă un grad de diminuare a acceleraţiilor, realizat - obţinut, de:
- cca 90 – 93 % în suspensia primară, de la 108 la 10,3 sau 7,3 m/s2, la viteza de circulaţie de 160 sau 120 km/h,
- cca 65 % la mijlocul lonjeronului lateral al boghiului, de la 10,3 la 3,6 m/s2, datorită mișcării de galop a boghiului;
- cca 78 % în suspensia secundară, de la 3,6 la 0,8 m/s2, la viteza de circulaţie de 160 km/h.
Frecvenţele vibraţiilor măsurate se menţin ca valoare, ca la situaţia boghiu fără amortizoare (1000 și 500 hz). 7
7. Analiza efectelor valorilor acceleraþiilor şi frecvenþelor, în punctele de transfer energetic al şocurilor, de pe cadrul boghiurilor, în urma solicitărilor în parcurs.
Din analiza datelor încercărilor în cele trei situaţii, se trag următoarele concluzii:
- Valorile vibraţiilor în punctele de măsură se menţin la toate încercările ca ordin de mărime de 1000 sau 500 Hz, ceea ce arată că pentru boghiul MD, acesta este regimul vibratoriu de lucru;
- De regulă, regimul solicitărilor din boghiu, crește odată cu viteza de circulaţie;
- Urmărind dinamica gradului de diminuare a acceleraţiilor, se constată că:
- în suspensia primară, este de 88% la VF; de 93% la V1 și de 90–93% la V2, faţă de valoarea de plecare la proiectare, de 70%;
- Pe cadrul boghiului, la mijlocul lonjeronului lateral al boghiului, este de 57% la VF; 42% la V1 și de 65 % la V2, datorită mișcării de galop a boghiului;
- în suspensia secundară, este de 83% la VF; 81% la V1 și de 78 % la V2 faţă de valoarea de plecare la proiectare, de 30%;
8. Modul de stabilire a forþei de reglaj din amortizoarele de oscilaþii, în suspensiile vehiculelor de MR cu boghiuri MD analizate, în urma solicitărilor în parcurs
- Deoarece gradul de diminuare a acceleraţiilor este sensibil apropiat în cele trei situaţii (VF;V1 și V2), se poate trage concluzia că NU ar fi nevoie de amortizoare de oscilaţii la vagoanele de cale ferată;
- Luând însă în considerare fenomenul de rezonanţă întâlnit foarte frecvent în exploatare, se impune introducerea în sistemul boghiului a amortizoarelor de oscilaţii, pentru tăierea rezonanţei oscilaţiilor;
- Din dinamica gradului de diminuare a acceleraţiilor, se observă că varianta V1 cu forţe mici de reglaj, este de preferat variantei V2 cu forţe mari de reglaj, asigurând un grad mai mare de diminuare a acceleraţiilor;
- Trenul de unde al oscilaţiilor are aspectul asemănător diagramei de mai jos, în toate cele trei cazuri analizate. Deoarece gradul de diminuare a acceleraţiilor este sensibil apropiat, așa cum s-a văzut, înseamnă că este necesară o forţă mică de reglare a amortizoarelor de oscilaţii, pentru a tăia fenomenul de rezonanţă în funcţionarea vehiculelor de cale ferată;
- Din diagrama trenului de unde se observă că există o zonă centrală de energie, de solicitare constantă în sistemul boghiului, ușor de gestionat de amortizoarele de șoc (arcuri);
- În această zonă amortizoarele de oscilaţii nu ar avea de ce să intervină, mai ales că ele introduc forţe în sistem, egale cu forţa de amortizare din ele;
- Se evidenţiază faptul că amortizoarele de oscilaţii își fac datoria doar în zona exterioară zonei centrale de energie, zona de vârfuri, de intrare în rezonanţă a sistemului oscilant, pentru tăierea acestor vârfuri. Ca atare, trebuie proiectat un amortizor care să funcţioneze doar în această zonă de vârf a oscilaţiilor de rezonanţă;
Soluția de construcție a amortizoarelor de oscilații
Soluţia este deja aplicată la amortizoarele de oscilaţii Monroe, de la vehiculele rutiere, la care în zona mediană a tubului rezervor din amortizor, s-a practicat o degajare, care permite scăparea uleiului, ceea ce are ca efect o scădere accentuată a forţei de reglaj din amortizor în funcţionare, în zona centrală de energie de solicitare constantă.
9. Analiza răspunsului vagonului cu boghiuri Minden Deutz
Urmărind indicele de calitate de mers Wz, din diagramele răspunsului vagonului în celă trei situaţii analizate, oscilaţii verticale, orizontal-transversale, se observă că:
- La boghiuri fără amortizoare, indicele Wz are valori mai mari, ceea ce ar conduce la ideea că intervine fenomenul de rezonanţă în lucrul amortizoarelor de șoc (arcuri);
- Cu cât amortizoarele de oscilaţii sunt reglate la forţe mai mici, cu atât mai mult scade valoarea indicelui Wz, ceea ce vine să susţină concluzia că necesarul de forţă de amortizare în amortizoarele de oscilaţii, este mic, fiind necesar doar pentru tăierea vârfurilor de rezonanţă ale oscilaţiilor de rezonanţă;
Din analiza curselor pistoanelor în amortizoare, în parcurs, se observă că:
- În cazul boghiului fără amortizoare, în parcurs, avem o cursă mai mare, dar sub valorile curselor de destindere și comprimare maxime admise constructiv;
- Pentru situaţia cu amortizoare, în parcurs, avem o cursă mai mare a pistoanelor amortizoarelor reglate la forţe mai slabe / mici, sensibil însă apropiată de amortizoarele reglate la forţe mai mari, dar mult sub valorile curselor de destindere și comprimare maxime admise constructiv;
- Aceste considerente vin să susţină concluzia că necesarul de forţă de amortizare, în amortizoarele de oscilaţii, este mic, fiind necesară doar pentru tăierea vârfurilor de rezonanţă ale oscilaţiilor de rezonanţă;
- Mai mult, grosul acestor oscilaţii situându-se în zona propice pentru practicarea degajării în cilindrul de lucru al amortizorului, forţele introduse în sistemul vehiculului de cale ferată, vor putea fi mult diminuate prin adoptarea acestei soluţii.
