Удосконалення характеристик пружного підвішування локомотивів

Abstract

У кваліфікаційній роботі розглянуто актуальне інженерне завдання підвищення технічного рівня та надійності екіпажної частини локомотивів шляхом удосконалення конструкції пружного підвішування. Підвищення динамічної якості локомотивів в умовах зростання швидкостей руху та навантажень на колію вимагає переходу до сучасних пружно-дисипативних систем з підвищеним ресурсом і стабільністю характеристик. Об’єктом дослідження є система пружного підвішування локомотива, предметом – жорсткісні, демпфувальні та експлуатаційні властивості її конструктивних елементів, а також взаємодія локомотива з колією при різних схемах підвішування. Основна увага зосереджена на модернізації буксового вузла з використанням гідрофедерів – комбінованих гумометалевих та гідравлічних елементів, що забезпечують ефективне демпфування й адаптивність до змін динамічних режимів. У роботі виконано: – аналіз надійності та стану зносу сучасного рухомого складу вітчизняних залізниць; – порівняння типових схем підвішування (збалансоване, індивідуальне, з листовими ресорами, гвинтовими пружинами, фрикційними та гідравлічними гасителями); – математичне моделювання динаміки екіпажної частини з урахуванням реальних експлуатаційних умов; – вибір та розрахунок параметрів гідрофедера з урахуванням впливу температурного режиму, ресурсу еластомерів і конструкційної жорсткості. Практична значущість роботи полягає в обґрунтуванні доцільності використання гідрофедерів у буксовому ступені пружного підвішування без зміни геометрії серійних візків, що дозволяє підвищити ресурс вузла та знизити витрати на технічне обслуговування. У результаті чисельного моделювання визначено оптимальні жорсткісні та демпфувальні параметри, які забезпечують необхідну плавність ходу й стійкість руху локомотива в умовах експлуатації на залізницях України.This qualification thesis addresses a relevant engineering challenge – enhancing the technical performance and reliability of the locomotive running gear by improving the design of the suspension system. The increasing train speeds and track loads necessitate the transition to modern elastic-dissipative systems with higher durability and stable performance characteristics. The object of the study is the locomotive suspension system, and the subject is the stiffness, damping, and operational properties of its structural elements, as well as the locomotive–track interaction under various suspension configurations. Special attention is given to the modernization of the axlebox assembly using hydrofeders – combined rubber-metal and hydraulic elements that provide efficient damping and adaptability to changing dynamic modes. The work includes: – an analysis of the reliability and wear condition of modern rolling stock in the Ukrainian railway system; – a comparison of typical suspension schemes (balanced, individual, leaf-spring, helical-spring, friction and hydraulic dampers); – mathematical modeling of the running gear dynamics under actual operating conditions; – selection and calculation of hydrofeder parameters considering the influence of temperature, elastomer lifespan, and structural stiffness. The practical significance of this work lies in substantiating the feasibility of applying hydrofeder devices in the axlebox suspension stage without altering the geometry of standard bogies, which helps extend the service life of the unit and reduce maintenance costs. Numerical modeling results allowed identifying optimal stiffness and damping parameters that ensure adequate ride smoothness and stability during locomotive operation on Ukrainian railways. A separate section is dedicated to occupational safety analysis in the PR-3 maintenance workshop and the calculation of the grounding system for technological equipment, thus integrating comprehensive engineering considerations into the modernization of rolling stock.