Przy projektowaniu nowoczesnych lokomotyw z indywidualnym napedem osi, przy których cal¬ kowity ciezar lokomotywy jest ciezarem naped- nym, dazy sie do uzyskania mozliwie duzej sily pociagowej, jednak bez wywolywania poslizgu niektórych kól irapednych, co z jednej strony mo¬ glo by zaszkodzic silnikom, a z drugiej strony zmniejszyc znacznie sile pociagowa lokomotywy.Poniewaz sila pociagawa zalezy od przyczepno¬ sci i nsfcisku na osie, to jest od czynników, któ¬ rych w danym przypadku nie mozna regulowac, nalezy wiec dazyc do tego, aby "zmiany dyna¬ miczne nacisku na osie, spowodowane przez sile pociagowa lokomotywy, byly jak najmniejsze.Usilowanie rozwiazania tego zagadnienia, to jest dazenie do lepszego wykorzystania przy¬ czepnosci i zwiekszenia przez to przylegania przy danym ciezarze trakcyjnym lokomotywy, dopro¬ wadzily do licznych propozycji, wedlug któ¬ rych sile nacisku na osie wyrównuje sie w ten sposób, ze miedzy poszczególnymi osiami lub podwoziami, lub tez miedzy podwoziami a rama, wprowadza sde dzialanie sil wywolsfnych przez specjalne urzadzenie mechaniczne lub pneuma¬ tyczne, które kompensuja dzialanie zewnetrz¬ nych sil dynamicznych, powstajacych na skutek dzialania sily pociagowej lokomotywy, przez od¬ ciazanie lub dodatkowe obciazanie odnosnych osi.Wedlug innej propozycji zwieksza1 sie wykorzy¬ stanie przyczepnosci przez to, ze sile pociagowa poszczególnych kól dostosowuje sie do cisnienia1 na dane osie, co jednak prowadzi do nierówno¬ miernego wykorzystania silników.Zasade dzialania istniejacych mechanicznych urzadzen wyrównawczych i uzyskanych przez to odciazen, osi, przedstawia fig. 1, na której uwi¬ doczniono lokomotywe z podwoziami, polaczo¬ nymi z rama zW pomoca kulistych czopów AiB.Sily pochodzace od ciezaru wlasnego lokomoty¬ wy nie sa dalej rozpatrywane, gdyz zaklada sie, ze rozkladaja sie one równomiernie na poszcze¬ gólne osie.Jezeli pominie sie wplyw oporów bezwladno- sci i oporów biernych, wtedy sila1 wywarta przez silniki na obwodzie kól napednych (4 V) musi byc równa sile pociagowej na haku, umieszczo¬ nym na wysokosci h ponad wierzcholkami szyn.Jezeli przez silniki przeplywa jednakowy prad, wtedy sila pociagowa rozdziela sde równomiernie na wszystkie cztery osie. Kola napedne kazdej osi wytwarzaja w puktach styku z szynami sile pociagowa (V), przenoszona na rame za posred¬ nictwem kulistych czopów AiB, które dzialaja na wysokosci p ponad wierzcholkami szyn.Na kazdym podwoziu sily pociagowe wytwa¬ rzaja moment napedowy (2 V . p), który w braku na lokomotywie urzadzenia wyrównawczego, po woduje w kierunku jazdy odciazenie przedniej i dodatkowe obciazenie tylnej osi kazdego pod¬ wozia. Wszystkie znane mechaniczne urzadzenia wyrównawcze staraja sie osiagnac jednakowy nacisk na osie danego podwozia w ten sposób, atby momenty wytworzone przez sily P urzadze¬ nia wyrównawczego kompensowaly momenty sily pociagowej V. Sila1 pociagowa na haku (fV) dziala wtedy na lokomotywe jako calosc z mo¬ mentem pociagowym (4V. h), przejetym przez równy jemu moment reakcji wytworzony przez sily dzialajace na kuliste czopy AiB rozmie¬ szczone w odleglosci g i powodujace odciazenie przedniego i dodatkowe obciazenie tylnego pod¬ wozia. Przy stosowaniu mechanicznym urzadzen wyrównawczych jest zatem polowa wszystkich osi o tyle równo odciazona, o ile druga ich po¬ lowa jest dodatkowo obciazona. W przypadku lolsomótywy wedlug fig. 1, przy tego rodzaju wy¬ równaniu nacisków na osie i nie biorac pod uwa¬ ge wplywu sprezynowania podwozi oraz ram skrzynkowych, odciazenie osi przedniego podwo¬ zia wynosi: A Qi = A Q, = 2V | a dodatkowe obciazenie tylnego podwozia Dynamiczne zmiany nacisku na osie oraz sily niezbedne do calkowitego wyrównania urzadzen wyrównawczych sa zmienne i zalezne od sily pociagowej. Pomimo tego, czesto stosuje sie pneumatyczne urzadzenia wyrównawcze ze sta¬ lym lub recznie nastawnym cisnieniem powie¬ trza w cylindrach wyrównawczych, przez co osia¬ ga sie odpowiednie wyrównanie nacisków na osie tylko w ograniczonym i stosunkowo waskim za¬ kresie sil pociagowych. W celu wlasciwego wy¬ równania nacisków na osie w pelnym zakresie sil pociagowych, cisnienie powietrza w cylin¬ drach wyrównawczych winno byc regulowane w zaleznosci od sily pociagowej lokomotywy.Dla lokomotyw z indywidualnym elektrycznym napedem osi, przy których wielkosc sily pocia¬ gowej zalezy od natezenia pradu, wymaganie to moze byc spelnione najlatwiej przez wstawienie zaworu wyrównawczego, który w cylindrze wy¬ równawczym ustala cisnienie, które odpowiada okreslonemu pradowi, a wiec odpowiedniej sile pociagowej lokomotywy. Takie urzadzenie wy- równsfwcze, które samoczynnie reguluje cisnienie powietrza w cylindrach wyrównawczych odpo- wiecjnio do sily pociagowej, stanowi samoczynne pneumatyczne urzadzenie wyrównawcze.Wszystkie znane samoczynnie urzadzenia wy¬ równawcze pracuja na wyzej opisanej zasadzie, to jest daza do wyrównania nacisków na osie te¬ go samego podwozia tak, ze osie (fig. 1) prze¬ dniego podwozia sa w takim stopniu odciazane, w jakim tylne podwozia sa dodatkowo obciaza¬ ne. Jest zatem bez znaczeni*, czy sily wyrównaw¬ cze sa przenoszone miedzy poszczególne osie, mie¬ dzy podwozia, czy tez miedzy podwozia i rame, za pomoca narzadów mechanicznych lub równiez pneumatycznych. Odciazanie osi, osiagane za po¬ moca tych wszystkich urzadzen wyrównawczych, odpowiada mniej lub wiecej wynikom, które osia¬ ga sieza pomoca samoczynnego urzadzenia wy¬ równawczego, dzialajacego z jednakowymi mo¬ mentami wyrównawczymi(2V4)na wszystkie pod¬ wozia. Tensam wynik otrzymuje sie nawet wtedy, gdy dzialanie kulistych czopów AiB przeniesio¬ ne zostanie na wysokosc wierzcholków szyn, a wiec, gdy p=o. W podobnym przypadku, któ¬ ry zupelnie blednie jest okreslany w literaturze jako mechaniczne optimum, wszystkie osie da¬ nego podwozia sa jednakowo obciazone, bez zad¬ nych dodatkowych urzadzen, gdyz moment sily pociagowej podwozia zanika, gdy 2Vp=o. Cal¬ kowity moment {*V, h) dzialajacy na lokomoty¬ we, powoduje jednak odciazanie przedniego i do¬ datkowe obciazenie tylnego podwozia tak, ze osiagniete odciazenie sa takie same, jak w prze¬ padkach poprzec(niqh. — 2 —Wszystkie powyzsze urzadzenia wyrównawcze maja te glówna wade ze nie pozwalaja na opty¬ malne wyrównanie nacisku na osie tak, ze po- mimo ich dosc znacznego czasem skomplikowa¬ nia, odciazenie osi przy ich zastosowaniu jest wieksze niz tego wymaga optimum. Ciezar na- pedny lokomotywy nie jest wiec calkowicie wy¬ korzystany, a lokomotywa moze dac tylko taka sile pociagowa, jaka odpowiada najwiecej od¬ ciazonej osi. Jezeli lokomotywa rozwinie duza sile pociagowa, np. przy ciagnieciu ciezkiego po¬ ciagu pod góre, wtedy odciazone osie pracuja na granicy przyczepnosci i kola moga latwo ulec poslizgowi. Gdy zaczna sie slizgac kola jakiej¬ kolwiek mniej obciazonej osi, daje sie to natych¬ miast we znaki, gdyz z jednej strony silnie spa¬ da calkowita sila pociagowa lokomotywy, co przeszkadza w transporcie i zwalnia go, z dru¬ giej zas strony silnik slizgajacej sie osi osiaga duzo wieksze obroty ndz to jest dopuszczalne przy normalnej eksploatacjii, przez co powstaje niebezpieczenstwo jego uszkodzenia. Duzy spa¬ dek sily pociagowej lokomotywy powstaje z te¬ go powodu, ze silniki pracuja przewaznie w gru¬ pach i sa podlaczone do sieci szeregowo, wobec czego silnik napedzajacy os, której kola slizgaja sie, przejmuje na siebie moc wszystkich wlaczo¬ nych z nim w szereg silników. Wobec tego Wszy¬ stkie pozostale silniki tej grupy nie rozwijaja prawie zadnej sily pociagowej na obwodzie kól napednych.Wyzej wzmiankowane wady dotychczasowych mechanicznych urzadzen do wyrównywania1 na¬ cisku na osie lokomotyw z indywidualnym na¬ pedem tych osi daja sie w znacznym stopniu usunac przez zastosowanie sposobu wedlug wy¬ nalazku, który umozliwia osiaganie rzeczywiscie optymalnych, mechanicznie osiagalnych wartosci wyrównanie nacisku na osie, przy jak najmniej¬ szym odciazeniu tych osi. Przy zastosowaniu urzadzenia wedlug wynalazku osiagalna sila po¬ ciagowa lokomotywy jest wieksza, przy tej sa¬ mej wadze trakcyjnej i przy jednakowej kon¬ strukcji podwozi i ramy. Lepsze wykorzystanie przyczepnosci oznacza w praktyce lepsze wyko¬ rzystanie calej lokomotywy, wyzsza zdolnosc transportowa szczególnie przy ciezkich pociagach.Optymalne wyrównanie i zwiazane z nim jak najmniejsze odciazenie osi otrzymuje sie w ten sposób) ze calkowity moment sily pociagowej lo¬ komotywy odnosi sie do mozliwie najwiekszego odstepu, a zatem do odstepu miedzy dwiema ze¬ wnetrznymi osiami lokomotywy, przy czym tylko ostatnia os w kierunku jazdy jest w tym samym stopniu dociazona jak pozostale osie sa równo¬ miernie odciazone. Tenwarunek daje sie spelnic za pomoca samoczynnego pneumatycznego urza¬ dzenia wyrównawczego, przy czym uklad i usta¬ wienie cylindrów musi odpowiadac glównym wymiarom i konstrukcji lokomotywy. Np. przy lokomotywie wedlug fig. 1, na" przednie podwozie dziala w pokazanym kierunku jazdy, sila wy¬ równawcza Pj, wytworzona przez cylinder 1, a na tylne podwozie sila P2, wytworzona przez cylin¬ der 2. Przy odwrotnym kierunku jazdy dzialaja podobnie cylindry 3 i 4. Sily te sa przenoszone z ramy na podwozia! i powoduja przejsciowe przesuniecie punktu obciazenia ciezarem spo¬ czywajacej na ramie skrzyni w ten sposób, ze wedlug fig. I* pierwsze trzy osie w kierunku jazdy sa w tym samym stopniu odciazone i wtedy A Qi = A Qa = A Qs Poniewaz moment sily pociagowej (4V. h) musi odpowiadac sumie momentów reakcji sil naped, nych wytworzonych na stykach kól z szynam: wraz z dodatkowymi obciazeniami lub odciaze- niami poszczególnych osi z warunku tego wyni¬ ka równanie: 4V • h = A Q8a + A Q,g + A Qi • (a + g) z czego odciazenie pierwszych trzech osi wynosi: A Qi = A Q, = A Q3 = + 2V ^p-^ a dodatkowe obciazenie czwartej osi wynosi: AQl--6VrJ1 Przez porównanie osiagnietego odciazenia osi za pomoca powyzszego urzadzenia wyrównawczego z osiaganymi rezultatami przy urzadzeniach do¬ tychczasowych widac, ze odciazenie w stosunku do odleglosci miedzy kulistymi czopami (g) do odleglosci dw^ch zewnetrznych osi lokomotywy (a+g) zmniejszylo sie w stosunku: _g_ a + g Wielkosci wymaganych sil wyrównawczych wynikaja z warunku równowagi momentów w poszczególnych podwoziach. W przednim pod¬ woziu moment sily pociagowej (2V. p) musi byc wyrównany przez równy jemu moment wyrów¬ nawczy (Pj . m) z czego otrzymuje sie konieczna pionowa sila wyrównawcza dzialajaca na przed¬ nie podwozie: P P1 = 2V-W tylnym podwoziu, moment sily pociagowej (2V. p) musi byc skompensowany przez sume momentów sily wyrównujacej (P2.n) i momen¬ tów sil odciazajacych lub dociazajacych poszcze¬ gólne osie: a _ a ha AQ8-2+AQ*-2=4V- i"+l z czego: 2V • p = P,n + 4V ^ Z powyzszego wynika wielkosc sily dzialajacej na tylne podwozie Poniewaz momenty wyrównawcze (Pjm) i (P^) dzilajace na poszczególne podwozia przy osia¬ gnieciu optymalnego wyrównania nacisków na osie róznia sie znacznie miedzy soba, a ich wza¬ jemny stosunek okreslaja wymiary i konstruk¬ cja* lokomotywy, warunek ten musi byc równiez spelniony przez odpowiednie zaprojektowanie cy¬ lindrów wyrównawczych. Jezeli cylindry 1 i 2 sa rozstawione poziomo tak, ze wytworzone w nich sily dzialaja pionowo (fig. 1) i doprowadza sie do nich powietrze pod jednakowym cisnieniem, zmieniajacym sie jedynie w zaleznosci od sily pociagowej, wtedy poszczególne przekroje i/lub poszczególne odstepy m, n cylindrów wyrównaw¬ czych 1, 2 od odnosnych kulistych czopów A, B musza byc tak dobrane, aby momenty sil wy¬ równawczych Plf P2 w stosunku do kulistych czopów A, B odpowiadaly wymogowi optymal¬ nego wyrównania cisnienia na osie. Wymagany stosunek momentów dzialajacych na poszczegól¬ ne podwozia równiez w ten sposób, ze wytworzone w cylin¬ drach 5 sily przenosi sie na odnosne podwozia np. za pomoca przekladni dzwigniowej 6, o ra¬ mionach odpowiedniej dlugosci, która jest za¬ mocowana na tej czesci lokomotywy, na której sa zamocowane cylindry 5.Takie same optymalne wyrównanie cisnienia ha osie, mozna równiez osiagnac np. dla lokomoty¬ wy wedlug fig. 1, za1 pomoca samoczynnego pneu¬ matycznego aparatu wyrównawczego w ten spo¬ sób, ze przy uwddocznionym kierunku jazdy, cy¬ linder 1 wytwarza sile wyrównawcza Pj dzia¬ lajaca tylko na przednie podwozie, przy czym na tylne podwozie nie dziala zadna sila wyrów¬ nawcza (P2=0). Przy odwrotnym kierunku jate- dy, dziala w podobny sposób tylko cylinder 3, wobec czego dla obydwóch kierunków jazdy sta¬ ja sie zbedne wewnetrzne cylindry wyrównaw¬ cze 2, 4. Przy tego rodzaju wyrównaniu glów¬ ne wymiary lokomotywy musza odpowiadac warunkowi, zeby najmniejsze odciazenie osi bylo osiagalne bez sil dzialajacych na tylne pod¬ wozie. Np. dla lokomotywy wedlug fig. 1 ma1 to miejsce wtedy gdy: P (a+g) = 2ha, to jest 2_±_? = ?L 2a p co oznacza, ze stosunek wysokosci haka h do wysokosci kulistych czopów p ponad wierzchol¬ kami szyn musi byc równy stosunkowi sumy odleglosc miedzy osiami i miedzy kulistymi czopami a + g do podwójnej odleglosci miedzy osiami podwozia 2a.Jezeli wyzej wyprowadzony dla lokomotywy wedlug fig. 1 warunek nie zostanie dokladnie spelniony, osiaga sie jednak korzystne, prakty¬ cznie stosowalne warunki odciazenia osa. Mia¬ rodajne jest to odciazenie trzeciej osi w kierun¬ ku jazdy, które przy wskazanym wykonaniu o tyle zbliza sie do odciazenia pierwszej i dru¬ giej osi, o ile dokladniej wymiary lokomotywy odpowiadaja wskazanemu warunkowi. Takie odciazenie jest korzystniejsze od osiagalnego sposobami dotychczasowymi, w przypadku, gdy o ile (fig. 1) jest spelniony warunek: 4h -p 2g p — a co wynika z porównania osiagalnych z ta loko¬ motywa odciazen.Zastosowanie urzadzenia wedlug wynalazku do osiagniecia optymalnego wyrównania nacisku na osie nie ogranicza sie tylko do lokomotyw we¬ dlug fig. 1, ale nadaje sie równiez do konstruk¬ cji z inna liczba osi i innym ukladem podwozi i ramy, np. równiez do lokomotyw, przy któ¬ rych statyczne obciazenia osi nie sa jednakowo rozdzielone na osie. Na fig. 3 uwidoczniono przy¬ kladowo taka lokomotywe, w której nierówno¬ mierne rozlozenie obciazen statycznych otrzy¬ muje sie przez niesymetryczne ustawienie osi w podwoziach. Jezeli przy odpowiednim zwymia- rowattiiu lokomotywy osiaga sie, ze dla otrzyma¬ nia optymalnego wyrównania nacisku na osie, wymagane sily wyrównujace sa stale, albo tylko w nieznacznym stopniu zalezne od wielkosci sily pociagowej lokomotywy, dla. tych szczególnych przypadków mozna te sily zastapic przez dziala¬ nie sprezyn 89 9 o okreslonej charakterystyce. PL