Зайцев С.С полный (1219359), страница 5
Текст из файла (страница 5)
56 Толчок характеризуется ударнойнагрузкой в местах передачи тяговых усилий от экипажной части к кузовулокомотива.Точное влияние боксования на тяговое усилие оценить невозможно, ввидумножества внешних факторов. Однако, согласно экспертной оценке, тяговоеусилие в момент ударной нагрузки может превышать силу тяги на 20 %,реализуемой в момент начала движения.Для моделирования ситуации боксования колесных пар необходимо задатьусловие, что в момент движения экипажа с постоянной скоростью происходитскачок напряжения на всех обмотках тяговых электродвигателей, которыйприводит к повышению частоты оборота валов тяговых электродвигателей и,соответственно, к боксованию колесных пар. В момент прекращениябоксования на шкворень будет действовать реакция от силы тяги, увеличеннаяна 20 % от номинальной нагрузки.
(3.3)кН.Полученное значение кН можно принять для дальнейших расчетов как реакцию от силы тяги в момент ударной нагрузки на шкворень, вследствии прекращения боксования колесных пар.3.4 Условие при вхождении тепловоза в кривую с боксованиемколесных парПри вхождении тепловоза в кривую, на тележку локомотива, помимо31тяговых усилий, будут действовать и боковые усилия, которые передаются черезшкворень на раму тепловоза [3,4].Для нахождения боковых усилий, необходимо изобразить схему сил,действующих на тележку тепловоза 2ТЭ25А в положении наибольшегоперекоса, т.е.
когда первая колесная пара прижата к 42 внутреннему рельсу, азадняя – к наружному. Схема сил представлена на рисунке 3.4.Рисунок 3.4 – Схема сил, действующих на тележку тепловоза 2ТЭ25А в кривой [5]Согласно представленной схеме, в кривой шкворень будет воспринимать насебе следующие силы [5]:- направляющие усилия со стороны рельсов от воздействия упирающихся вних колес и, 81 кН;- центробежная сила, приходящаяся на тележку С, кН;- горизонтальная составляющая массы локомотива, возникающая от возвышения наружного рельса в кривой, кН.Вышеперечисленные силы можно представить в виде результирующей силы, кН, которая алгебраически будет иметь вид [5]32.
(3.4)Чтобы определить неизвестные силы, по приведенной схеме необходимосоставить систему равновесия всех сил и моментов, действующих в кривой [5](3.5)где,, – полюсные расстояния от осей колесных пар до центраповорота тележки, м;, – 42 силы трения бандажей первой и третьей колесной пары о рельсы,кН. Силы трения бандажей второй колесной пары о рельсы не учитываются, таккак данная сила трения направлена в направлении движения и на раму тележкине передается;, – расстояния от центра поворота 42 тележки до точки приложения силтрения и, м;, – 42 углы смещения сил трения и, град;– возвращающий момент, создаваемый гидродемпферами и пружинамитипа «Флексикойл», кН∙м.Полюсное расстояние от первой оси колесной пары до центра поворотатележки определяется по формуле [5], (3.6)где b = 3,8 м – база тележки;– радиус кривой, 48 принимается равным 125 м;– ширина колеи зазоров, принимается равным 0,024 м.33м.Полюсные расстояния для второй и третьей колесных пар определяетсячерез геометрию (рисунок 3.4) и будут равняться [5]:м; (3.7)м.
(3.8)Средние значения сил трения в опорных точках колес 69 считается равнымидля всех колесных пар тепловозов и определяются как [5], (3.9) 42где 2П = 235,4 кН – статическое давление от колесной пары на рельсы;– коэффициент трения между рельсами и бандажами, принимаетсяравным 0,25.кН.Центробежная сила, приходящаяся на тележку, определяется по формуле [5], (3.10)где G = 706,2 кН – часть массы тепловоза, приходящаяся на тележку;V – скорость движения в кривой, принимается равным 80 км/ч;g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.34кН.Сила от возвышения наружного рельса определяется по формуле [5], (3.11)где h – возвышение наружного рельса, 48 принимается равным 0,8 м;2S = 1,6 м – расстояние между кругами катания 74 колес.кН.Расстояния от центра поворота 42 тележки до точки приложения сил тренияи 42 определяются через геометрию (рисунок 3.4):м; (3.12)м.
(3.13)Углы смещения сил трения и определяются через геометрию (рисунок 3.4):; (314). (3.15)Возвращающий момент, создаваемый гидродемпферами и пружинами типа35«Флексикойл», рассчитывается по следующим формулам [5]:; (3.16); (3.17); (3.18), (3.19)где – создаваемый момент гидродемпферами, кН∙м;– суммарный момент, создаваемый пружинами типа «Флексикойл»,кН∙м;кН – сила сопротивления 69 гидродемпфера;м – плечо действия силы. 69кН/мм – жесткость пружины при поперечной деформации;– плечо действия возвращающей силы i-ой пружины, мм, определяетсячерез геометрию (рисунок 3.4);– угол поворота тележки, рад;L = 10,5 м – база тепловоза.Подставляя значения в формулу (3.17), создаваемый моментгидродемпферами будет равенкН∙м.Подставляя значения в формулы (3.19), (3.18) и (3.17), определяется момент,создаваемый первой и шестой пружинами типа «Флексикойл»:рад;36(3.20)кН∙м.Подставив полученные значения моментов в формулу (3.16), возвращающиймомент будет равенкН∙м.Подставив все найденные значения сил и моментов в уравнения (3.5) и решив их относительно и, получится следующая система уравнений:Подставив все найденные значения в формулу (3.4), результирующая силабудет равнакН.Для моделирования условия вхождения тепловоза в кривую с боксованиемколесных пар, необходимо произвести геометрическое сложение тяговой силыв момент боксования колесных пар с результирующей силой поправилу параллелограмма.
(3.27)37кН.Вектор силы относительно движения будет направлен под углом. (3.28)В разделе рассмотрены условия возникновения сил, оказывающихнаибольшее влияние на шкворневой узел при эксплуатации. Результат расчетовследующий:- при трогании тепловоза с места на шкворень будет действоватьноминальная тяговая нагрузка равная кН;- в момент ударной нагрузки после прекращения боксования всех колесныхпар на шкворень будет действовать усилие, превышающее номинальнуюнагрузку на 20 % – кН;- при вписывании тепловоза в кривую на тележку локомотива будутоказывать влияние боковые нагрузки, действие которых передаются черезшкворень на раму тепловоза.
Дополнительной нагрузкой в условияхпоставленной задачи является нагрузка в момент удара после прекращениядействия боксования колесных пар. Результатом действиях всех сил в данныймомент будет являтьсясила кН, вектор действия которой смещен на 3,5° относительно направлению движения.384 ПОСТРОЕНИЕ 3D МОДЕЛИ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТАВ данной разделе описывается процесс создания 3D модели шкворневогоустройства в программном комплексе SolidWorks, отдельных ее частей, а такжесоздание сборки, которая будет передавать точные показания настоящей детали.4.1 Построение деталейПо чертежу ДП 23.05.03.12.151.02 строятся 3D детали в пакете SolidWorks.Все элементы шкворневого устройства смоделированы в масштабе 1:1. Кготовым изделиям задаются характеристики материала, согласно таблице 2.2.3D модели крепежных элементов приведены на рисунке 4.1.Рисунок 4.1 – Крепежные элементы:1 – винт М20; 2 – пробка; 3 – винт М32; 4 – болт М16; 5 – болт М10; 6 – болт М12;7 – винт М8; 8 – гайка М20; 9 – шайба М16; 10 – шайба М10На рисунке 4.2 изображены шкворень и втулка.39Рисунок 4.2 – Шкворень и втулкаНа рисунке 4.3 изображены поджимающая и возвращающая пружины.Рисунок 4.3 – Пружины (поджимающая и возвращающая)На рисунке 4.4 изображены стакан и его сечение.40Рисунок 4.4 – Стакан и его сечениеНа рисунке 4.5 изображены шар и его сечение.Рисунок 4.5 – Шар и его сечениеНа рисунке 4.6 изображены камни верхний и нижний, а также их сечения.41Рисунок 4.6 – Камни (верхний и нижний) и их сеченияНа рисунке 4.7 изображены боковая крышка и ее сечение.Рисунок 4.7 – Боковая крышка и ее сечениеНа рисунке 4.8 изображены нижняя крышка и ее сечение.42Рисунок 4.8 – Нижняя крышка и ее сечениеНа рисунке 4.9 изображены боковой упор и его сечение.Рисунок 4.9 – Боковой упор и его сечениеНа рисунке 4.10 изображены прижимная планка и ее сечение.43Рисунок 4.10 – Прижимная планка и ее сечениеНа рисунке 4.11 изображен корпус шкворневого устройства в сечении.Рисунок 4.11 – Корпус шкворневого устройства в сечении444.2 Создание сборки моделиДетали, описанные выше, в сборке образуют шкворневое устройство.Сборка упругого элемента шкворневого устройства представлена на рисунке4.12.Рисунок 4.12 – Сборка упругого элемента шкворневого устройстваСборка прижимной планки с разнесенными частями представлена нарисунке 4.13.Рисунок 4.13 – Сборка прижимная планка с разнесенными частями45Сборка боковой и нижней крышек с разнесенными частями представлены нарисунках 4.14–4.15.Рисунок 4.14 – Сборка боковой крышки с разнесенными частямиРисунок 4.15 – Сборка нижней крышки с разнесенными частями46Сборка шарнирного механизма с разнесенными частями представлена нарисунке 4.16.Рисунок 4.16 – Сборка шарнирного механизма с разнесенными частямиСборка бокового упора и прижимной планки представлена на рисунке 4.17.Рисунок 4.17 – Сборка бокового упора и прижимной планки47Сборка шкворневого устройства представлена на рисунках 4.18–4.19.Рисунок 4.18 – Шкворневое устройство в сборе48Рисунок 4.19 – Шкворневое устройство в сборе с сечениемВ разделе описан процесс создания 3D модели шкворневого устройства впрограммном комплексе SolidWorks.
Данная модель предназначена дляизучения прочностных свойств в системе инженерного анализа SolidWorksSimulation.495 АНАЛИЗ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРСТИК ИССЛЕДУЕМОГООБЪЕКТАВ данном разделе описывается процесс анализа прочностных характеристикшкворневого узла в пакете SolidWorks Simulation. В качестве заданных нагрузокпринимаются усилия, рассчитанные в разделе 3.5.1 Постановка условий задачДля анализа будет использоваться собранная 3D модель шкворневогоустройства (рисунок 4.18). Перед началом расчетов необходимо удостоверитьсяв исправности модели на отсутствие интерференций, а также правильномвыборе материала, отсутствие зазоров и полной неподвижной сборки [6].В рамках дипломного проекта необходимо выполнить следующие задачи:- прочностной расчет шкворневого узла при действии номинальной тяговойнагрузки;- прочностной расчет шкворневого узла в момент удара после окончаниядействия боксования колесных пар;- прочностной расчет шкворневого узла при вхождении тепловоза в кривуюс боксованием колесных пар.5.2 Создание сеткиСоздание сетки – очень важный этап в анализе модели.
От размера сеткизависит точность результатов. На ранних стадиях анализа 64 конструкции, гдемогут подойти приблизительные результаты, можно задать больший размерэлемента для более быстрого решения. Для более точного решения можетпотребоваться меньший размер элемента [6]. 64Для оценки прочностных свойств рассматриваемой модели необходимо50задать большую плотность сетки, с глобальным размером тетраэдральныхэлементов 10 мм и допускаемым размером 0,5 мм.Установка значений для создания сетки в SolidWorks Simulation приведенана рисунке 5.1.Рисунок 5.1 – Установка значения для создания сетки в SolidWorks SimulationРезультат нанесения сетки на 3D модель представлен на рисунке 5.2.Рисунок 5.2 – Результат нанесения сетки на 3D модель515.3 Постановка первой задачиВ задаче необходимо нагрузить шкворневое устройство силой тяги,реализуемой при трогании тепловоза с места.На первом этапе анализа необходимо определить места креплений висследуемой модели.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
