Разработка системы рессорного подвешивания пассажирского электровоза (стр. 4 из 5)

Рассчитанная пружина обладает устойчивостью, так как

3.4 Выбор гасителя колебаний

Выбираем 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, кг Диаметр цилиндра, мм Диаметр штока, мм Ход поршня, мм Наименьшая длина между осями головок, мм	100 10.5 63 35 140 310 320

4. РАСЧЁТ РАМЫ ТЕЛЕЖКИ НА СТАТИЧЕСКУЮ И УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ

4.1 Составление расчётной схемы рамы тележки и определение величины действующих нагрузок

Расчётная 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·(M_спб+M_тэд)

(4.3)

P₃=9.8·(0.312+3.4)=36.38 кН

P₅=9.8·0.5·M_тэд (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=b_т/2 (4.6)

l₅=l_т/2-B₁/2 (4.7)

l₃=l_кчб-B₁/2+l_пчб/2 (4.8)

l₄=l₅-2·a_т/2+L/2 (4.9)

l₂=l₅-2·a_т/2-L/2 (4.10)

l₆=l₅-(l_подв+D+B₂/2) (4.11)

l₁=2.1/2=1.05 м

l₅=4.4/2-0.15/2=2.125 м

l₃=0.44-0.15/2+1.254/2=0.992 м

l₄=2.125-2.74/2+0.7/2=1.105 м

l₂=2.125-2.74/2-0.7/2=0.405 м

l₆=2.125-(1.18+0.04+0.3/2)=0.755 м

4.2 Расчёт и построение единичных эпюр изгибающих и крутящих моментов

При 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 нагрузки

Расчётная 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 выражениями

М_и2= -P₅·l₄/2 (4.12)

М_и3= P₅·l₆/2 (4.13)

М_и4= P₅·l₆/2-P₁·l₂ (4.14)

М_и5= P₅·l₆/2-P₁·l₃+R·(l₃-l₂)-P₂·(l₃-l₆)/2 (4.15)

М_и6= P₅·l₆/2-P₁·l₄+R·(l₄-l₂)-P₅·(l₄-l₆)/2 (4.16)

М_и7=P₅·l₆/2-P₁·l₅+R·(l₅-l₂)-P₅·(l₅-l₆)/2+R·(l₅-l₄) (4.17)

М_и8=P₅·l₆/2-P₄·l₅+R·(l₅-l₂)-P₅·(l₅-l₆)/2+R·(l₅-l₄) (4.18)

М_и9=P₅·l₆/2-P₄·l₄+R·(l₄-l₂)-P₅·(l₄-l₆)/2 (4.19)

М_и10=P₅·l₆/2-P₄·l₃+R·(l₃-l₂)-P₅·(l₃-l₆)/2 (4.20)

М_и11=P₅·l₆/2-P₄·l₂ (4.21)

М_и12=P₅·l₆/2 (4.22)

М_и13=-P₅·l₄/2 (4.23)

M_и16=(4·R-P₁-P₂-P₄-P₅)·l₁ (4.24)

М_и2= -8.75 кН·м М_и3= 6.29 кН·м

М_и4= 3.28 кН·м М_и5= 20.17 кН·м

М_и6= 22.86 кН·м М_и7= 87.51 кН·м

М_и8= 87.51 кН·м М_и9=22.86 кН·м

М_и10=20.17 кН·м М_и11=3.28 кН·м

М_и12=6.29 кН·м М_и13=--8.75 кН·м

M_и16=19.08 кН·м

Крутящие моменты для участков расчётной схемы определяются следующим образом

M_к1-2=-P₅·l₆/2 (4.25)

M_к3-7=-P₅·l₁/2 (4.26)

M_к8-12=-P₅·l₁/2 (4.27)

M_к13-14=P₅·l₆/2 (4.25)

M_к1-2=--6.29 кН·м M_к3-7=8.75 кН·м

M_к8-12=-8.75 кН·м M_к13-14=6.29 кН·м

Построенные в результате расчётов эпюры представлены на рисунке 4.3.

4.4 Расчёт единичных и грузовых перемещений, определение численных значений Х₁ и Х₂

Единичные перемещения рассчитываются по формулам:

(4.27)

(4.28)

м

(4.29)

Грузовые перемещения

Составляем систему канонических уравнений метода сил для расчёта рамы тележки при статической вертикальной нагрузке

d_1,1·X₁+d_1,2·X₂+D_1,р=0

d_2,1·X₁+d₂₂·X₂+D_2,р=0

X₁=7.261;

X₂=7,261.

Значения результирующих изгибающих моментов

По результатам строим результирующую эпюру изгибающих моментов от X₁ и X₂ (рисунок 4.5). Значения результирующих крутящих момент

Результирующая эпюра крутящих моментов представлена на рисунке 4.6

4.5 Расчёт и построение суммарных эпюр

Суммарная 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 определяются

По 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 прочности

Напряжения 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 4.1

Таблица 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	sи, МПа	tк, МПа	sэ, 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 s_т = 350 Мпа, s_–1=220 МПа, s₀=340 МПа.