Разработка системы рессорного подвешивания пассажирского электровоза

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ДАННЫХ ЭЛЕКТРОВОЗА

2. РАЗРАБОТКА ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОВОЗА

2.1 Определение основных размеров тележки

2.2 Расчёт геометрических характеристик сечений рамы тележки

2.3 Определение массы элементов и составление весовой ведомости

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ СИСТЕМЫ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗА

3.1 Определение минимально допустимой величины статического прогиба системы рессорного подвешивания

3.2 Расчёт основных характеристик листовой рессоры

3.3 Расчёт основных характеристик пружин

4. РАСЧЁТ РАМЫ ТЕЛЕЖКИ НА СТАТИЧЕСКУЮ И УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ

4.1 Составление расчётной схемы рамы тележки и определение величины действующих нагрузок

4.2 Расчёт и построение единичных эпюр изгибающих и крутящих моментов

4.3 Расчёт и построение эпюр изгибающих и крутящих моментов от внешней нагрузки

4.4 Расчёт единичных и грузовых перемещений

4.5 Расчёт и построение суммарных эпюр

4.6 Расчёт напряжений в сечениях рамы тележки и оценка статической прочности

4.7 Проверка рамы тележки на усталостную прочность

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В связи с ростом объёма перевозок появилась необходимость увеличения пропускной способности железных дорог. В связи с этим создаётся необходимость увеличения межремонтных пробегов локомотивов. Одной из самых ремонтируемых частей электровоза является экипажная часть. В связи с этим появляется необходимость разработки более совершенных элементов экипажной части электровозов.

К элементам механической части электроподвижного состава предъявляется ряд определённых требований, таких как: надёжность, долговечность, простота обслуживания и быстрый ремонт. Несоответствие этим требованиям ведёт к простоям локомотивов и, следовательно, нарушению режима работы всей железнодорожной системы в целом.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ДАННЫХ ЭЛЕКТРОВОЗА

По [1 табл. 1.1] составляем таблицу 1.1, в которой представлены технические данные заданного тягового двигателя 5AL4442nP и прототип электровоза ЧС8.

Таблица 1.1 Технические данные тягового двигателя НБ-501.

Параметры тягового двигателя	Численные значения
Мощность двигателя ,кВт: -- в часовом режиме Pчас -- в номинальном режиме Pном	850 820
Частота вращения якоря, об/мин: -- в часовом режиме nчас -- в номинальном режиме nном -- максимальная nmax	1200 1215 1860
Масса (вес) двигателя, т	2.95
Централь Ц, мм	612
Поперечная длина остова lос, мм	1000
Расстояние между точками подвешивания lподв, мм	1100
Тип передачи	односторонняя

Сцепная масса электровоза рассчитывается по формуле:

(1.1)

где nкп - число колёсных пар, согласно заданной колёсной формуле nкп=6.

2П - нагрузка от колёсной пары на рельсы, по [1 стр. 4] 2П=201 кН.

Диаметр колеса по кругу катания определяется по формуле:

(1.2)

где [2p] - допускаемая по условиям контактной прочности нагрузка на 1 мм диаметра колеса, по [1] принимаем [2p]=0.2.

Принимаем Dк=1.2 м.

Предварительное значение передаточного числа тяговой передачи определяется по формуле:

(1.3)

где Vк - конструкционная скорость, Vк=175 км/ч.

Вращающий момент на валу тягового двигателя:

(1.4)

Граничные значения для модуля зубчатого зацепления:

(1.5)

(1.6)

По [2 табл. 2.2] принимаем m=18 мм.

Диаметры делительных окружностей зубчатого колеса и шестерни тяговой передачи рассчитываются по формулам:

(1.7)

(1.8)

Значение Da1 необходимо проверить на выполнение требований габарита подвижного состава, приняв b=120 мм и =20 мм:

(1.9)

Условие выполняется.

Числа зубьев зубчатого колеса и шестерни рассчитываются по формулам:

(1.10)

(1.11)

Уточнённое значение передаточного числа тяговой передачи:

Уточнённое значение передаточного числа тяговой передачи должно обеспечивать выполнение условия:

(1.12)

Условие выполняется 175?175, следовательно, тяговый привод обеспечивает движение электровоза с заданной конструкционной скоростью.

Эффективные мощности электровоза в часовом и номинальном режимах:

 (1.13)

(1.14)

Скорости движения в час. и ном. режимах:

(1.15)

Мощность, подводимая к тяговой передаче в часовом и номинальных режимах:

(1.16)

(1.17)

Подводимая мощность для часового режима Pп.ном=100 % тогда по [1 табл. 1.2] зп=0.978. Для часового режима:

(1.18)

Вращающий момент на валу тягового двигателя в часовом режиме:

(1.19)

Сила тяги электровоза в часовом и номинальном режимах:

(1.20)

(1.21)

Проверим сцепную массу для пассажирского локомотива, коэффициент использования сцепного веса примем в=0.88. Для пассажирского электровоза постоянного тока:

(1.22)

где Mп - масса пассажирского поезда, Mп=1100 т;

0 - основное удельное сопротивление движению поезда;

тр - удельное сопротивление при трогании с места;

i0 - дополнительное сопротивление от уклона;

у - удельное сопротивление от ускоряющего усилия;

В момент трогания (0+тр+i0)=80 н/т. Величина у определяется по формуле:

(1.23)

где aп - пусковое ускорение поезда, aп=1200 км/ч2;

- удельное пусковое ускорение, =12.2 км·т/ч2·Н.

Коэффициент сцепления колеса с рельсом:

(1.24)

Так как 122.973>94.58, то сцепная масса обеспечивает движение электровоза по расчётному подъёму с установившейся скоростью без боксования.

Минимальная длина электровоза по прочности путевых сооружений:

(1.25)

Длина локомотива по осям автосцепок Lл=25 м.

Жёсткая база локомотива Lб, есть расстояние между шкворнями или геометрическими центрами крайних тележек:

(1.26)

где е - коэффициент, e=0.55;

nс - число секций,nc=1.

2. РАЗРАБОТКА ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЛОКОМОТИВА

2.1 Определение основных размеров тележки

Для определения основных размеров тележки можно использовать расчётную схему, приведённую на рисунке 2.1.

Жёсткая база тележки определяется по формуле:

2·aт=2·lподв+B2+2· (2.1)

где lподв - расстояние между точками подвешивания тягового двигателя на раме тележки, lподв=1.180 м;

B2 - ширина средней поперечной балки рамы тележки, B2=0.3 м;

- зазор между опорными кронштейнами и поперечной балкой рамы, =0.04 м;

2·aт=2·1.180+0.3+2·0.04=2.74 м

Диаметр колеса колёсной пары по окружности гребня:

D=Dк+0.06 (2.2)

D=1.2+0.06=1.26 м

По рекомендации [1, стр. 18], принимаем ширину концевых поперечных балок B1=0.15 м и расстояние между гребнем бандажа и поперечной концевой балкой рамы тележки l2=0.05 м.

Расстояние от геометрической оси колёсной пары до торца концевой поперечной балки:

 (2.3)

Длина тележки:

lт=2·l1+aт (2.4)

lт=2·0.83+2.74=4.4 м

Высота тележки от уровня головки рельса до верхней горизонтальной плоскости рамы hт и ширина рамы тележки по осевым линиям боковин bт по [1] hт= 1.16 м, bт=2.1 м.

Длина рамы кузова электровоза определяется по формуле:

(2.5)

Расстояние от торцов рамы кузова до торцов рам крайних тележек электровоза l3 по [1 с.21] l3=1.42 м. Расстояние между смежными тележками электровоза:

(2.6)

Полученное расстояние l4>2 м, поэтому корректировку l3, lл и lк не производим.

Уточнённая жёсткая база электровоза:

Lб=2·(l4+lт) (2.7)

Lб=2·(3.78+4.4)= 16.36 м

На рисунке 2.2 приведена компоновочная схема экипажной части электровоза ЧС8.

Длина концевой части боковины lкчб=0.1·lт=0.44 м;

Длина средней части боковины lсчб=0.23·lт=1.012 м;

Длина переходной части боковины:

(2.8)

Рисунок 2.2. Компоновочная схема экипажной части локомотива.

Уточнённая длина тележки:

lт=2·lкчб+2·lпчб+lсчб (2.9)

lт=2·0.44+2·1.254+1.012=4.4 м

Длина усиливающей накладки lн=0.45·lт=1.98 м.

На рисунке 2.3 показаны формы сечений концевых поперечных балок и концевых частей боковины.

Рисунок 2.3 а. Сечение средней части боковины рамы.

б. Сечение поперечных балок и концевых частей боковины

Расстояние между внутренними поверхностями вертикальных листов, образующих сечение:

b=B-2·2-2·1 (2.10)

где 1 - вылет концов горизонтальных листов под сварной шов, 1=0.02 м.

Расчётная высота вертикального листа для сечений без усиливающей накладки:

h=H-2·1 (2.11)

а для сечения с усиливающей накладкой

h=H-2·1-3 (2.12)

Ширина сечения по средним линиям составляющих его элементов для всех сечений рамы тележки:

b0=b+1 (2.13)

Высота сечения по средним линиям составляющих его элементов для сечений без усиливающих накладок:

h0=h+1 (2.14)

а для сечения с усиливающей накладкой:

h0=h+1+3/2 (2.15)

Расчётная ширина усиливающей накладки:

Bн=B-2·1 (2.16)

Bн=0.21-2·0.02=0.17 м

2.2 Расчёт геометрических характеристик сечений рамы тележки

Размеры и расчётные данные сечений балок приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 Размеры и расчётные данные сечений балок рамы тележки

Элемент	B,	H,	h,	b,	h0,	b0,	?1,	?2,	?3,
рамы	10-3 м	10-3 м	10-3 м	10-3 м	10-3 м	10-3 м	10-3 м	10-3 м	10-3 м
Концевая поперечная балка	150	200	166	80	183	95	17	15	-
Концевая часть боковины	210	200	166	140	183	155	17	15	-
Средняя часть боковины	40	430	381	140	406	155	17	15	15
Средняя поперчная балка	300	400	366	230	383	245	17	15	-

Для сечения концевых поперечных балок получаем:

площадь сечения горизонтального листа F1.2=B·1=150·17=22.5·10-4 м2

площадь сечения вертикального листа F3.4=H·2=200·15=25.2·10-4 м2

ординаты и абсциссы собственных центров тяжести для горизонтальных листов z1,2=h0/2=92·10-3 м; x1,2=0;

ординаты и абсциссы собственных центров тяжести для вертикальных листов x4,3=b0/2=47.5·10-3 м; z3,4=0.

Моменты инерции при изгибе для составляющих сечение элементов определяются по формулам:

для горизонтальных листов:

(2.17)

для вертикальных листов:

(2.18)

Результаты расчётов сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 Вспомогательные параметры для концевых поперечных балок рамы тележки

Элемент	Fi,	zi,	xi,	zi2Fi	xi2Fi	Ixi,	Izi,
сечения	10-4м2	10-3м	10-3м	10-6м4	10-6м4	10-6м2	10-6м2
Верхний горизонтальный лист	25.5	92	0	21.58	0	0.0614	4.8
Нижний горизонтальный лист	25.5	-92	0	21.58	0	0.0614	4.78
Левый вертикальный лист	24.9	0	-47	0	5.5	5.718	0.0466
Правый вертикальный лист	24.9	0	47	0	5.5	5.718	0.0466
Сумма	100.8	0	0	43.16	11.0	11.559	9.65

Аналогичным образом заполняется таблица 2.3 для средней поперечной балки и таблица 2.4 для концевых частей боковины.

Таблица 2.3 Вспомогательные параметры для средней поперечной балки рамы тележки

Элемент	Fi,	zi,	xi,	zi2Fi	xi2Fi	Ixi,	Izi,
сечения	10-4м2	10-3м	10-3м	10-6м4	10-6м4	10-6м2	10-6м2
Верхний горизонтальный лист	51	192	0	188	0	0.123	38.25
Нижний горизонтальный лист	51	-192	0	188	0	0.123	38.25
Левый вертикальный лист	54.9	0	-123	0	83.06	61.28	0.103
Правый вертикальный лист	54.9	0	123	0	83.06	61.28	0.103
Сумма	211.8	0	0	376	166.12	22.8	76.706

Таблица 2.4 Вспомогательные параметры для концевых частей боковины рамы тележки

Элемент	Fi,	zi,	xi,	zi2Fi	xi2Fi	Ixi,	Izi,
сечения	10-4м2	10-3м	10-3м	10-6м4	10-6м4	10-4м2	10-6м2
Верхний горизонтальный лист	35.7	92	0	30.22	0	0.0859	13,12
Нижний горизонтальный лист	35.7	-92	0	30.22	0	0.859	13,12
Левый вертикальный лист	24.9	0	-77	0	14.76	5.71	0,047
Правый вертикальный лист	24.9	0	77	0	14.76	5.71	0,047
Сумма	121.2	0	0	60.44	29.52	11.61	26,33

Страницы: 1, 2

Голосование

Как вы оцениваете работу нашего сайта? Отлично Хорошо Нормально Плохо Результаты