ПЗ - Федосеев А.В (1229434), страница 5
Текст из файла (страница 5)
> Kv:=1+1.25/C+0.875/C^2+1/C^3;
Расчет касательных напряжений.
> tau[v]:=Kv*10^(-3)*(8*P*Dp)/(3.14*d^3);
Расчет коэффициента запаса статической прочности.
> Kp:=tau[dop]/tau[v];
Расчет прогиба пружины.
> fstp:=1000*8*P*nr*Dp^3/(G*d^4);
Расчет жесткости пружины.
> Gv:=(P)/(fstp/1000):
> Gvert:=evalf[6](Gv);
Расчет максимальной нагрузки, действующей на пружину.
> P[max]:=(tau[dop]*3.14*d^3)*1000/(8*Kv*Dp);
Расчет максимального прогиба пружины.
> f[max]:=P[max]*1000/Gvert;
Расчет прогиба пружины до полного сжатия.
> f[sg]:=(hsv-(nr+1)*d)*1000;
Расчет коэффициента запаса прогиба пружины.
> K[f]:=f[sg]/fstp;
Проверка устойчивости пружины.
> U:=hsv/Dp: Ust:=evalf[6](U);
Окончательные численные результаты приведены в таблице 1.9.
Таблица 1.9 – Расчет пружины буксового подвешивания
Наименование параметра | Обозначение | Размерность | Численное значение |
Общее число витков | n | - | 6,5 |
Число рабочих витков | nр | - | 5 |
Диаметр прутка по ГОСТ 2590-88 | d | м | 0,04 |
Средний диаметр пружины | D | м | 0,19 |
Высота пружины в свободном состоянии | hсв | м | 0,4 |
Неподрессоренная масса | т | 3,54 | |
Статическая нагрузка на одну пружину | кН | 43,83 | |
Индекс пружины | С | - | 4,75 |
Коэффициент концентрации | - | 1,31 | |
Касательные напряжения в пружине | МПа | 434,7 | |
Коэффициент запаса статической прочности | - | 1,726 | |
Статический прогиб пружины | м | 0,0587 | |
Жесткость пружины | кН/м | 746,5 | |
Максимальная нагрузка на пружину | кН | 75,62 | |
Прогиб под максимальной нагрузкой | м | 0,1013 | |
Прогиб до полного соприкосновения витков | м | 0,16 | |
Коэффициент запаса прогиба | - | 2,72 | |
Требование устойчивости | - | 2,1 |
Все условия, требования и проверки выполняются.
2 АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРУЖИН ФЛЕКСИКОЙЛ
2.1 Общие сведения о пружинах Флексикойл
Опыт отечественного и зарубежного локомотивостроения показывает, что хорошая динамика экипажа может быть получена при применении двухступенчатого рессорного подвешивания с суммарным статическим прогибом 150-200 мм и упругого разделения масс кузова и тележек в поперечной плоскости. Доля статического прогиба, приходящегося на вторую ступень, должна составлять не менее 2/3 - 3/4 общего статического прогиба рессорного подвешивания. В этом случае проще решается проблема демпфирования вертикальных колебаний, так как вполне достаточно применить гасители колебаний только во второй ступени.
Характеристика поперечной связи кузова с тележками должна быть нелинейной и соответствовать на первой части перемещения кузова эффективной длине маятниковой подвески не менее 500-600 мм с увеличением возвращающей силы на конечном перемещении до 0,25-0,3 веса кузова, приходящегося на тележку.
Поперечная упругая связь кузова на железнодорожных экипажах достигается различными средствами: маятниковыми и люлечными подвесками, роликовыми опорами, резиновыми элементами, пневморессорами, пружинами и др.
Значительная сложность таких конструкций обусловила поиск возможности многофункционального использования элементов связи кузова и тележки. В результате была создана система пружинного подвешивания, которая получила название «Флексикойл» (Flexicoil). В ней пружины кузовной ступени используются в качестве элемента упругой связи в вертикальном и поперечном направлениях. В этом случае узел боковой податливости получается наиболее простым и легким.
Основная конструктивная особенность пружин – это большое количество витков, что дает возможность изгибаться ей в вертикальном и поперечном направлениях. При этом необходимо учитывать и то обстоятельство, что использование пружины как упругого элемента, работающего во всех трех направлениях, накладывает особые условия к выбору материала пружины.
Рисунок 2.2 - Резинометаллическая опора пружины
Рисунок 2.1 - Пружины Флексикойл в кузовной ступени электропоезда ЭД6 в кривой радиусом 90 м
Наибольшие относительные перемещения опорных точек пружины на тележке и кузове возникают при проходе крутых кривых (рисунок 2.1). Чтобы снять перегрузки пружин, возникающие при повороте тележки в кривой, и снизить упругий восстанавливающий момент, создаваемый ими, используются различные конструктивные решения. Например, опора кузова на пружины через резинометаллические блоки, представляющие собой цилиндрические шарниры с осями вращения, перпендикулярными продольной оси пути (рисунок 2.2). Шарнирное закрепление верхней части пружины обеспечивает снижение напряжений, а также уменьшение продольной жесткости.2.2 Использование пружин Флексикойл за рубежом
Применение винтовых пружин в подвешивании тележек с использованием податливости более чем в одной плоскости не является новым; еще в 1930 г. инженер Ханин впервые использовал пружины с двумя степенями свободы в центральном подвешивании тележек [12]. Затем тележки с использованием боковой податливости пружин второй ступени были построены в Англии (тележки конструкции Koffman) для серии автомотрис (по заказу правительства Ямайки и для железных дорог Кении и Уганды). Однако только к концу 50-х годов подвешивание, использующее боковую податливость цилиндрических пружин, получило широкое распространение.
Фирма ''General Motors (США) создала типовой ряд тепловозов (SD -18, SD-24, SD-35, SD-38, SD-40, SD-45, SDP-40, GP-40, DD-40X) с подвешиванием флексикойл во второй ступени. Применение подвешивания флексикойл во второй ступени вместо люлечных подвесок позволило упростить конструкцию тележки и уход за ней в эксплуатации.
Несколько серий тепловозов с подвешиванием флексикойл было изготовлено фирмами "Henschel" и ''Krauss - Maffei" (Германия) для Египта, Ганы, Того, Бирмы и Таиланда. Тележки, воплотившие этот принцип, были применены и на тепловозах с гидравлической передачей серий V320 и V160 (серия 260) немецких федеральных дорог, а также на тепловозах бельгийской фирмы "La Brugeoise".
На тележках тепловозов фирмы "Henschel" из-за ограничений по высоте, люлечная балка тепловоза выполнена плоской. Шкворень служит только для передачи тягового усилия. Вертикальная нагрузка от продольных балок главной рамы через опоры трения на люлечной балке непосредственно передается пружинам, расположенным под ними, вследствие чего люлечная балка не подвергается изгибным напряжениям от вертикальных нагрузок.
Гамбургская наземная дорога ввела в эксплуатацию новые вагоны с подвешиванием флексикойл.
На тепловозе V160 для поворота кузова не использовалась поперечная упругость пружин, поскольку этот вопрос требовал специальных исследований. Вращение же тележек с малым трением в подвесках рессор центральной ступени применялось уже на тепловозах V200 на всех указанных железнодорожных экипажах податливость пружин была ограничена двумя плоскостями, пружины не принимали участия в работе при вилянии тележек.
Результаты испытаний тепловоза V160 показали, что рамные силы снижены как на прямых участках пути, так и на кривых и очень мало увеличиваются с ростом скорости.
На тепловозе с электрической передачей фирмы Кruuр Mak (Германия) вторая ступень подвешивания состоит из цилиндрических пружин повышенной гибкости и специальных опор между их верхними витками и рамой кузова. После полного цикла испытании поперечная жесткость выбрана равной 357 кН/м. Такая система второй ступени подвешивания установлена на 540 тепловозах серии 216, 217 и 218 железных дорог Германии [13].
В 1965 г. на высокоскоростном электровозе Е10З (Е03) (Германия) впервые винтовые пружины были приспособлены одновременно для работы во всех трех плоскостях. Вторая ступень подвешивания этих локомотивов является дальнейшим развитием подвешивания, примененного на электровозе E1012.
Новое подвешивание получило применение на последующих сериях локомотивов, таких как Е410 и Е151.
Такое подвешивание применяется на многих зарубежных и отечественных локомотивах: электровозах Е151, Е120 в Германии, электровозах серий 86, 87, 91 и скоростном дизель-поезде HST в Англии, на скоростном электропоезде TGV французских железных дорог, на российских пассажирских тепловозах ТЭП70, ТЭП75, на электропоездах, выпускаемых заводами Ganz-Mawag (Венгрия). Фирма «Шкода» (Чехия) предполагает применить подвешивание типа «Флексикойл» на перспективном электровозе 85Е.
В начале 1970 г. подвешивание флексикойл начали широко внедрять на железных дорогах Англии. На электровозах классов 86 и 87, а также на скоростном поезде HST винтовые пружины, установленные в центральной ступени, были использованы для амортизации вертикальных, боковых и горизонтально-угловых перемещений надрессорного строения.
После успешной экспериментальной проверки подвешивания флексикойл, установленного на электровозе класса 86 (№ Е3173), принято решение о расширенном использовании такого подвешивания на железных дорогах Англии.
Электровоз класса 87 создан на базе электровоза класса 86. В его конструкцию на основе опыта эксплуатации электровоза 86 внесён ряд улучшений.
Вторая ступень подвешивания выполнена по типу флексикойл. Вес кузова на тележки передается через четыре группы пружин (по две на тележку). В каждую группу входят три пружины, симметрично установленные относительно поперечной оси тележки. Вертикальные, поперечные и угловые перемещения между кузовом и тележкой демпфируются гидравлическими гасителями.