Проект тележки электровоза и расчет основных несущих элементов (стр. 3 из 4)

Схема для расчёта продольной развески трёхосной тележки приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема для расчета продольной развески трёхосной тележки электровоза

; (4.1)

(мм);

; (4.2)

(мм);

; (4.3)

(мм);

; (4.4)

(мм);

; (4.5)

(мм);

; (4.6)

(мм);

; (4.7)

(мм);

Для определения нагрузок пользуемся следующими их ориентировочными значениями:

- масса передней концевой балки сварных рам несочленённых тележек Р₁= 100 кг;

- масса шкворневой балки сварных рам, которая несёт нагрузку от кузова и части тягового двигателя Р₂ = 600 кг;

- масса тягового двигателя ТЛ2К1 Р_дв = 5000 кг;

- интенсивность равномерно распределённой нагрузки двух совмещённых боковин рамы тележки q = 500 кГс/м.

Масса кузова Р_к, отнесённая к одной тележке, определяется как

, (4.9)

где

- число осей в тележке;

- масса тележки.

. (4.10)

Здесь

- масса подрессоренных частей тележки.

; (4.11)

(кг).

Тогда

(кг),

(кг).

Тогда реакция винтовых рессор на раму тележки в совмещённых точках подвешивания обеих боковин

, (4.12)

(кг).

При опорно-осевом подвешивании точка приложения нагрузки от подрессоренной части тяговых двигателей не совпадает с центрами тяжестей поперечных балок.

Этим обусловлены сосредоточенные моменты М_д1, М_д2 изображённые на расчётной схеме рисунка 4.1.

, (4.13)

где а_i - расстояние от центра тяжести поперечной балки до точки подвешивания тягового двигателя на эту балку.

Для литой шкворневой балки сварной рамы электровоза ВЛ10 а₁ = а₂ = 0,295 м.

Тогда

(кг*м),

Условие, обеспечивающее одинаковые давления от колёсных пар на рельсы, запишется уравнением

, (4.14)

(4.15)

Из этого уравнения можно определить место расположения опоры кузова на тележке х_к.

(4.16)

Для проверки баланса сил, приложенных к раме и изгибающих моментов, необходимо составить уравнение

, (4.20)

(4.21)

5. Расчёт прочности рамы

5.1 Силы, действующие на раму тележки

Рама тележки представляет собой сложную пространственную систему, которая подвергается воздействию больших сил и нагрузок:

- вертикальной статической нагрузки;

- вертикальной динамической нагрузки;

- 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

Номер элемента	F_i,мм²	Z_i^\|,мм	F_i *Z_i^\|,мм³	Z_i,мм	F_i *Z_i²,мм⁴	I_yi,мм⁴
1	2	3	4	5	6	7
1	4212	211	888732	121.45	62127431.73	113724
2	2740	197	539780	107.45	31634676.85	22833.33
3	6144	0	0	89.55	49269980.16	75497472
4	6144	0	0	89.55	49269980.16	75497472
5	2740	197	539780	286.55	224983872.9	22833.33
	21980	-	1968292	-	417285941.8	151154334.7

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 F_i *Z_i²;

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

Расстояние Z_С 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.