Определение положения опор кузова на раме тележки

Установив величины сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок, необходимо вычертить эскиз рамы и составить расчетную схему приложения нагрузок. При этом величины сосредоточенных нагрузок берутся из составленной ранее весовой ведомости. Эти нагрузки считаются приложенными в соответствующих точках или в центре тяжести соответствующих узлов. В первом приближении их можно считать сосредоточенными в геометрическом центре узла.

К сосредоточенным нагрузкам относятся:

– часть веса кузова , приходящаяся на одну тележку;

– вес средней поперечной балки;

– вес двигателя при опорно-рамном подвешивании;

– вес крайних поперечных балок рамы;

– вес рессорного подвешивания;

– вес тормозного оборудования.

К равномерно распределенной нагрузке следует отнести вес боковины рамы тележки.

Интенсивность равномерно распределенной нагрузки q, кН/м, определяется:

(7.1)

где P_б – вес боковины рамы тележки, кН;

- длина боковины рамы тележки, м;

- ширина передней и задней концевой балки в тележке, м.

На рисунке 7.1 приведена расчетная схема нагружения рамы двухосной тележки электровоза ЭП1. На которой обозначено:

Р_кб – вес концевой балки рамы, кН;

Р_сб – вес средней балки рамы, кН;

Р^т_к– вес кузова электровоза, приходящийся на тележку, кН;

Р_тд– вес тягового двигателя, кН;

Р_то - вес тормозного оборудования, кН;

R– реактивные усилия, возникающие в точках крепления к раме тележки

пружин и балансиров, кН.

Кузов электровоза опирается на тележку в четырех точках через люлечные опоры. Следует учитывать, что конструкция опор 2P_к^т / 4 предусматривает распределение веса кузова так, что приходится на две центральные опоры, распо-

ложенные на поперечных балках, а Р_к^т / 4 - на две дополнительные опоры, расположенные симметрично на боковинах тележки.

Рисунок 7.1 – Расчетная схема нагружения рамы тележки электровоза ЭП1

Для проверки правильности составления расчетной схемы нагружения рамы тележки используем условие равновесия: проекция всех сил на верткальную ось равна нулю.

(7.2)

Сущность развески заключается в том, чтобы на основании уравнений равновесия тележки электровоза определить место нахождения опор кузова, обеспечивающее проектное распределение нагрузок на колесные пары.

При составлении уравнения равновесия все усилия, действующие на раму, разносятся на две боковины, т.е. на каждую боковину приходится половина веса концевых и поперечных балок, половина веса тормозного оборудования, половина веса кузова, приходящегося на тележку и.т.д. На рисунке 7.2 рассмотрена статическая развеска электровоза ЭП1.

При выполнении статической развески электровоза необходимо выполнение условия:

, (7.3)

которое определяет равенство нулю моментов всех сил и реакций относительно произвольно выбранной точки А.

Рисунок 7.2 – Расчетная схема статической развески на боковину рамы тележки электровоза ЭП1

Уравнение суммы моментов относительно точки А имеет вид:

Отсюда искомое расстояние от точки А до точки приложения нагрузки

(7.4)

Расстояние до первой боковой опоры равно l_x=1,28 м.

Расстояние до второй боковой опоры равно l_х+1,4=2,68 м.

8 Расчёт рессорного подвешивания электровоза

8.2 Расчёт буксового рессорного подвешивания пассажирского электровоза

Комплект буксового рессорного подвешивания пассажирского электровоза в расчете на одно колесо колесной пары состоит из двух цилиндрических однорядных или двухрядных пружин и фрикционного или гидравлического гасителя колебаний.

На первом этапе расчёта необходимо определить неподрессоренную массу, приходящуюся на одну ось и статическую нагрузку на систему буксового рессорного подвешивания.

При опорно-рамном подвешивании и тяговом приводе II класса, то есть с опорно-рамным подвешиванием тягового двигателя и опорно-осевым подвешиванием редуктора, неподрессоренная масса,приходящаяся на одну ось, состоит из массы колесной пары и букс,массы зубчатого колеса с опорными подшипниками и части массы корпуса редуктора с шестерней. В этом случае величина М_н определяется по формуле:

(8.1)

где М_mp – масса тягового редуктора;

М_nм – масса передаточного механизма тягового момента.

Статическая нагрузка на одну пружину, кН, определяется по формуле:

(8.2)

(8.3)

где 2П – нагрузка от колесной пары на рельсы, кН;

М_н – неподрессоренная масса, приходящаяся на одну ось, т.

Коэффициент концентрации напряжений для пружины зависит от индекса пружины C=D/d. Коэффициент концентрации рассчитывается по формуле:

(8.4)

Наибольшие касательные напряжения в пружине, МПа, при действии статической нагрузки Р определяются по формуле:

(8.5)

Коэффициент запаса статической прочности для пружины рассчитывается по формуле:

(8.6)

Запас статической прочности:

1,7 £ Kn £ 2,0

1,7 .

Статический прогиб пружины под нагрузкой Р рассчитывается по формуле:

(8.7)

где G – модуль упругости при кручении, кПа, составляет 8∙10⁷.

Требование по величине прогиба 33,737 >25,6 мм выполняется.

Основной характеристикой пружины является жесткость, которая численно равна нагрузке, вызывающей прогиб пружины на единицу длинны. Жесткость пружины, кН/м, рассчитывается по формуле:

(8.8)

Максимальная (предельная) нагрузка на пружину:

(8.9)

А прогиб пружины под этой нагрузкой:

(8.10)

Прогиб до полного соприкосновения витков определяется по формуле:

(8.11)

Коэффициент запаса прогиба:

(8.12)

При проектировании пружины необходимо обеспечить ее устойчивость.

Устойчивость пружины:

(8.13)

8.3 Расчёт пружин системы «Флексикойл»

Горизонтальный прогиб (рисунок 8.1) при параллельном смещении опорных поверхностей

(8.14)

где Н - горизонтальная сила;

Ж_r - боковая жесткость пружины, которая определяется:

(8.15)

где h - высота рабочей части пружины по оси прутка

(8.16)

(8.17)

Вспомогательные параметры, входящие в формулы (8.16) и (8.17):

(8.18)

Рисунок 8.1 – Положение пружины при действии вертикальной и горизонтальной нагрузок

(8.19)

;

(8.20)

где I - осевой момент инерции сечения прутка пружины;

- коэффициент Пуассона (коэффициент поперечной деформации), который зависит только от материала стержня, но не зависит от его размеров и формы сечения (для металлов 0,3).

α - угол подъема винтовой линии пружины, определяемый из условия:

(8.21)

; (8.22)

Под действием силы Н витки пружины испытывают дополнительную деформацию сдвига и возникающие при этом касательные напряжения определяются

(8.23)

где - коэффициент концентрации напряжений.

(8.24)