Rugózás és csillapítás

A 32. ábrán bemutatjuk a teherkocsiknál általánosan alkalmazott egyszerű hordmű kialakítást.

Itt a csapágytok felső síkja és az alváz alsó síkja közötti erőátadást a lemezes hordrugó bizto-sítja a két végéhez kapcsolt felfüggesztő kettős láncszem-páron és a két rugótámon át. A rugótámok hegesztett kötéssel csatlakoznak az alváz főhossztartójához. A rugóköteget közé-pen bilincs fogja össze. A rugóköteg legfelső rugólapja a főrugólap, ennek két végén csatla-kozó szem van kialakítva a rugó melegüzemi megmunkálása során. Az utóbbi csatlacsatla-kozó szemekbe helyezett keresztirányú csapszeg csuklós kapcsolatot létesít a felső felfüggesztő láncszemek felső végéhez szoruló téglalap alakú betétdarabokkal. Ugyancsak csuklós kapcso-lat létesül az alsó felfüggesztő láncszemek alsó végéhez szoruló téglalap alakú betétdarabok és a rugótámok keresztirányú furatába helyezett csapszegek között. A kettős láncszemek alsó és felső tagját szorítóbilincs fogja össze, de oly módon, hogy a két láncszem keresztirányban el tud fordulni egymáshoz képest. A kettős láncszemes tagok alsó végi csuklós kapcsolatai ferde hatásvonalú húzóerőt vesznek át a rugótámokról.

32. ábra Egyszerű hordmű kéttengelyes teherkocsikhoz

A lemezes hordrugó köteg terhelése alapesetben a rugóköteget összefogó bilincs alsó síkján a csapágytokról átadott felfelé működő függőleges erő. Ezt a középen felfelé ható erőt egyensú-lyozza a rúgószemekbe helyezett csapszegeken átadott két ferde hatásvonalú erő. Jelölje F a

alváz rugótörés-tám

rugótám

lemezes hordrugó-köteg felfüggesztő láncszem

csapágyvezeték kötvas (heveder)

csapágytok

(benne a csapágyazással)

z

hordrugó-köteg bilincs

szegecskötés

rugóköteg középső pontján működő függőleges terhelőerőt. Ennek hatására a kezdetben ter-heletlen állapotú rugó z nagyságú függőleges alakváltozást szenved. A jelzett folyamatot úgy szemléltethetjük, hogy a járműfelépítményt daruval megemelve képzeljük olyan magasságig, hogy a lemezes hordrugó köteg terheletlen állapotba jusson. Ez után a daruval lejjebb enged-jük a járműfelépítményt és fokozatosan ráterhelenged-jük a járműsúlyt a hordrugókra. Mérenged-jük a rugó terheletlen állapotához tartozóan az alváz alsó síkjának a sín koronaszintjétől való távolságát, majd a teljes járműsúly ráengedése után, a teljesen terhelt rugókkal biztosított új egyensúlyi helyzetben is meghatározzuk az alváz alsó síkjának a sín koronaszintjétől kialakult lecsökkent távolságát. A két jelzett távolság különbsége adja a hordrugóköteg súlyterhelés alatti z0 stati-kus deformációját. Ebben az egyensúlyi helyzetben a rugót terhelő statistati-kus erő jele: F0. A ru-gó lineárisan rugalmas tulajdonsága által meghatározott erőlefutási viszonyok összetettebbé válnak a rugólapok között fellépő csúszósúrlódás miatt. A lemezes hordrugóköteg behajlása esetén ugyanis a rugólapok egymáson kismértékben elcsúszhatnak és a fellépő csúszósúrló-dási erő legyőzéséhez a rugó deformálása során a tisztán a rugalmas alakváltozás eléréséhez szükséges erőnél nagyobb erő bevezetésére van szükség. Hasonlóképpen, a rugó visszaterhe-lésekor – ha a rugó deformációja csökken – a rugó által biztosított rugalmas visszatérítő erőt azonban most a fellépő súrlódóerő csökkenti. Az elmondottak azt jelentik, hogy a lemezes ru-góköteg esetén terhelésnöveléskor (ha dz/dt > 0) és terheléscsökkenéskor (ha dz/dt < 0) az át-vitt F rugóerő a z deformáció függvényében kétágú jelleggörbével lesz leírható. A 33. ábrán

33. ábra A lemezes hordrugóköteg által átvitt F rugóerő a z deformáció és a dz/dt deformációsebesség függvényében

felrajzoltuk a rugódiagram alakulását. Az ábra pontvonallal mutatja a rugóban kialakuló rugalmas visszatérítő erőt. Ezen rugalmas erőhöz a terhelés rávitelekor kialakuló pozitív deformá-ciósebesség (z az időben növekvő) esetén a súrlódás legyőzéséhez szükséges erő hozzáadódik, és

Megj: ∙ A lemezes rugóköteg száraz súrlódásos lengéscsillapítást biztosít

∙ Rugómerevség: s = tg ; [s] = N/m

egy teljes ciklus során elvont munka: W (csillapítást jelent)

kialakul a felső jelleggörbe ág, terheléselvételkor viszont negatív a deformációsebesség (z az idő-ben csökkenő), ekkor a kialakuló súrlódóerő levonódik, és a hasznosítható visszatérítő erőt ekkor az alsó jelleggörbe ág írja le. Ha a z0 egyensúlyi helyzet körül kialakul egy lengési periódus, és a z deformáció a z0  z, és z0 + z határok között változik, akkor a z deformáció növekedésekor a felső jelleggörbe ág, deformáció csökkenés esetén pedig az alsó jelleggörbe ág érvényesül. Az elmondott folyamat az ábrán a vonalkázással kiemelt területet körbefogó, az óramutató járásával egyező körbejárású jelleggörbe szakaszokkal meghatározott trapéz jellemzi. A trapéz területe most munka mérőszámot szolgáltat, mivel a felső jelleggörbe ág és a z tengely közé zárt terület a rugó deformálása során bevezetett munkát adja, a rugó „visszaterhelésekor” nyerhető munkát az alsó jelleggörbe ág és a z tengely közötti terület adja. A két munkaterület különbsége az a munka ami a rugókötegben egy lengési ciklus során a súrlódás miatt disszipálódik (hőenergia formájában a rugó környezetébe szétszóródik). A jelzett energiaveszteség jelenléte azt jelenti, hogy a lemezes hordrugó a felépítésével meghatározott súrlódási folyamatok kialakulása miatt egyben csilla-pítóként is működik. A vasúti jármű hordművébe épített lemezes hordrugó kötegek tehát az egyensúlyi helyzet megzavarása után előálló lengésfolyamatok során energiát vezetnek ki a len-gőrendszerből mely energia a lengő tömegek mozgási energiájából kerül elvonásra, így bizonyos idő múlva a lengések elhalnak.

Megvizsgáljuk az ágytokok hosszirányú elmozdulását, mely elmozdulás felső határát az ágy-vezetékeken való felütközés bekövetkezése adja. Tekintettel arra, hogy a bemutatott egyszerű lemezrugós hordműben négy csuklós kapcsolat van, ezért az csak a függőleges síkban végez-het mozgást, azaz bizonyos kényszerfeltételek mellett. A jelzett kényszerfeltételek abból adódnak, hogy az ágytokhoz kapcsolódó lemezes hordrugóköteg elmozdulása során a rugófőlap végén elhelyezkedő csapszegek középpontjai a rugótámok bekötési középpontjával mint kör középponttal megrajzolt és a felfüggesztő hevederek furattávolságával meghatározott sugarú köríven mozoghatnak. A hosszirányban kimozdult ágytok tehát viszi magával a rugó-köteget, miközben a fenti kényszer miatt rugószemek középpontjai körvonalon tudnak elmoz-dulni, és a két rugószem középpont távolsága gyakorlatilag állandó marad. Az elmondottak szerint a rugóbekötés mint inga működik. A viszonyokat a 34. ábrán szemléltetjük. Az ábrán jól érzékelhető, hogy a rugóköteg középpontja x távolsággal tért ki balra. Ehhez nagyon ha-sonló értékű – ferde szöghelyzet miatt kicsivel nagyobb – az ágytok közép kitérése. A kitért helyzetben a két függesztő heveder szöge jelentősen eltérő és a heveder által a rugókötegre átvitt vízszintes erőhatások eredeti szimmetrikus helyzetben fenn álló ellentett egyenlősége megbomlik. Látható módon a jobb oldali hevederben ébredő húzóerőnek a rugóra nézve jobb-ra működő vízszintes komponense nagyobb, mint a bal oldali hevederben ébredő húzóerő

bal-ra mutató vízszintes komponense. Így a rugókötegre ható eredő vízszintes erő jobbbal-ra mutat, ha a rugóközép  és vele az ágytok is – balra tért ki. Azt mondhatjuk tehát, hogy a mindenkori vízszintes ágytok kitérés vektoriális értelmével ellentétes értelmű visszatérítő erő működik az ágytokra. Ez a visszatérítő erő, éppen úgy működik a rugóköteg, az ágytok és a hozzá kap-csolt kerékpár-fél alkotta tömegre, mint a kitérített ingánál az inga felfüggesztő fonalában éb-redő K erő és a G súlyerő eéb-redőjeként adódó vízszintes F visszatérítő erő hat az inga tömegé-re. A rugóköteg, a hozzá kapcsolt ágytok és kerékpár tehát a kitérítő hatás megszűnte után a felfüggesztő rendszer saját tulajdonságából következően automatikusan a szimmetrikus heve-derhelyzettel jellemzett középhelyzetbe áll vissza.

34. ábra Az egyszerű hordmű hosszirányban fellépő visszatérítő erejének szemléltetése A vasúti jármű – mint rugókkal alátámasztott tömeg – lengőrendszert képez. A jármű súly-pontjának függőleges lengését – a rázást  a 35. ábra helyettesítő modelljével vizsgáljuk.

35. ábra Kéttengelyes vasúti jármű egyszerűsített lengéstani modellje rázásra Az ábra szerinti modell kialakításához a következőket vettük figyelembe:

Az inga kitérése:

l.) a hordmű a kocsiszekrénynek (az m tömegnek) rugózott alátámasztást biztosít,

2.) a kéttengelyes jármű egyszerű hordművében 4 db párhuzamosan kapcsolt hordrugó van, 3.) a párhuzamosan kapcsolt lineáris karakterisztikájú rugók s rugómerevségei összeadódnak.

A fentiek szerint meghatározott modell egyetlen tömegből és egyetlen eredő merevségű füg-gőleges rugóból álló rendszerre redukálható. A redukált helyettesítő lengőrendszerben az m tömeget most az se = 4s eredő merevségű rugó támasztja alá. A helyettesítő rendszer függőle-ges lengéseinek sajátkörfrekvenciája pedig az Általános járműgéptan c. tárgyból jól ismert

(4.6) képletből számítható, míg a∙ sajátfrekvencia az

2

f 

  képlettel meghatározott, mértékegy-sége pedig:   ^{1 H z}

s

f   .

A vasúti jármű futás közbeni nem kívánt ún.”parazita” mozgásait a 36. ábrán szemléltetjük a mozgásformák megnevezésével együtt. Három haladó (transzlatorikus) mozgás és három for-gó (rotatorikus) mozgás szerepel a merev testnek tekintett járműfelépítmény lengések között.

36. ábra A vasúti jármű hat parazita mozgása