Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Уральский государственный университет

путей сообщения

Кафедра “Электрическая тяга”

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему:

“Проект тележки электровоза и расчет основных несущих элементов”

Екатеринбург

2010

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Основные геометрические размеры тележки

3. Выбор схемы и расчёт рессорного подвешивания

3.1 Выбор схемы рессорного подвешивания

3.2 Расчёт листовых рессор

3.3 Расчёт винтовых рессор

3.3.1 Расчет внутренних пружин

3.3.1 Расчет наружных пружин

4. Расчёт развески тележки

5. Расчёт прочности рамы

5.1 Расчёт рамы

5.2 Определение геометрических характеристик сечений

5.3 Расчёт рамы как статически определимой системы

6. Расчет кососимметричной нагрузки

Список использованных источников

Введение

Механическая часть электровоза предназначена для размещения электрического, пневматического, тормозного оборудования и пультов управления, а также для восприятия и передачи горизонтальных продольных и поперечных сил, передачи и распределения вертикальных нагрузок от массы электровоза на путь и обеспечения движения электровоза по рельсовому пути. Состоит из кузова и тележек. Тележки бывают сочлененными, имеющими механическое соединение между собой, и не сочлененными. Если автосцепные устройства находятся на раме тележки, то сочленение предназначено для передачи продольных сил тяги, торможения. В тех случаях, когда автосцепные устройства установлены на раме кузова то применяют несочлененные тележки или тележки с упругой поперечной связью, рама кузова воспринимает от тележек и передает горизонтальные продольные силы на автосцепные устройства.

Основные узлы тележки: рама, колесные пары с буксами и буксовое подвешивание. На тележках устанавливают тяговые двигатели с тяговыми передачами и тормозное оборудование.

Рамы тележек предназначены для передачи и распределения вертикальных нагрузок между колесными парами с помощью подвешивания, восприятия и передачи сил тяги и торможения, а также горизонтальных поперечных сил, обеспечения правильной устойчивости колесных пар, крепления тяговых двигателей, элементов подвешивания и тормозного оборудования.

Основными элементами рамы тележек являются продольные балки, поперечные шкворневые и концевые балки. Концевые поперечные балки рам сочлененных тележек, служат для размещения автосцепного устройства или крепления сочленения. У не сочлененных тележек концевые балки служат для придания тележке необходимой жесткости рамы, к ним крепят детали тормозного оборудования, на них воздействует ролик противоразгрузочного устройства.

Рассматриваемый электровоз ВЛ10 состоит из двух несочлененных двухосных тележек и кузова. Рама тележки представляет собой цельносварную замкнутую конструкцию прямоугольной формы, состоящую из двух боковин коробчатого сечения, связанных между собой шкворневым (центральным) и двумя концевыми поперечными брусьями.

1. Исходные данные

Формула ходовой части 2₀-2₀ с боковыми опорами

Конструкция рамы сварная

Марка стали боковин М16С

Вариант сечения боковин 3

Тип двигателя ТЛ2К1

Диаметр колёсной пары D_кп=1250 мм

Нагрузка на ось P_сц=21,8 тс

Индивидуальное задание расчёт кососимметричной нагрузки

2 Основные геометрические размеры тележки

К основным геометрическим размерам тележки относятся:

- расстояние между осями смежных колёсных пар;

- расстояние между осями крайних колёсных пар (жёсткая база тележки);

- длина тележки;

- ширина тележки.

Основные геометрические размеры тележки являются по сути своей таковыми и для рамы тележки. Некоторые их отличия обусловлены наличием в уже скомпонованной конструкции тележки колёсных пар и буксовых узлов, деталей рессорного подвешивания, тормозного оборудования и ударно-тяговых аппаратов.

Расчётная схема для определения геометрических размеров рамы трёхосной тележки электровоза приведена на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 – Основные геометрические параметры тележки

Из рисунка 2.1 видно, что расстояние между осями колёсных пар

, (2.1)

(мм).

Это же расстояние составляет жесткую базу тележки.

Расстояние от геометрической оси левой и правой колёсных пар до наружной плоскости концевого поперечного бруса

, (2.2)

(мм).

Длина рамы тележки

, (2.4)

(мм).

Размеры (показанные на рисунке 2.1), используемые при расчёте геометрических параметров рамы тележки:

R₀- расстояние от оси колёсной пары до конца носиков или кронштейна остова тягового двигателя, зависит от его конструкции, мощности и способа подвешивания;

b - Зазор между выступами носиков или опорным кронштейном остова тягового двигателя и поперечным креплением рамы;

S - Расстояние между гребнем бандажа и поперечным креплением, определяется способом подвески тормозной колодки;

n - ширина поперечных креплений рамы;

e₁ - ширина концевых поперечных балок несочленённых тележек.

Для опорно-осевого подвешивания выбрали следующие значения:

R₀ = 1330 мм; S = 95 мм; b = 20 мм; n = 500 мм; e₁ = 150 мм;

Диаметр гребня бандажа принимаем

мм, (2.5)

(мм),

где D_к - диаметр колеса по кругу катания.

3. Выбор схемы и расчёт рессорного подвешивания

3.1 Выбор схемы рессорного подвешивания

Рессорное подвешивание на электроподвижном составе служит для смягчения вертикальных ударов, передаваемых от пути на надрессорное строение при прохождении колёсных пар по неровностям. С другой стороны, рессорное подвешивание уменьшает воздействие подвижного состава на путь, обусловленное колебаниями надрессорного строения. Кроме того, с помощью рессорного подвешивания достигается равномерное распределение нагрузок между колёсными парами при следовании их по неровности пути. Поэтому правильно выбранная схема рессорного подвешивания придаёт электровозу хорошие динамические свойства и уменьшает склонность его к боксованию.

В правильно выбранной схеме (рисунок 3.1) количество расчётных точек подвешивания должно быть минимальным и в то же время достаточным для обеспечения устойчивого положения рамы тележки. Только в этом случае обеспечивается равномерное распределение нагрузок между колёсными парами, устойчивое горизонтальное положение рамы, что, в свою очередь, также является обязательным условием одинаковых осевых нагрузок.

Рисунок 3.1 – Схема рессорного подвешивания ВЛ10

Как видно из рисунка 3.1, рессорное подвешивание электровоза ВЛ10 имеет четыре (по две с каждой стороны) расчетные точки подвешивания. Поэтому тележки этого электровоза вполне устойчивы и дополнительных опор не требуется.

Для передачи вертикальной нагрузки от кузова на тележку применяют упругие боковые опоры, расположенные на поперечной оси тележки. По отношению к боковинам они располагаются точно посередине. Для передачи тягового и тормозного усилия от рамы тележки на раму кузова применяется шкворневое устройство, располагающееся посередине шкворневого бруса.

3.2 Расчёт листовых рессор

Расчёт рессорного подвешивания и его элементов может иметь две цели.

Во-первых, при выбранных схемах подвешивания рессор и пружин на базе существующего типа электровоза определение прогибов, жёсткостей и напряжений, сравнение их с допускаемыми значениями. Если найденные напряжения меньше допускаемых, расчёты на этом этапе заканчиваются.

Во-вторых, если напряжения окажутся больше допускаемых, необходимо рассчитать рессоры и пружины, которые вследствие их усиления будут отличаться от существующих. Но это отличие должно быть минимальным. Последнее обеспечит монтаж и установку усиленных рессор и пружин в те же габариты и изготовление их из тех же материалов, что и применяемые на эксплуатируемых электровозах.

Показанные на рисунке 2.1 реакции Р на рессоры

, (3.1)

(тс),

где P_сц – давление колесной пары на рельс;

Р_нпр - неподрессоренная масса, приходящаяся на одну колёсную пару, которая при опорно-осевом подвешивании двигателя включает в себя массу колёсной пары с буксами, 2/3 массы системы рессорного подвешивания и кожухов зубчатой передачи и половину массы тягового двигателя. В приближенных расчётах можно принять Р_нпр=6 тс.

В таблице 3.1 приводятся исходные данные для расчета листовых рессор.

Таблица 3.1 – Исходные данные для листовых рессор

Примечание. Для обеспечения необходимого запаса по допускаемым напряжениям и число наборных листов увеличено на 1 по сравнению с применяемым на современных образцах.

Статический прогиб рессоры

, (3.2)

(мм),

где L - длина рессоры, определяемая точками крепления подвесок;

а - длина хомута;

Е - модуль упругости материала стали 55С2 и 60С2,

кГс/мм²;

n_к - число коренных листов;

n_н - число наборных листов;

b и h - соответственно ширина и толщина листа.

Жёсткость рессоры

, (3.3)

(кГс/мм).

Напряжение в коренных листах, в МПа, с учетом знака определяется, причём величины L, а, b и h подставляются в см, а P – в кГс.

, (3.4)

(МПа),

в наборных листах

, (3.5)

(МПа).

Положительными считаются напряжения растяжения, отрицательными - сжатия. Полученные значения и необходимо сравнить с допускаемыми значениями

и . (3.6)

Допускаемое напряжение [_к] и [_н] при расчёте рессоры на статическую нагрузку составляет 600 МПа ( 6000 кГс/см²).

3.3 Расчёт винтовых рессор

При расчёте пружин, как и при расчёте листовых рессор, первая задача заключается в определении прогиба и напряжения выбранного из существующих типов пружин. Вторая задача является продолжением первой, если напряжение в пружине будет больше допустимого, и заключается в расчёте более усиленной по сравнению с существующей пружиной.

На современных электровозах применяют двухрядные винтовые рессоры

В таблице 3.2 приводятся исходные данные для расчета винтовых рессор.

Таблица 3.2 – Исходные данные для наружных винтовых рессор

Как видно из рисунка 3.1, нагрузка на каждую пару пружин составляет половину от нагрузки Р, приходящейся на рессору.

, (3.7)

(тс),