Весовая нагрузка рамы тележки
Вертикальные силы веса, действующие на раму тележки, составляют
- собственный вес рамы;
- вес тормозного оборудования;
- вес подрессоренной части тягового двигателя;
- передачи и системы первичного подвешивания;
- части веса кузова, приходящиеся на тележку.
Величина реакций рессорных подвесок определяем в кН из условия
где Р′нп - вес неподрессоренных частей, отнесенных к одной кп , кН
4 - четыре точкикрепления;
Нагрузка от веса кузова, приходящаяся на одну тележку
где Ртел - вес одной тележки электровоза кН
где
q – интен- сивность равномерно распределенной нагрузки .
Сосредоточенная нагрузка от веса кузова электровоза
Напряжение в опасном сечении рамы тележки от весовойнагрузки
Рассчитаем изгибающий момент в заделке и построим эпюру
My1= - 0,25*282,283*0,59+47,562*0,875 – 4,4632*2,405*0,5*2,405+47,562*2,275 – 0,2*4,4632*1,1*2,405=92,915кН*м
My2= 47,562(0,875 – 0,59) – 4,4632*2,405(0,5*2,405 – 0,59) + 47,562(2,275 – 0,59) -0,2*4,4632*1,1(2,405 - 0,59) =85,34 кН*м
My3=47,562(2,275 – 0,875) – 4,4632*2,405(0,5*2,405 – 0,875) – 0,2*4,4632*1,1(2,405 – 0,875) = 61,569кН*м
My4 =47,562( 2,275 – 0,5*2,405) – 0,2*4,4632*1,1(2,405 – 0,5*2,405) = 49,83 кН*м
My5 = -0,2 *4,4632*1,1(2,405 – 2,275) = -0,127 кН*м
Определим напряжение для точки 1:
так как 1 H/mm2 = 1 МПа.
Рисунок4. Расчетная схема и эпюра изгибающих моментов
Допустимая скорость движения локомотива в кривой
Для определения допустимой скорости движения в кривой решим систему уравнений равновесия сил, действующих на тележку (рисунок 5)
Рисунок 5. Схема сил, действующихна тележку при движении в кривой
где Yi - направляющее усилие первой по ходу колесной пары, кН;
С - значение непогашенной центробежной силы для
массы электровоза, приходящейся на тележку, кН ;
f - коэффициент трения между колесом и рельсом.
t ∙ Р'сц ∙Cos(αi) – проекция силы трения на ось Y .
Величина допустимой скорости движения в кривой без возвышения:
=37,61 км/ч.
Скорость движения в кривой без возвышения наружного рельса:
;
=37,5 км/ч.
Определим центробежную силу:
, кН;
=18,542 км/ч.
С возвышением наружного рельса:
;
где h - возвышение наружного рельса в кривой, м;
=61,452км/ч.
Зададимся диапазоном возможных значений хс от хmin= 1 м до хmax = хснп (м):
, м,
где ρ – заданный радиус кривой, м;
∆ - суммарный зазор для колесной пары в кривой радиуса=300, мм.
∆=24 мм,
=2,285 м.
Значит, = 1 м,а = 2,285 м.
Силы, действующие на раму тележки, при движении
Электровоза в кривой
Полную систему сил, действующих на раму тележки, при движении в кривой можно рассмотреть как состоящую из двух независимых систем.
Рисунок 6 - Схема действия сил на раму тележки при движении в кривой
Величина центробежной силы подрессоренных масс СП в кН, отнесенной к одной тележке определяем для допустимой скорости VД для кривой без возвышения наружного рельса по формуле
где r - радиус кривой.
Перераспределение вертикальных реакций:
hc= 2,2 м
где hc - высота центра тяжести подрессоренных масс, относительно УГР;
b - половина ширины рамы тележки;
Дб= 1,25м - расчетный диаметр колес по кругу катания.
Из этого уравнения определяем перегрузку Rc
Горизонтальные реакции, приложенные к буксовым кронштейнам, принимаем равными между собой и определяем
Принудительный поворот тележки без качения колес приводит к проскальзыванию бандажей. Со стороны колесной пары на боковины рамы действуют силы и , определяемые как
При допустимой скорости движения в кривой Vд = 37,5 км/ч,
x1 = 3,86 м; x2 = 0,71 м; S= 0,8 м; f= 0,25.
Продольные усилия стремятся повернуть раму тележки в горизонтальной плоскости, этому препятствуют буксы, закрепленные на шейках осей колесных пар. В результате появляются поперечные горизонтальные реакции Hp, приложенные к буксовым направляющим. Величина Hp рассчитывается из условия равновесия от действия этих сил и выражается уравнением
;
7. Напряжения в опасном сечении при движении локомотива
В кривой
Система сил Rc, Hc, Np, Hp, создает в заделке консоли два изгибающих момента: момент Мх действующий в вертикальной плоскости, и момент Mz действующий в горизонтальной плоскости (рисунок 7).
Рисунок 7 – Схема сил, действующих на раму тележки при движении в кривой.
Составим уравнения для определения изгибающих моментов в опасном сечении рамы в вертикальной плоскости xoy.
My1 =Rc*Xp1+Rc*Xp2 – Np1*Zn1 – Np1*Zn2 = 2,51*0,875+2,51*2,275 – 2,294*0,475–2,294*0,275=6,187кН*м
My2 = - Rc*Xp1+Rc*Xp2 – Np1*Zn1 – Np1*Zn2= - 2,51*0,875+2,51*2,275 – 2,294*0,475 – 2,294*0,275 = 1,795кН*м
My3 = -Rc*Xп1+Rc*Xp2 – Np1*Zn1- Np1*Zn2 = -2,51*1,1+2,51*2,275 – 2,294*0,475 – 2,294*0,275= 1,23кН*м
My4 = Rc(Xp2 – Xn2) = 2,51(2,275 – 2,05) = 0,564кН*м
Mу5 = 0
Mz1 = (Нс+Нр)*(Хп1+Хп2) = (1,753+3,764)*(1,1+2,05) = 17,378кН*м
Мz2= (Нс+Нр)*(Хп1-Хп2) = (1,753+3,764)*(1,1 – 2,05) = -5,241кН*м
Мz3= (Нс+Нр)*Хп2 = 11,309кН*м
Мz4= (Нс+Нр)*Xп1= 6,068кН*м
Mz5=0
Определим напряжение изгиба относительно осиy:
Суммарное напряжение изгиба в расчетных точках 1 и 6
МПа.
МПа.
На основании полученных данных заполним таблицу 4.
Таблица 4 – Напряжение в расчетных точках 1и 6
Точки сечения | ||
Напряжение от изгиба относительно оси у , МПа | 3,032 | 3,032 |
Напряжение от изгиба относительно оси z, МПа | 22,279 | -22,279 |
Суммарные напряжения, МПа | 25,311 | -19,247 |
Изобразим эпюры изгибающих моментов (рисунок 7)
Рисунок 7 – Расчетная схема и эпюра изгибающих моментов