Разработка системы рессорного подвешивания пассажирского электровоза
рдинаты собственных центров тяжести элементов средней части боковины для горизонтальных листов z1.2'=(h+1)/2=(0.383+0.016)/2=0.199 м.Для усиливающей накладки z2'=h/2+1+3/2=0.383/2+0.017+0.015/2=0.216 м.Ордината центра тяжести всего сечения: (2.19)Используя формулу zi=zi'-zc определяем zi и составляем таблицу 2.5.Таблица 2.5 Вспомогательные параметры для средней части боковины рамы тележки
|
Элемент | Fi, | zi ', | zi, | xi, | zi2Fi | xi2Fi | Ixi, | Izi, | |
сечения | 10-4м2 | 10-3м | 10-3м | 10-3м | 10-6м4 | 10-6м4 | 10-6м2 | 10-6м2 | |
Верхний горизонтальный лист | 35.7 | 199 | 173,04 | 0 | 107.34 | 0 | 0.0859 | 13.12 | |
Нижний горизонтальный лист | 35.7 | -199 | -224,96 | 0 | 180.67 | 0 | 0.0859 | 13.12 | |
Левый вертикальный лист | 57.15 | 0 | -25,96 | -77,5 | 3.85 | 33.88 | 69.13 | 0.107 | |
Правый вертикальный лист | 57.15 | 0 | -25,96 | 77,5 | 3.85 | 33.88 | 69.13 | 0.107 | |
Усиливающая накладка | 25,5 | 215 | 189,04 | 0 | 91.13 | 0 | 0,048 | 6,14 | |
Сумма | 211.2 | 215 | 85,2 | 0 | 386.84 | 67.76 | 138.47 | 32.6 | |
|
Моменты инерции при изгибе и кручении для поперечных сечений каждого элемента рамы тележки: (2.20) (2.21) (2.22)
Результаты расчётов представлены в таблице 2.6.
|
Элемент рамы | Ix,10-6м4 | Iz,10-6м4 | Iк,10-6м4 | Wx,10-3м3 | Wz,10-3м3 | Wк,10-3м3 | |
К.П.Б. | 57.72 | 20.65 | 15.01 | 0.547 | 0.275 | 0.591 | |
К.Ч.Б. | 72.05 | 55.85 | 39.99 | 0.721 | 0.532 | 0.964 | |
С.Ч.Б. | 525.31 | 100.36 | 101.3 | 2.183 | 0.956 | 2.137 | |
С.П.Б | 498.8 | 242.83 | 208.2 | 2.494 | 1.619 | 3.19 | |
|
2.3 Определение массы элементов экипажной части и составление весовой ведомости
Массы концевых поперечных балок
Mкпб=·(bт-Bб)·Fкпб (2.23)
Mкпб=7.8·(2.1-0.21)·100.8·10-4=0.149 т
Масса средней поперечной балки, также рассчитывается по формуле
Mспб=7.8·(2.1-0.21)·211.8·10-4=0.312 т
Масса концевой части боковины
Mкчб=с·lкчб·Fкчб (2.24)
Mкчб=7.8·0.44·12,12·10-3=0.042 т
Масса средней части боковины
Mсчб=7.8·1.012·185.7·10-4=0.146 т
Масса усиливающей накладки
Mн=c·lн·Fн (2.25)
Mн=7.8·1.98·2.55·10-3=0.0393 т
Масса переходной части боковины
Масса боковины в целом
Mб=2·Mкчб+2·Mпчб+Mсчб+Mн (2.27)
Mб=2·0.042+2·0.0858+0.146+0.0393=0.4409 т
Рассчитанные массы отдельных балок рамы тележки, а также массы остальных элементов механической части локомотива сводим в упрощённую весовую ведомость (табл.2.7).
Таблица 2.7 Упрощённая весовая ведомость пассажирского электровоза.
|
Наименование оборудования | Масса единицы оборудования ,т | Количество единиц оборудования | Масса оборудования | |
1 | 2 | 3 | 4 | |
Передняя поперечная балка рамы | 0.149 | 3 | 0.447 | |
Средняя поперечная балка рамы | 0.312 | 3 | 0.936 | |
Задняя поперечная балка рамы | 0.042 | 3 | 0.126 | |
Боковина рамы | 0.4409 | 6 | 2.6454 | |
Кронштейны крепления поводковых букс | 0.3086 | 3 | 0.9285 | |
Рама тележки в сборе | 1.8004 | 3 | 5.40212 | |
Колёсная пара с двумя зубчатыми колёсами и буксами | 2.57 | 6 | 15.42 | |
Тяговый двигатель | 3.4 | 6 | 20.4 | |
Подвеска тягового двигателя | 0.06 | 6 | 0.36 | |
Тяговый редуктор | 1.15 | 6 | 6.9 | |
Передаточный механизм тягового момента | 0.12 | 6 | 0.72 | |
Колёсно-моторный блок в сборе | 7.3 | 6 | 43.8 | |
Первая ступень рессорного подвешивания в сборе | 0.2 | 6 | 1.2 | |
Тормозное оборудование | 0.96 | 3 | 2.88 | |
Устройство связи с кузовом | 0.188 | 3 | 0.564 | |
Пневматический монтаж и прочие детали | 0.08 | 3 | 0.24 | |
Тележка в сборе | 18.828 | 3 | 56.484 | |
Кузов с оборудованием | 66.485 | 1 | 66.485 | |
Электровоз в целом | 122.973 | 1 | 122.973 | |
|
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ СИСТЕМЫ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗА3.1 Определение минимально допустимой величины статического прогиба системы рессорного подвешивания и распределение его между ступенямиМинимально допустимую величину статического прогиба принимаем по [2 стр. 25], для пассажирского электровоза при Vк=175 км/ч, . Принятую величину необходимо распределить между центральным и буксовым подвешиванием. По рекомендации [2 стр. 25] минимально допустимая величина статического прогиба буксового подвешивания , а минимально допустимая величина статического прогиба центрального подвешивания .
3.2 Выбор конструкции центрального рессорного подвешиванияПо [ 2, прил. 1] принимаем электровоз-аналог ЧС8, нагрузка на опору кузова 84 кН и . (3.1)где P2 - статическая нагрузка на опору кузова проектируемого электровоза. (3.2)Полученная величина статического прогиба центрального подвешивания ? тогда условие выполняется
3.3 Проектирование и расчёт буксового рессорного подвешивания пассажирских электровозовПри опорно-рамном подвешивании тягового двигателя и тяговом приводе II класса неподрессоренная масса, приходящаяся на одну ось, состоит из массы колёсной пары и букс, массы зубчатого колеса с опорными подшипниками и части массы корпуса редуктора с шестерней:Mн=Mкп+2·Mбукс+4/5·Mтр+2/5·Mпм (3.3)Mн=2.5+4/5·0.9+2/5·0.05=3.24 тВеличина нагрузки на пружинуPп=0.5·(2П-9.8·Mн) (3.4)Pп=0.5·(201-9.8·3.24)=84.624 тСтатическая нагрузка на пружину (3.5)Исходные данные для расчёта цилиндрической однорядной пружины:Общее число витков n=5;Число рабочих витков nр=3.5;Диаметр прутка d=40·10-3 м;Средний диаметр пружины D=180·10-3 м;Высота пружины в свободном состоянии hсв=260·10-3 м.Коэффициент концентрации напряжений для пружины: (3.6)Индекс пружины C=D/d=180/40=4,5.Наибольшие касательные напряжения в пружине при действии статической нагрузки P: (3.7)Коэффициент запаса статической прочности (3.8)Так как 1.7<1.7178<2, то пружина достаточно прочна.Статический прогиб пружины под нагрузкой (3.9)Требование по величине прогиба 33,737 >25,6 мм выполняется.Жёсткость пружины (3.10)Максимальная (предельная) нагрузка на пружину (3.11)А прогиб пружины под этой нагрузкой (3.12) Прогиб пружины до полного соприкосновения витковfсж=hсв-(nр+1)·d (3.13)fсж=260-(3.5+1)·40=80 ммКоэффициент запаса прогиба (3.14)Так как и Kf>1.7 то согласно рекомендациям [1], выбранные геометрические параметры пружины обеспечивают её нормальную работу в системе буксового рессорного подвешивания.Рассчитанная пружина обладает устойчивостью, так как
3.4 Выбор гасителя колебанийВыбираем по [1] гидравлический гаситель колебаний производства Чехословакии ТБ 140. Его характеристики приведены в таблице 3.1.Таблица 3.1 Технические характеристики гидравлического гасителя колебаний
|
Показатели | Величина | |
Параметр сопротивления, кН·с/м Масса гасителя, кгДиаметр цилиндра, ммДиаметр штока, мм Ход поршня, мм Наименьшая длина между осями головок, мм | 10010.56335140310 320 | |
|
4. РАСЧЁТ РАМЫ ТЕЛЕЖКИ НА СТАТИЧЕСКУЮ И УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ4.1 Составление расчётной схемы рамы тележки и определение величины действующих нагрузокРасчётная схема рамы тележки пассажирского электровоза имеет вид показанный на рисунке 4.1.Численные значения сил P1- P4 и R рассчитываются по формулам (4.1) (4.2)P3=9.8·(Mспб+Mтэд) (4.3)P3=9.8·(0.312+3.4)=36.38 кНP5=9.8·0.5·Mтэд (4.4)P5=9.8·0.5·3.4=16.66 кН (4.5)Расстояния между расчётными точками для схемы рисунка 4.1 определяются по следующим формулам:l1=bт/2 (4.6)l5=lт/2-B1/2 (4.7)l3=lкчб-B1/2+lпчб/2 (4.8)l4=l5-2·aт/2+L/2 (4.9)l2=l5-2·aт/2-L/2 (4.10)l6=l5-(lподв++B2/2) (4.11)l1=2.1/2=1.05 мl5=4.4/2-0.15/2=2.125 мl3=0.44-0.15/2+1.254/2=0.992 мl4=2.125-2.74/2+0.7/2=1.105 мl2=2.125-2.74/2-0.7/2=0.405 мl6=2.125-(1.18+0.04+0.3/2)=0.755 м
4.2 Расчёт и построение единичных эпюр изгибающих и крутящих моментовПри нагружении расчётной схемы рамы тележки единичным моментом X1 деформацию изгиба испытывают передняя концевая поперечная балка (участок 1-2, рис 5.2) и средняя поперечная балка (участок 15-16), а деформацию кручения левая часть боковины (участок 3-7).В этом случае изгибающие моменты:При нагружении расчётной схемы рамы тележки единичным моментом X2 деформацию изгиба испытывают задняя концевая поперечная балка (участок 13-14) и средняя поперечная балка (участок 15-16), а деформацию кручения правая часть боковины (участок 8-12).В этом случае изгибающие и крутящие моменты
4.3 Расчёт и построение эпюр изгибающих и крутящих моментов от внешней нагрузкиРасчётная схема заданной схемы представлена не только сосредоточенными силами, приложенными по осевой линии боковины, и симметричными относительно средней поперечной балки, но и сосредоточенными силами, приложенными к концевым поперечным балкам со смещением относительно их осевых линий. В результате внешняя нагрузка для рассматриваемой расчётной схемы вызывает деформацию изгиба и кручения.Изгибающие моменты в расчётных точках определяются следующими выражениямиМи2= -P5·l4/2 (4.12)Ми3= P5·l6/2 (4.13)Ми4= P5·l6/2-P1·l2 (4.14)Ми5= P5·l6/2-P1·l3+R·(l3-l2)-P2·(l3-l6)/2 (4.15)Ми6= P5·l6/2-P1·l4+R·(l4-l2)-P5·(l4-l6)/2 (4.16)Ми7=P5·l6/2-P1·l5+R·(l5-l2)-P5·(l5-l6)/2+R·(l5-l4) (4.17)Ми8=P5·l6/2-P4·l5+R·(l5-l2)-P5·(l5-l6)/2+R·(l5-l4) (4.18)Ми9=P5·l6/2-P4·l4+R·(l4-l2)-P5·(l4-l6)/2 (4.19) Ми10=P5·l6/2-P4·l3+R·(l3-l2)-P5·(l3-l6)/2 (4.20)Ми11=P5·l6/2-P4·l2 (4.21)Ми12=P5·l6/2 (4.22)Ми13=-P5·l4/2 (4.23)Mи16=(4·R-P1-P2-P4-P5)·l1 (4.24)Ми2= -8.75 кН·м Ми3= 6.29 кН·м Ми4= 3.28 кН·м Ми5= 20.17 кН·м Ми6= 22.86 кН·м Ми7= 87.51 кН·м Ми8= 87.51 кН·м Ми9=22.86 кН·м Ми10=20.17 кН·м Ми11=3.28 кН·м Ми12=6.29 кН·м Ми13=--8.75 кН·мMи16=19.08 кН·мКрутящие моменты для участков расчётной схемы определяются следующим образомMк1-2=-P5·l6/2 (4.25)Mк3-7=-P5·l1/2 (4.26)Mк8-12=-P5·l1/2 (4.27)Mк13-14=P5·l6/2 (4.25)Mк1-2=--6.29 кН·м Mк3-7=8.75 кН·мMк8-12=-8.75 кН·м Mк13-14=6.29 кН·мПостроенные в результате расчётов эпюры представлены на рисунке 4.3.
4.4 Расчёт единичных и грузовых перемещений, определение численных значений Х1 и Х2Единичные перемещения рассчитываются по формулам: (4.27) (4.28)м (4.29)Грузовые перемещенияСоставляем систему канонических уравнений метода сил для расчёта рамы тележки при статической вертикальной нагрузке1,1·X1+1,2·X2+1,р=02,1·X1+22·X2+2,р=0X1=7.261; X2=7,261. Значения результирующих изгибающих моментовПо результатам строим результирующую эпюру изгибающих моментов от X1 и X2 (рисунок 4.5). Значения результирующих крутящих моментРезультирующая эпюра крутящих моментов представлена на рисунке 4.6
4.5 Расчёт и построение суммарных эпюрСуммарная эпюра изгибающих моментов для рамы тележки пассажирского электровоза рассчитывается путём суммирования эпюры изгибающих моментов от внешней нагрузки с результирующей эпюрой изгибающих моментов от X1 и X2.Из сопоставления видно, что суммированию подлежат только эпюры на концевых поперечных балках и на средней поперечной балке, а для боковины суммарные изгибающие моменты в точках 3-12 численно равны изгибающим моментам в этих точках, вызванным внешней нагрузкой и ранее рассчитанным формулам.Суммарные изгибающие моменты определяютсяПо результатам расчёта строим эпюры (рисунок 4.7)Суммарная эпюра крутящих моментов для рамы тележки пассажирского электровоза рассчитывается путём графического суммирования эпюры крутящих моментов от внешней нагрузки с результирующей эпюрой крутящих моментов от X1 и X2.Из сопоставления видно, что суммированию подлежат только эпюры на боковине, а для концевых поперечных балок суммарные крутящие моменты в точках 1-2 и 3-14 численно равны крутящим моментам на этих участках, вызванным внешней нагрузкой и ранее рассчитанным формулам.Суммарные крутящие моменты определяются
4.6 Расчёт напряжений в сечениях рамы тележки и оценка статической прочностиНапряжения в сечения рамы тележки при изгибе и кручении: (4.25) (4.26)Эквивалентные напряжения согласно третьей теории прочности (4.27)Расчёт выполняется в форме таблицы 4.1Таблица 4.1- Расчёт напряжений в сечениях рамы тележки
|
Номер сечения | Суммарный изгибающий момент Mи, кН·м | Суммарный крутящий момент Mк, кН·м | Моменты сопротивления | Напряжения | |
| | | При изгибе Wx·10-3 м3 | При кручении Wx·10-3 м3 | и, МПа | к, МПа | э, МПа | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
1 | 7.261 | -6.29 | 0.547 | 0.591 | 13.274 | -10.643 | 25.086 | |
2 | -1.489 | -6.29 | 0.547 | 0.591 | 2.722 | -10.643 | 21.459 | |
3 | 629 | -1.489 | 0.721 | 0.964 | 8.724 | -1.545 | 9.255 | |
4 | 3.28 | -1.489 | 0.721 | 0.964 | 4.594 | -1.545 | 5.499 | |
5 | 20.17 | -1.489 | 1.452 | 1.551 | 13.891 | -0.96 | 17.577 | |
6 | 22.86 | -1.489 | 2.183 | 2.137 | 10.472 | -0.697 | 10.559 | |
7 | 87.51 | -1.489 | 2.183 | 2.137 | 40.087 | -0.697 | 40.111 | |
8 | 87.51 | -1.489 | 2.183 | 2.137 | 40.087 | +0.697 | 40.111 | |
9 | 22.86 | -1.489 | 2.183 | 2.137 | 10.472 | +0.697 | 10.559 | |
10 | 20.17 | -1.489 | 1.452 | 1.551 | 13.891 | 0.96 | 17.557 | |
11 | 3.28 | -1.489 | 0.721 | 0.964 | 4.549 | 1.545 | 5.499 | |
12 | 6.29 | -1.489 | 0.721 | 0.964 | 8.724 | 1.545 | 9.255 | |
13 | -1.489 | 0.29 | 0.547 | 0.591 | -2.722 | 10.643 | 21.459 | |
14 | 7.261 | 6.29 | 0.547 | 0.591 | 13.274 | 10.643 | 25.086 | |
15 | -14.522 | 0 | 2.494 | 3.19 | -5.823 | 0 | 5.823 | |
16 | 4.558 | 0 | 2.494 | 3.19 | 1.828 | 0 | 1.825 | |
|
По [2, табл. 5.2] выбираем сталь, для изготовления рамы тележки, марки 15ХСНД, предел текучести т = 350 Мпа, -1=220 МПа, 0=340 МПа.
Статическая прочность обеспечена, так как максимальная эквивалентная прочность в таблице 4.1: 40.111 < 0.55 · т = 195,5 МПа.
4.7 Проверка рамы тележки на усталостную прочность
Среднее напряжение цикла
m= (4.28)
По таблице 4.1 m = 40.111 МПа.
Коэффициент динамики, отражающий совместное влияние на сложное напряжённое состояние рамы тележки совокупности вертикальных и горизонтальных усилий, развивающихся при движении электровоза с конструкционной скоростью по прямому участку пути
(4.29)
Эмпирический коэффициент А определяется по формуле:
(4.30)
Амплитуда напряжения цикла определяется по формуле:
v = Kд·max (4.31)
v = 0.572 · 40.111 = 22.943 МПа
Величина коэффициента характеризующего чувствительность металла к асимметрии цикла:
(4.32)
где -1 - предел выносливости стали при симметричном цикле, -1=220 МПа;
0 - предел выносливости стали при пульсирующем цикле, 0= 340 МПа.
Эффективный коэффициент, учитывающий понижение выносливости детали
(4.33)
где к - эффективный коэффициент концентрации напряжений, к = 1.6;
К1 - коэффициент неоднородности материала детали, К1=1.1;
К2 - коэффициент влияния внутренних напряжений в детали, К2=1;
- коэффициент влияния размерного фактора, =0,7;
m - коэффициент состояния поверхности детали, m=0.82;
- коэффициент возможного отклонения от технологии, =1,0.
Данные параметры выбираются согласно рекомендациям [2, стр.56].
Коэффициент запаса усталостной прочности по формуле Серенсена-Кинасошвили
(4.34)
Условие усталостной прочности выполняется.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В курсовом проекте разработана система рессорного подвешивания пассажирского электровоза. В качестве прототипа взят электровоз ЧС8, а также его основные характеристики. Выполнен расчёт нагрузок действующих на раму тележки, напряжений в сечениях рамы тележки, произведена проверка на прочность. Все требования предъявляемые рессорному подвешиванию удовлетворяют норме.
Страницы: 1, 2