Eng. Claudiu Badea - Club Feroviar Conferences

STUDIU PRIVITOR LA UTILIZAREAARCURILOR LAMELARE LAVAGOANELE DE MARFĂClaudiu-Nicolae BADEA

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare lavagoanele de marfă• Am abordat problema arcurilor lamelareparabolice întrucât doresc să studiez efectulacestora asupra solicitărilor structurilor portanteşi asupra performanţelor dinamice alevagoanelor cisternă.• Asigurarea integrităţii mărfurilor transportate şi aintegrităţii vehiculului depind în mod esenţial decalitatea suspensiei vehiculului.• Suspensia vehiculului trebuie să asigure ocomportare dinamică stabilă la mersul în liniedreaptă şi o comportare dinamică stabilă cu forţede ghidare mici, la trecerea prin curbe.

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare la vagoanele demarfă• Suspensia trebuie să contribuie la micşorareaforțelor reciproce dintre vehicul şi cale,menţinându-le în limitele determinate de siguranţacirculaţiei şi de necesitatea asigurării protecţieiatât a aparatului de rulare, cât şi a căii.• Suspensia trebuie să atenueze şocurile şi vibraţiilelongitudinale cauzate de variaţia vitezei mers.• Suspensia vehiculului trebuie să asigure ocomportare dinamică stabilă la mersul în liniedreaptă şi o comportare dinamică stabilă la mersulîn curbe, cu forţe de ghidare mici.

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare la vagoanele demarfăLa vagoanele de marfă pe două şi trei osii sefoloseşte de obicei suspensia simplă.Folosirea unui singur etaj de suspensie se poateface fie ca suspensie primară între cutia de osie şicadrul boghiului, fie ca suspensie secundară întrecadrul boghiului şi caroseria vehiculului, în acest dinurmă caz, pentru a se asigura aşezarea celor patruroţi ale boghiului pe suprafaţa de rulare a căii cudenivelări, supraânălţări etc., este necesar ca celedouă lonjeroane ale cadrului să lucreze independent(boghiu cu cadru articulat-ex. vag. Diamond).

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare la vagoanele demarfă• Arcurile lamelare (în foi) se utilizează caelemente elastice în suspensia vehiculelorpe şine, în general sub formă de arcurideschise, simetrice, de tip trapezoidal sauparabolic.• Suspendate la capete de inele sau deeclise prinse în poziţie oblică delonjeroanele şasiului, acestea asigură, pelângă preluarea elastică şi amortizareaşocurilor şi vibraţiilor, ghidarea osiilor şiorientarea lor radială în curbe.

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare la vagoanele demarfă• La circulaţia vagoanelor de marfă goale, pe căi cutorsionări mari, pentru a ameliora calitatea de mersşi a ţine o frecvenţă de galop aproximativ aceeaşila toate stările de încărcare, arcurile lamelare suntcu flexibilitate progresivă.• Arcurile trapezoidale sunt formate prinsuprapunerea mai multor lamele de lungimi diferiteavând aceeaşi lăţime şi grosime constantă înlungul lamelei. Lamelele sunt fixate la mijloc prinlegătura de arc, în care se consideră încastrate.Sub acţiunea sarcinii exterioare, arcul se comportăca un solid de egală rezistenţă, fiind construit peprincipiul unui arc monolamelar trapezoidal.

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare lavagoanele de marfă• Arcurile lamelare de tip trapezoidal au ogreutate mare şi o frecare proprie mare, carese manifestă prin fenomenul de rigidizare laşocuri mici. Autoamortizarea arcului nu estecontrolabilă datorită influenţei asupra frecăriidintre lamele a gradului de uzură şi aumidităţii. Frecarea neuniformă duce laapariţia unor zone cu eforturi mari de contactîntre lamele, în care apar zgârieturi şi apoimicrofisuri de oboseală.

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare lavagoanele de marfăFig. 1. Arc trapezoidal suspendat la capete pe inele înclinate

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare lavagoanele de marfă• Arcurile parabolice prezintă caracteristiciîmbunătăţite în raport cu cele ale arcurilortrapezoidale. Aceste arcuri cuprind un număr micde lamele rezistente, având normal aceeaşilungime (distanţa dintre reazeme) şi lăţime.Grosimea lamelelor scăzând parabolic de lamijloc spre capete, se obţin eforturi constante petoate lungimea acestora. Pentru obţinerea uneifixări optime a lamelelor în zona bridei arcului şipentru realizarea suprafeţelor de frecare lacapele, în aceste zone grosimea lamelelor esteconstantă.

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare lavagoanele de marfăPentru a se evita orice contact direct întrelamelele arcului parabolic, la mijloc sau la capete,s-au introdus garnituri speciale care asigură oîntreţinere uşoară, uzură redusă.Pentru obţinerea unor condiţii optime deamortizare arcul parabolic poate fi echipat, cuelemente de cauciuc care strâng capetelelamelelor.Arcul parabolic are o rezistenţă mărită lacoroziune prin posibilitatea de a se aplica o peliculăprotectoare datorită spaţiilor libere între lamele.

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare lavagoanele de marfăFig. 2. Arc lamelar parabolic cu dublă flexibilitate.

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare lavagoanele de marfăFig. 3. Suspensie cu dublă flexibilitate formată dintr-un arc trapezoidal şiarcadiţional de cauciuc.

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare lavagoanele de marfăElemente de calcul al arcurilor lamelareLa un calcul precis al arcurilor lamelare seţine seama de forma şi dimensiunile arcului,de efectul strângerii în legătura de arc și decuburile diferite ale lamelelor. Relaţiile decalcul se stabilesc pornind de la ipoteza căarcul este o grindă de egală rezistenţăsolicitată la încovoiere.

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare lavagoanele de marfăFig. 4. Schemă pentru calculul arcurilor trapezoidale simple

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare lavagoanele de marfăFig. 5.Schemă pentru calculul arcurilor trapezoidale cudublă flexibilitate.

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare lavagoanele de marfă

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare la vagoanele demarfă

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare la vagoanele de marfăCaracteristicile arcurilor lamelareCaracteristica teoretică a unui arc cuflexibilitate constantă, în lipsa frecării dintre lamele,este o dreaptă (q) care are coeficientul unghiularegal cu rigiditatea c=1/k a arcului.Fig. 7.Stabilirea caracteristicii teoretice a arcului lamelar.

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare lavagoanele de marfăFig. 9. Caracteristica realăa arcului lamelar.Fig. 10. Caracteristica arculuilamelar cu dublă flexibilitate.

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare lavagoanele de marfă• Prin urmare, la încărcare arcul va avea ocaracteristică (q c ) şi rigiditatea c c = c/(1-φ), iar ladescărcare caracteristica (q d ) şi c d = c/(1+φ).• Fenomenul de histerezis, produs de forţele defrecare dintre lamele, constituie factorul cel maiimportant prin care caracteristica reală a arculuidiferă de cea teoretică.• Histerezisul depinde de coeficientul de frecaredintre lamele, de numărul şi dimensiunilelamelelor, de distribuţia forţelor de frecare pesuprafaţa lamelelor.

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare la vagoanele demarfăTabelul 1.Tipuri de arcuri lamelare standardizate UICTipularculuiPentru boghiuriParabolic pontru 22,5t/osiePentru vagoane cu doua osiiParabolic 20 t/osie Parabolic 22,5 t/osie Trapezoidal 20 t/osieFlexibilităţile medii ale arcului determinate pe stand la oîncărcare de 1 kN, în mm/kN:—arcul superior—ansamfalul arcului1,150,611,520,631,270,561,070,48Flexibilitatile medii ale ansamblului arcului suspendat prininele unificate, în mm/kN:—arcul superior—ansambiularcului1,130,541,820,591,550,550,880,48Sarcina de comutare (la schimbarea flexibilităţii ), în, kN40 37,6 41,1 40,5Lungimea lamelei principale între axele ochiurilor deprindere, în mm 1 200 1 200 1 200 1 200Înălţimea arcului în stare liberă, în mmSeţiunea lamelor, în mm 2 :—arcul superior—arcnl inferiorNumărul de lamele:—arcul superior—arcul inferiorDimensiunile bridei, în mm:—lăţime—înălţime—lungime116 232 227 216120 -21120 2841120 -20120 3541120 -21120 36100163150100170150100170150100204153Masa, în kg 95 97 103 13041120-15120 2054

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare la vagoanelede marfăConcluziiÎn acest studiu au fost prezentate condiţiile generale pecare trebuie să le îndeplinească suspensia unui vehiculferoviar, cu referire specială la vehiculele de marfă.Este cunoscut faptul că la vehiculele de marfă suspensiaare un singur etaj şi sunt evitate amortizoarele de vibraţiihidraulice întrucât acestea prezintă o fiabilitate redusă.Din acest motiv, la vagoanele de marfă, se folosescamortizoare cu fricţiune.Dacă vagonul are suspensia formată din arcurielicoidale, atunci se preferă ca sistemul elastic să fie cucaracteristică progresivă (arcuri duble de înălţimi diferite)şi amortizoare cu fricţiune tip Lenoir (vezi boghiul Y25).

Studiu privitor la utilizarea arcurilor lamelare lavagoanele de marfăÎn general construcţia de boghiuri din vecheageneraţie sunt cu arcuri lamelare în foi.La boghiurile moderne se folosesc arcuriparabolice care spre deosebire de arcurile în foi,frecarea între lamele este realizată cu elemente defricţiune plasate la capetele lamelelor cu forţă destrângere reglabilă. Acest lucru face ca efectul deamortizare să fie controlabil, coeficientulde frecarevariind în limite mult mai mici decât la arcurile în foi.Avantajele pe care le relizează, fac ca arcurileparabolice să fie utilizate foarte frecvent lavagoanele de marfă inclusiv la cele din dotarea CFR.

Vă mulţumesc pentru atenţieClaudiu-Nicolae BADEA