- центробежной силы и давления ветра;

- усилий, возникающих при работе тяговых двигателей;

- усилий, возникающих при торможении электровоза;

- кососимметричной нагрузки;

- продольной инерционной силы при ударе в автосцепку;

- усилий, возникающих при выкатке колёсных пар.

В зависимости от условий эксплуатации и режима работы электровоза перечисленные силы могут появиться отдельно или в совокупности.

При расчётах на прочность рамы тележек современных электровозов рассматриваются как статически неопределимые системы и расчёты выполняются методом сил.

Для приближённой оценки прочности рамы её можно рассматривать как статически определимую систему, состоящую из отдельных балок.

Расчёт на прочность сводится к определению изгибающих моментов и напряжений в характерных сечениях элементов рамы тележки.

Для определения напряжений, кроме изгибающего момента, необходимо знать геометрические характеристики сечений.

5.2 Определение геометрических характеристик

К геометрическим характеристикам поперечных сечений элементов рамы относятся момент инерции и момент сопротивления. В зависимости от назначения, конструкции и типа рам поперечные сечения элементов могут иметь разнообразные формы.

На рисунке 5.1 приведено расчетное поперечное сечение боковины сварной рамы тележки электровоза ВЛ10.

Рисунок 5.1 – Поперечное сечение концевой балки тележки ВЛ10

Параметры сечения ; ; ; ;

Ввиду несимметричности сечения относительно горизонтальной оси расчет геометрических характеристик будем производить табличным методом. Вспомогательную ось Y| проведем через середины элементов 3 и 4. Результаты расчетов заносим в таблицу 5.1

Таблица 5.1- Расчет геометрических характеристик

В таблице 4.1 приводятся:

1) порядковый номер каждого элемента;

2) площадь сечения элемента;

3) расстояние от центра тяжести площади элемента до вспомогательной оси Y|;

4) статический момент площади элемента относительно

вспомогательной оси;

5) расстояние от нейтральной оси сечения до центра тяжести площади сечения каждого элемента;

6) произведение Fi *Zi2;

7) момент инерции сечения каждого элемента относительно собственной нейтральной оси.

Расстояние ZС от вспомогательной оси до нейтральной оси всего сечения

, (5.1)

мм

Момент инерции всего сечения определяется путем суммирования величин, заключенных в столбцах 6 и 7 (см. таблицу 5.1)

,  (5.2)

мм4

Расстояние от нейтральной оси до наиболее удаленной точки сечения

, (5.3)

мм

Момент сопротивления сечения изгибу

, (5.4)

мм3

5.3 Расчёт рамы как статически определимой системы

В приближённых расчётах раму тележки можно рассматривать как статически определимую систему, которая состоит из отдельных балок, имеющих между собой шарнирные связи. При этом рассчитываются только боковины как наиболее нагруженные элементы рамы. Рекомендуется, как и при расчёте продольной развески тележки, совместить обе боковины в одну вертикальную плоскость.

На рисунке 5.2 приведена расчетная схема для двухосной тележки

Рисунок 5.2 – Расчетная схема для двухосной тележки.

Примечание. Значения моментов М2 и М6 значительно завышены для наглядности построения.

Изгибающие моменты в сечениях 0, 1, 2,... и 8 боковины имеют следующие значения

,                                                      (5.5)

,                                                (5.6)

,

,                                            (5.7)

,

,                               (5.8)

,

,              (5.9)

              (5.10)

   (5.11)

   (5.12)

 (5.13)

Значения моментов Мдв1 и Мдв2 не учитываем, так как направленные встречно, они взаимно компенсируют друг друга и роли не играют.

Изгибающий момент в последнем 10-м сечении должен быть равен нулю, если вычисления сделаны правильно и условия равновесия рамы тележки не нарушены.

По полученным значениям строим эпюру изгибающих моментов, представленную на рисунке 5.2.

Зная изгибающие моменты в расчётных сечениях боковины рамы, находим максимальное напряжение в них

,                                          (5.14)

 (МПа).

Здесь 2·Wy - момент сопротивления изгибу двух совмещённых боковин;

М – максимальный изгибающий момент (в нашем случае это момент в 4-ом сечении), (кг*мм).

Далее найденное максимальное напряжения сравниваем с допустимым, которое принимается в соответствии с коэффициентом запаса прочности и выбранной марки стали. Коэффициент запаса прочности n принимается относительно предела текучести sT выбранной марки стали (для сталей марки М16С sт = 230 МПа).

При расчете рамы на вертикальную статическую нагрузку, n=2,0...2,5. Принимаем n=2,0.

 (кГс/мм2).

Напряжение в боковине, найденное по формуле (5.14), оказалось значительно меньше по сравнению с допускаемым. Обусловливается это тем, что в курсовом проекте прочностные расчёты выполняются лишь на один вид нагрузки. В действительности же прочность рамы необходимо оценивать по суммарным напряжениям, вызванным совокупным действием нагрузок и сил, возникающих при эксплуатации электровозов.

6. Расчет кососимметричной нагрузки

Под кососимметричной нагрузкой понимается нагрузка от двух равных по величине, но различных по знакам вертикальных сил, причем силы, расположенные по одной диагонали тележки действуют вверх, а по другой диагонали – вниз (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 – Нагрузки, возникающие при несбалансированных рессорах.

Рассмотрим влияние отдельных причин, вызывающих кососимметричную нагрузку.

Неравенство гибкости рессор по заводским допускам составляет до %;

таким образом, при нагрузке рессоры равной Р, разница в усилиях, передаваемых от рессор на раму, может составить  

Разность уровней колес при наиболее неблагоприятных условиях составит:

1) от возвышения рельса в переходной кривой 2 мм на 1 м пути, что при базе тележки а (в м) дает (в мм)

2) от разницы кругов катания согласно допускам (2 мм), а также вследствие конусности бандажей () при максимальном поперечном смещении колесной пары на 34мм (при износе гребней бандажей)

мм

3) от неточностей в сборке буксового подвешивания и наличия допусков в размерах рессор, пружин и букс мм.

Разница в прогибах рессор

 (6.1)

мм

Если обозначим усилия рессор буксового подвешивания, расположенных по диагоналям, соответственно R и R|, их жесткости Жб, а прогибы  и

 и ,

и величина дополнительного усилия

Кососимметричная нагрузка

 (6.2)

тс.

Список использованных источников

1. Медель, В.Б. Проектирование механической части электроподвижного состава. -М.: Транспорт, 1963-423 с.

2. Исаев, И.П., Перова, А.А., Бурчак, Г.П. Расчёт конструкций электроподвижного состава на вычислительных машинах. - М.: Трансжелдор-издат, 1966-298 с.

3. Цихалевский И.С., Нафиков, Г.М., Буйносов А.П. Механическая часть ЭПС: Руководство для выполнения курсового проекта. - Екатеринбург, УрГУПС, 2001-56 с.

4. Медель, В.Б. Подвижной состав электрических железных дорог. Конструкция и динамика. - М.: Транспорт, 1965-278 с.

Страницы: 1, 2, 3