[ Розробка системи ресорного підвішування пасажирського електровоза ] |
Для перерізу кінцевих поперечних балок отримуємо:
площа перерізу горизонтального листа F 1.2 = B · d 1 = 150.17 = 22.5 · 10 -4 м 2
площа перерізу вертикального аркуша F 3.4 = H · d 2 = 200.15 = 25.2 · 10 -4 м 2
ординати і абсциси власних центрів тяжіння для горизонтальних листів z 1,2 = ± h 0 / 2 = ± 92.10 -3 м; x 1,2 = 0;
ординати і абсциси власних центрів тяжіння для вертикальних листів x 4,3 = ± b 0 / 2 = ± 47.5 · 10 -3 м; z 3,4 = 0.
Моменти інерції при згині для складових перетин елементів визначаються за формулами:
для горизонтальних листів:
(2.17)
для вертикальних листів:
(2.18)
Результати розрахунків зводимо в таблицю 2.2.
Таблиця 2.2 Допоміжні параметри для кінцевих поперечних балок рами візка
Елемент | F i, | z i, | x i, | z i 2 F i | x i 2 F i | I xi, | Iz i, |
перерізу | 10 -4 м 2 | 10 -3 м | 10 -3 м | 10 -6 м 4 | 10 -6 м 4 | 10 -6 м 2 | 10 -6 м 2 |
Верхній горизонтальний лист | 25.5 | 92 | 0 | 21.58 | 0 | 0.0614 | 4.8 |
Нижній горизонтальний лист | 25.5 | -92 | 0 | 21.58 | 0 | 0.0614 | 4.78 |
Лівий вертикальний лист | 24.9 | 0 | -47 | 0 | 5.5 | 5.718 | 0.0466 |
Правий вертикальний лист | 24.9 | 0 | 47 | 0 | 5.5 | 5.718 | 0.0466 |
Сума | 100.8 | 0 | 0 | 43.16 | 11.0 | 11.559 | 9.65 |
Аналогічним чином заповнюється таблиця 2.3 для середньої поперечної балки і таблиця 2.4 для кінцевих частин боковини.
Таблиця 2.3 Допоміжні параметри для середньої поперечної балки рами візка
Елемент | F i, | z i, | x i, | z i 2 F i | x i 2 F i | I xi, | Iz i, | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
перерізу
Таблиця 2.4 Допоміжні параметри для кінцевих частин боковини рами візка
Ординати власних центрів тяжіння елементів середньої частини боковини для горизонтальних листів z 1.2 '= ± (h + d 1) / 2 = ± (0.383 +0.016) / 2 = 0.199 м. Для підсилюючої накладки z 2 '= h / 2 + d 1 + d 3 / 2 = 0.383 / 2 +0.017 +0.015 / 2 = 0.216 м. Ордината центру тяжіння всього перерізу: (2.19) Використовуючи формулу z i = z i '- z c визначаємо z i і складаємо таблицю 2.5. Таблиця 2.5 Допоміжні параметри для середньої частини боковини рами візка
Моменти інерції при згині і крученні для поперечних перерізів кожного елемента рами візка: (2.20) (2.21) (2.22) Результати розрахунків представлені в таблиці 2.6.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
К.П.Б. | 57.72 | 20.65 | 15.01 | 0.547 | 0.275 | 0.591 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
К.Ч.Б. | 72.05 | 55.85 | 39.99 | 0.721 | 0.532 | 0.964 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
С.Ч.Б. | 525.31 | 100.36 | 101.3 | 2.183 | 0.956 | 2.137 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
С.П.Б | 498.8 | 242.83 | 208.2 | 2.494 | 1.619 | 3.19 |
2.3 Визначення маси елементів екіпажної частини і складання ваговій відомості
Маси кінцевих поперечних балок
M КПБ = g · (b т - B б) · F КПБ (2.23)
M КПБ = 7.8 · (2.1-0.21) · 100.8 · 10 -4 = 0.149 т
Маса середньої поперечної балки, також розраховується за формулою
M спб = 7.8 · (2.1-0.21) · 211.8 · 10 -4 = 0.312 т
Маса кінцевій частині боковини
M кчб = g з · l кчб · F кчб (2.24)
M кчб = 7.8 · 0.44 · 12,12 · 10 -3 = 0.042 т
Маса середньої частини боковини
M счб = 7.8 · 1.012 · 185.7 · 10 -4 = 0.146 т
Маса підсилюючої накладки
M н = g c · l н · F н (2.25)
M н = 7.8 · 1.98 · 2.55 · 10 -3 = 0.0393 т
Маса перехідної частини боковини
Маса боковини в цілому
M б = 2 · M кчб +2 · M пчб + M счб + M н (2.27)
M б = 2.0 .042 +2 · 0.0858 +0.146 +0.0393 = 0.4409 т
Розраховані маси окремих балок рами візка, а також маси інших елементів механічної частини локомотива зводимо в спрощену вагову відомість (табл.2.7).
Таблиця 2.7 Спрощена вагова відомість пасажирського електровоза.
Найменування устаткування | Маса одиниці обладнання, т | Кількість одиниць обладнання | Маса обладнання | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Передня поперечна балка рами | 0.149 | 3 | 0.447 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Середня поперечна балка рами | 0.312 | 3 | 0.936 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Задня поперечна балка рами | 0.042 | 3 | 0.126 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Боковина рами | 0.4409 | 6 | 2.6454 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Кронштейни кріплення повідкові букс | 0.3086 | 3 | 0.9285 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Рама візка в зборі | 1.8004 | 3 | 5.40212 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Колісна пара з двома зубчастими колесами і буксами | 2.57 | 6 | 15.42 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тяговий двигун | 3.4 | 6 | 20.4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Підвіска тягового двигуна | 0.06 | 6 | 0.36 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тяговий редуктор | 1.15 | 6 | 6.9 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Передавальний механізм тягового моменту | 0.12 | 6 | 0.72 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Колісно-моторний блок у зборі | 7.3 | 6 | 43.8 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Перший ступінь ресорного підвішування в зборі | 0.2 | 6 | 1.2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Гальмівне обладнання | 0.96 | 3 | 2.88 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Пристрій зв'язку з кузовом | 0.188 | 3 | 0.564 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Пневматичний монтаж та інші деталі | 0.08 | 3 | 0.24 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Візок в зборі | 18.828 | 3
3. ПРОЕКТУВАННЯ І РОЗРАХУНОК СИСТЕМИ Ресорне підвішування ЕЛЕКТРОВОЗІВ 3.1 Визначення мінімально допустимої величини статичного прогину системи ресорного підвішування і розподіл його між ступенями Мінімально допустиму величину статичного прогину приймаємо по [2 стор 25], для пасажирського електровоза при V к = 175 км / год, . Прийняту величину необхідно розподілити між центральним і буксових підвішуванням. За рекомендацією [2 стор 25] мінімально допустима величина статичного прогину буксового підвішування , А мінімально допустима величина статичного прогину центрального підвішування . 3.2 Вибір конструкції центрального ресорного підвішування За [2, дод. 1] приймаємо електровоз-аналог ЧС8, навантаження на опору кузова 84 кН і . (3.1) де P 2 - статичне навантаження на опору кузова проектованого електровоза. (3.2) Отримана величина статичного прогину центрального підвішування ≥ тоді умова виконується 3.3 Проектування і розрахунок буксового ресорного підвішування пасажирських електровозів При опорно-рамному підвішуванні тягового двигуна та тяговому приводі II класу безпружинна маса, що припадає на одну вісь, складається з маси колісної пари і букс, маси зубчастого колеса з опорними підшипниками і частини маси корпусу редуктора з шестернею: M н = M кп +2 · M букс +4 / 5 · M тр +2 / 5 · M пм (3.3) M н = 2.5 +4 / 5.0 .9 +2 / 5.0 .05 = 3.24 т Величина навантаження на пружину P п = 0.5 · (2П-9.8 · M н) (3.4) P п = 0.5 · (201-9.8 · 3.24) = 84.624 т Статичне навантаження на пружину (3.5) Вихідні дані для розрахунку циліндричної однорядною пружини:
Коефіцієнт концентрації напружень для пружини: (3.6) Індекс пружини C = D / d = 180/40 = 4,5. Найбільші дотичні напруги в пружині при дії статичного навантаження P: (3.7) Коефіцієнт запасу статичної міцності (3.8) Так як 1.7 <1.7178 <2, то пружина досить міцна. Статичний прогин пружини під навантаженням (3.9) Вимога за величиною прогину 33,737> 25,6 мм виконується. Жорсткість пружини (3.10) Максимальна (гранична) навантаження на пружину (3.11) А прогин пружини під цим навантаженням (3.12) Прогин пружини до повного зіткнення витків f сж = h св - (n р +1) · d (3.13) f сж = 260 - (3.5 +1) · 40 = 80 мм Коефіцієнт запасу прогину (3.14) Так як і K f> 1.7 то згідно з рекомендаціями [1], вибрані геометричні параметри пружини забезпечують її нормальну роботу в системі буксового ресорного підвішування. Розрахована пружина має стійкість, так як 3.4 Вибір гасителя коливань Вибираємо по [1] гідравлічний гаситель коливань виробництва Чехословаччини ТБ 140. Його характеристики наведені в таблиці 3.1. Таблиця 3.1 Технічні характеристики гідравлічного гасителя коливань
4. РОЗРАХУНОК РАМИ ВІЗКИ на статичну і втомну міцність 4.1 Складання розрахункової схеми рами візка і визначення величини діючих навантажень Розрахункова схема рами візка пасажирського електровоза має вигляд показаний на малюнку 4.1. Чисельні значення сил P 1 - P 4 і R розраховуються за формулами (4.1) (4 .2) P 3 = 9.8 · (M спб + M ТЕД) (4.3) P 3 = 9.8 · (0.312 +3.4) = 36.38 кН P 5 = 9.8 · 0.5 · M Тед (4.4) P 5 = 9.8 · 0.5 · 3.4 = 16.66 кН (4 .5) Відстані між розрахунковими точками для схеми малюнка 4.1 визначаються за наступними формулами: l 1 = b т / 2 (4.6) l 5 = l т / 2 - B 1 / 2 (4.7) l 3 = l кчб - B 1 / 2 + l пчб / 2 (4.8) l 4 = l 5 -2 · a т / 2 + L / 2 (4.9) l 2 = l 5 -2 · a т / 2 - L / 2 (4.10) l 6 = l 5 - (l підв + D + B 2 / 2) (4.11) l 1 = 2.1 / 2 = 1.05 м l 5 = 4.4/2-0.15/2 = 2.125 м l 3 = 0.44-0.15 / 2 +1.254 / 2 = 0.992 м l 4 = 2.125-2.74 / 2 +0.7 / 2 = 1.105 м l 2 = 2.125-2.74/2-0.7/2 = 0.405 м l 6 = 2.125-(1.18 +0.04 +0.3 / 2) = 0.755 м 4.2 Розрахунок і побудова одиничних епюр згинаючих і крутних моментів При навантаженні розрахункової схеми рами візка одиничним моментом X 1 деформацію згину відчувають передня кінцева поперечна балка (ділянка 1-2, рис 5.2) і середня поперечна балка (ділянка 15-16), а деформацію кручення ліва частина боковини (ділянка 3-7). У цьому випадку згинальні моменти: При навантаженні розрахункової схеми рами візка одиничним моментом X 2 деформацію згину відчувають задня кінцева поперечна балка (ділянка 13-14) і середня поперечна балка (ділянка 15-16), а деформацію кручення права частина боковини (ділянка 8-12). У цьому випадку згинальні і крутний момент 4.3 Розрахунок і побудова епюр згинаючих і крутних моментів від зовнішнього навантаження Розрахункова схема заданої схеми представлена не тільки зосередженими силами, прикладеними по осьовій лінії боковини, і симетричними щодо середньої поперечної балки, але і зосередженими силами, прикладеними до кінцевим поперечним балках зі зміщенням щодо їх осьових ліній. У результаті зовнішнє навантаження для даної розрахункової схеми викликає деформацію згину та кручення. Згинальні моменти в розрахункових точках визначаються наступними виразами М и2 = - P 5 · l 4 / 2 (4.12) М і3 = P 5 · l 6 / 2 (4.13) М і4 = P 5 · l 6 / 2 - P 1 · l 2 (4.14) М і 5 = P 5 · l 6 / 2-P 1 · l 3 + R · (l 3-l 2)-P 2 · (l 3-l 6) / 2 (4.15) М і 6 = P 5 · l 6 / 2-P 1 · l 4 + R · (l 4-l 2)-P 5 · (l 4-l 6) / 2 (4.16) М і 7 = P 5 · l 6 / 2-P 1 · l 5 + R · (l 5-l 2)-P 5 · (l 5-l 6) / 2 + R · (l 5-l 4) (4.17) М і 8 = P 5 · l 6 / 2-P 4 · l 5 + R · (l 5-l 2)-P 5 · (l 5-l 6) / 2 + R · (l 5-l 4) (4.18) М і 9 = P 5 · l 6 / 2-P 4 · l 4 + R · (l 4-l 2)-P 5 · (l 4-l 6) / 2 (4.19) М і 10 = P 5 · l 6 / 2-P 4 · l 3 + R · (l 3-l 2)-P 5 · (l 3-l 6) / 2 (4.20) М і 11 = P 5 · l 6 / 2-P 4 · l 2 (4.21) М і 12 = P 5 · l 6 / 2 (4.22) М і 13 =- P 5 · l 4 / 2 (4.23) M і 16 = (4 · RP 1-P 2-P 4-P 5) · l 1 (4.24) М и2 = -8.75 кН · м М і3 = 6.29 кН · м М і4 = 3.28 кН · м М і5 = 20.17 кН · м М і6 = 22.86 кН · м М і7 = 87.51 кН · м М и8 = 87.51 кН · м М И9 = 22.86 кН · м М і10 = 20.17 кН · м М і 11 = 3.28 кН · м М и12 = 6.29 кН · м М і13 =-- 8.75 кН · м M і16 = 19.08 кН · м Крутний момент для ділянок розрахункової схеми визначаються наступним чином M к1-2 =- P 5 · l 6 / 2 (4.25) M к3-7 =- P 5 · l 1 / 2 (4.26) M К8-12 =- P 5 · l 1 / 2 (4.27) M К13-14 = P 5 · l 6 / 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 Побудовані в результаті розрахунків епюри представлені на малюнку 4.3. 4.4 Розрахунок одиничних і вантажних переміщень, визначення чисельних значень Х 1 і Х 2 Одиничні переміщення розраховуються за формулами: (4.27) (4.28) м (4.29) Вантажні переміщення
Складаємо систему канонічних рівнянь методу сил для розрахунку рами візка при статичної вертикальної навантаженні
d 1,1 · X 1 + d 1,2 · X 2 + D 1, р = 0 d 2,1 · X 1 + d 22 · X 2 + D 2, р = 0
X 1 = 7.261; X 2 = 7,261. Значення результуючих згинальних моментів За результатами будуємо результуючу епюру згинальних моментів від X 1 і X 2 (рисунок 4.5). Значення результуючих крутять момент Результуюча епюра крутних моментів представлена на малюнку 4.6 4.5 Розрахунок і побудова сумарних епюр Сумарна епюра згинаючих моментів для рами візка пасажирського електровоза розраховується шляхом підсумовування епюри згинальних моментів від зовнішнього навантаження з результуючої епюр згинальних моментів від X 1 і X 2. З зіставлення видно, що підсумовування підлягають тільки епюри на кінцевих поперечних балках і на середній поперечної балці, а для боковини сумарні згинальні моменти в точках 3-12 чисельно рівні ізгібающім моментів в цих точках, викликаним зовнішнім навантаженням і раніше розрахованим формулами. Сумарні згинальні моменти визначаються За результатами розрахунку будуємо епюри (рисунок 4.7) Сумарна епюра крутних моментів для рами візка пасажирського електровоза розраховується шляхом графічного підсумовування епюри крутних моментів від зовнішнього навантаження з результуючої епюр крутних моментів від X 1 і X 2. З зіставлення видно, що підсумовування підлягають тільки епюри на боковині, а для кінцевих поперечних балок сумарні крутні моменти в точках 1-2 і 3-14 чисельно рівні крутним моментів на цих ділянках, викликаним зовнішнім навантаженням і раніше розрахованим формулами. Сумарні крутні моменти визначаються 4.6 Розрахунок напружень в перерізах рами візка і оцінка статичної міцності Напруження в перерізу рами візка при вигині і крученні: (4.25) (4.26) Еквівалентні напруги відповідно до третьої теорії міцності (4.27) Розрахунок виконується у формі таблиці 4.1 Таблиця 4.1-Розрахунок напружень в перерізах рами візка
За [2, табл. 5.2] вибираємо сталь, для виготовлення рами візка, марки 15ХСНД, межа плинності s т = 350 МПа, s -1 = 220 МПа, s 0 = 340 МПа. Статична міцність забезпечена, так як максимальна еквівалентна міцність у таблиці 4.1: 40.111 <0.55 · s т = 195,5 МПа. 4.7 Перевірка рами візка на втомну міцність Середня напруга циклу s m = (4.28) По таблиці 4.1 s m = 40.111 МПа. Коефіцієнт динаміки, що відображає спільний вплив на складний напружений стан рами візка сукупності вертикальних і горизонтальних зусиль, які розвиваються при русі електровоза з конструкційної швидкістю по прямій ділянці шляху (4.29) Емпіричний коефіцієнт А визначається за формулою: (4.30) Амплітуда напруги циклу визначається за формулою: s v = K д · s max (4.31) s v = 0.572 · 40.111 = 22.943 МПа Величина коефіцієнта характеризує чутливість металу до асиметрії циклу: (4.32) де s -1 - межа витривалості сталі при симетричному циклі, s -1 = 220 МПа; s 0 - межа витривалості сталі при пульсуючому циклі, s 0 = 340 МПа. Ефективний коефіцієнт, що враховує зниження витривалості деталі (4.33) де b к - ефективний коефіцієнт концентрації напруг, b к = 1.6; До 1 - коефіцієнт неоднорідності матеріалу деталі, К 1 = 1.1; К 2 - коефіцієнт впливу внутрішніх напружень в деталі, К 2 = 1;
m - коефіцієнт стану поверхні деталі, m = 0.82; h - коефіцієнт можливого відхилення від технології, h = 1,0. Дані параметри вибираються згідно з рекомендаціями [2, стор.56]. Коефіцієнт запасу втомної міцності по формулі Серенсена-Кінасошвілі (4.34) Умова втомної міцності виконується. ВИСНОВОК У курсовому проекті розроблена система ресорного підвішування пасажирського електровоза. Як прототип узятий електровоз ЧС8, а також його основні характеристики. Виконано розрахунок навантажень діють на раму візка, напруги в перетинах рами візка, проведена перевірка на міцність. Всі вимоги пред'являються ресорного підвішування задовольняють нормі. Будь ласка, не зберігайте тестовий текст. |