Диплом новый 09.06.16 . вечер. (1234939), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Использование сцепного веса локомотива в значительной степени зависит от расположения тяговых двигателей на раме тележки. Двигатель может быть расположен за осью при движении локомотива налево и перед осью.

В первом случае вертикальная составляющая Р_з создаваемая крутящим моментом на венце ведомого зубчатого колеса (приводящая к моменту и силе), будет разгружать колесную пару. Во втором случае сила Р_з нагружает колесную пару.

На рисунке 2.5^в сила Р_з будет разгружать подшипники вала. Составляющая этой силы на ось будет и пружинную подвеску .

На рисунке 2.5^г видно, что сила Р_з направлена вверх и силы Р_ос и Р_пр также будут направлены вверх. При вращении якоря возникает момент М_р, направленный по часовой стрелке. Равновеликий ему, но обратный по знаку момент М_с будет передаваться на остов двигателя. Этот момент, на рисунке 2.5^а, будет нагружать ось силой и разгружать пружинную подвеску.

3 ВЕРТИКАЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ТЕЛЕЖЕЧНОГО ЭКИПАЖА ЛОКОМОТИВА

3.1 Линейная колебательная система

Из описания конструкции тележечного экипажа тепловоза видно, что локомотив имеет два вида связей, которые позволяют кузову на тележках совершать вертикальные и горизонтальные линейные и угловые перемещения. одновременно рамы тележек совершают линейные и угловые перемещения относительно колесных пар. Таким образом, локомотив представляет собой единую механическую систему со многими степенями свободы.

Колебательные системы подразделяются на диссипативные и консервативные. Системы, в которых энергия колебаний расходуется на преодоление сопротивлений среды, называются диссипативными, а у которых энергия в окружающую среду не рассеивается – консервативными.

В линейных колебательных системах известны два вида колебаний: собственные и вынужденные. Собственные колебания происходят в изолированных колебательных системах в результате начального возмущения. В процессе самих собственных колебаний никакие внешние дополнительные возмущения на систему не действуют. Вынужденные колебания в колебательных системах возникают тогда, когда на систему все время действуют возмущающие силы.

Рассмотрим наиболее изученные гармонические колебания, которые описываются уравнением

(3.1)

где – величина перемещений в колебательном процессе;

– амплитуда колебаний;

– фаза колебаний;

– угловая частота колебаний;

– время;

– начальная фаза колебаний.

Периодом колебаний Т называют промежуток времени, за который какой-то элемент системы совершает полный цикл колебаний, после которого движение повторяется. Очевидно, это будет тогда, когда фаза колебаний изменится на 2π, т. е.

Отсюда и

(3.2)

Угловой частотой колебаний называется угол (в радианах), на который изменяется фаза за время одного периода.

(3.3)

Линейной частотой колебаний называется количество периодов колебаний, происходящих в одну секунду.

(3.4)

Между угловой и линейной частотами колебаний существует зависимость.

(3.5)

Под амплитудой колебаний понимается наибольшее за полупериод отклонение системы от положения равновесия.

Представление о порядке величин ускорений и частот собственных колебаний подрессоренной массы локомотива можно получить на основании уравнения, описывающего колебания груза па пружине с жесткостью и имеющей под нагрузкой прогиб , которое показано на рисунке 3.1. Предположим, что система выведена из положения равновесия силой . Если освободить пружину, то от этой дополнительной нагрузки груз на пружине будет совершать колебания относительно точки В, соответствующей положению груза при статической нагрузке. При положении груза в точке В' на него будут действовать вверх сила , а вниз - сила . Разность этих сил вызовет колебание груза.

Для вывода дифференциального уравнения движения колеблющейся массы воспользуемся законом Ньютона.

(3.6)

Рисунок 3.1 – Схема к выводу уравнения собственных

колебаний груза на пружине.

Это уравнение может быть переписано в виде Разделив оба члена на и приняв получим

Уравнение в таком виде описывает закон движения проекции точки на диаметр при вращении вектора с постоянной угловой скоростью. Текущее значение координаты точки :

Заменяя на получим уравнение

(3.7)

При равномерном вращении точки относительно центра и представляет собой угловую скорость. Из этого следует:

Уравнению (4.7) удовлетворяют:

Значения ускорения груза будут соответствовать точкам и .

3.2 Оценка роли рессорного подвешивания локомотива

Для приближенного расчета основных параметров рессорной подвешивания локомотива принимаем амплитуду колебаний подрессоренной массы локомотива , расчетный статический прогиб .

Частота свободных вертикальных колебаний для груза, размешенного на пружине, определяется по формуле

(3.8)

где – жесткость пружины;

– масса груза.

Жесткость пружины

(3.9)

где – статическая нагрузка на пружину, ;

– статический прогиб пружины, .

Масса груза

(3.10)

где – ускорение силы тяжести, .

После подстановки получим

(3.11)

Определяем линейную частоту колебаний

Круговая частота колебаний

(3.12)

Подставив численные значения в формулу (3.12) получим

Как видно из формулы (4.11), снижение частоты колебаний подрессо-ренной массы локомотива может быть достигнуто за счет увеличения статического прогиба рессорного подвешивания. Установлено, что от частоты колебаний кузова в значительной степени зависят условия работы локомотивных бригад. Рекомендуемая частота колебаний должна быть меньше

Скорость колебаний подрессоренной массы

(3.13)

Подставив численные значения в формулу (3.13) получим

Наибольшее ускорение подрессоренной массы

(3.14)

Подставив численные значения в формулу (3.14) получим

На рисунке 4.2 показаны зависимости пройденного пути, скорости и ускорения груза, колеблющегося на пружине, от времени. Эти зависимости позволяют определить ускорение и частоту колебаний неподрессоренной массы локомотива.

Рисунок 3.2 – Кривые пройденного пути, скорости и ускорения для груза, колеблющегося на пружине.

Расчетный прогиб оси колесной пары локомотива составляет , смотрим рисунок 3.3.

Рисунок 3.3 – Схема прогиба оси колесной пары локомотива.

При движении локомотива нагрузка колеса на рельс увеличивается в 2–2,5 раза, что позволяет принять отношение наибольшего прогиба к статическому 2–2,5.

При указанных предположениях ускорение неподрессоренной массы локомотива

Частота колебаний оси при статическом прогибе, равном 0,05 см

В приведенном расчете ускорение подрессоренной массы и частота ее колебаний , а неподрессоренной массы локомотива соответственно и .

Эти данные позволяют оценить роль рессорного подвешивания локомо-тива. Оно снижает в 10–15 раз ускорение и частоту колебаний подрессоренной массы локомотива в сравнении с этими величинами для неподрессоренной массы.

3.3 Динамическая нагрузка от колесной пары локомотива на рельсы

Взаимодействие пути и экипажной части локомотива в условиях повышения скоростей движения и грузооборота характеризуется увеличением сил, из которых наиболее важными являются силы, действующие на контакте колеса и рельса.

Динамическая нагрузка колесной пары на рельсы определяется по формуле

(3.15)

где – статическая нагрузка от колесной пары на рельсы,

– вес неподрессоренных частей, отнесенный к одной колесной паре,

– вертикальное ускорение подрессоренной массы;

– коэффициент вертикальной динамики.

Анализ опытных данных показал, что значение может быть достаточно точно определенно по формуле.

(3.16)

где – скорость движения локомотива, .

Под коэффициентом вертикальной динамики понимают отношение дополнительной динамической нагрузки на буксу к статической. Приближенная эмпирическая формула для определения этого коэффициента, основанная на данных испытаний локомотивов лабораторией динамики ЦНИИ МПС имеет вид

(3.17)

где – скорость движения локомотива, .

– статический прогиб рессорного подвешивания, .

Определим численную величину динамической нагрузки от колесной пары на рельсы. Для этого последний член в формуле (4.15) заменяем выражением . Тогда эта формула примет вид .

. (3.18)

Подставив численные значения в формулу (3.18) получим

Этот приближенный расчет показывает, что при движении локомотива динамическая нагрузка колес на рельсы значительно превышает статическую. Согласно требованиям, предъявляемым к тележечным экипажам локомотивов, расчетная динамическая нагрузка одного колеса на рельс не должна превышать для локомотивов с диаметром колес 1050 мм – 20 т, при диаметре 1250 мм – 23 т.

Для снижения динамической нагрузки от колеса на рельсы необходимо стремиться к уменьшению веса неподрессоренной массы локомотива и увеличению расчетного статического прогиба рессорного подвешивания.

3.4 Демпфирование вертикальных колебаний в рессорном подвешивании локомотива

Хорошие ходовые качества подвижного состава обеспечиваются стабиль-ностью колебательного процесса с расчетной амплитудой колебаний.

Низкая чувствительность, высокая динамическая жесткость и значитель-ное увеличение жесткости при высыхании смазки между листами листовых рессор заставили в новых локомотивах отказаться от их использования. Взамен листовых рессор стали применяться спиральные пружины в сочетании с гасителями колебаний.

Характеристики

Список файлов ВКР