Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионально образования

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра: «Электрический железнодорожный транспорт»

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: «Динамика электроподвижного состава»

Вариант 36

Выполнил: студент гр 401

Костина К.Е.

Проверил: ст. преподаватель

Лукин Н.Ф.

Самара 2012



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. ПОСТРОЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ

2. ВЕРТИКАЛЬНАЯ СТАТИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА

3. ИЗМЕНЕНИЕ НАГРУЗОК ПРИ РАБОТЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

4. ОПРОКИДЫВАЮЩИЙ МОМЕНТ ОТ ДЕЙСТВИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СИЛЫ

5. СИЛЫ ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ТЕЛЕЖКУ ПРИ ДВИЖЕНИИ В КРИВОЙ

6. БОКОВОЕ УСИЛИЕ МЕЖДУ КОЛЕСОМ И РЕЛЬСОМ В КРИВОЙ

7. ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ЭКИПАЖА В КРИВОЙ ПО ВЕЛИЧИНЕ БОКОВОЙ СИЛЫ

8. ОЦЕНКА УСЛОВИЙ КОМФОРТА ПО ПОПЕРЕЧНЫМ УСКОРЕНИЯМ

9. ОЦЕНКА УСЛОВИЙ КОМФОРТА ПО ВЕРТИКАЛЬНЫМ КОЛЕБАНИЯМ В УСЛОВИЯХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК



ВВЕДЕНИЕ

Данная курсовая работа по дисциплине «Динамика электроподвижного состава» посвящена оценке безопасности движения экипажа в кривой и условий комфорта работы локомотивной бригады и перевозки пассажиров.

Объектом расчетов является унифицированная тележка электропоезда ЭД4М, чертеж которой приведен в приложении. Безопасность обеспечивается в том случае, если система действующих на экипаж сил не нарушает устойчивости движения и не ведет к высоким напряжениям и деформациям в конструкциях экипажа и пути. Для четкого представления системы действующих сил и упрощения расчетов, а также для более детального ознакомления с тележкой необходимо составить расчетную

схему рамы тележки и определить величину статических и динамических нагрузок от оси колесных пар на рельсы, от собственного веса рамы, тяговых двигателей, кузова и неподрессоренных частей, провести анализ жесткости систем центрального и буксового рессорного подвешивания в условиях динамического нагружения. Затем рассчитываются центробежные силы и реакции при движении экипажа в кривой. После определения по результатам предыдущих пунктов суммарных нагрузок от колес на рельсы, необходимо будет оценить, как обеспечиваются условия безопасности и условия комфорта по величине поперечного ускорения. Далее, после определения жесткости систем центрального и буксового рессорного подвешивания необходимо оценить обеспечение условий комфорта элементами этих систем по вертикальным колебаниям при заданных исходных данных движения рассматриваемого электропоезда.



Задание и исходные данные

Определить действующие статические и динамические нагрузки на раму унифицированной тележки моторного вагона электропоезда ЭД4М (Приложение 1), произвести оценку безопасности движения экипажа в кривой и условия комфорта.

Вариант исходных данных

Радиус кривой	с=200 м
Возвышение наружного рельса	h=0,15 м
Скорость	V=60 км/ч
Сила тяги	Fк=67 кН
Масса кузова	mк=46 т
Контрольное условие безопасности по УБ	№ 1

Общие исходные данные

Диаметр бандажей колесной пары	Дб=1,05 м
Расстояние между кругами катания колес	2S=1,6 м
Коэффициент трения скольжения колес относительно рельсов	f=0.25
Высота центра масс кузова над уровнем осей колесной пары	hск=1,6 м
Высота центра тяжести подрессоренных масс тележки над уровнем осей колесной пары	hст=0,15 м
Масса неподрессоренных частей в расчете на одну колесную пару	mнп=2,25 т
Масса рамы тележки	mр=4 т
Масса тягового двигателя	mд=2,2 т

1. Построение расчетной схемы

Расчетная схема строится для проведения расчетов на основании чертежа. В расчетной схеме элементы рамы заменяются стержнями, оси которых проходят через центры тяжести поперечных сечений этих элементов. Все стержни принимаются лежащими в одной плоскости. Кронштейны крепления представлены Г-образными консолями в местах установки пружин буксового рессорного подвешивания. Нагрузки от подвески передаются на консольные балки, закрепленные на шкворневой балке.

Рисунок 1.1 - Расчетная схема



Размер тележки ы тележки

2.Вертикальная статическая нагрузка

Рама тележки находится под действием собственного веса элементов рамы с закрепленными на них кронштейнами и деталями ТРП: веса кузова и элементы центрального подвешивания; веса и крутящего момента от консольно-закрепленных тяговых электродвигателей; реакций рессорных подвесок.

Нагрузка от оси колесной пары на рельс определяется по формуле:

; (2.1)

где g=9,81м/сек²;

- масса вагона в расчете на одну колесную пару.

кН

Масса вагона определяется по сумме масс отдельных частей:

m_в=m_к+4m_нп+4m_д+2m_р ; (2.2)



где m_к - масса кузова;

m_нп - масса неподрессореных частей в расчете на одну колесную пару;

m_д - масса ТЭД ;

m_р - масса рамы тележки.

m_в=46+4*2,25+4*2,2+2*4=71,8 (т)

Реакции рессор определяются по формуле:

2П_ст-m_нп*g=4R ; (2.3)

175,91-2,25*9,81=4R

38.465=R кН

3. Изменение нагрузок при работе ТЭД

При работе тяговых двигателей силы тяги, реализуемые колесными парами, передаются через буксы на боковины рамы тележек. С боковины через центральную поперечную балку тяговое усилие передается на надрессорную балку, а с нее через шкворень на шкворневую балку кузова.

Рисунок 3.1 - Схема сил нажатия колесной пары на рельсы.



Величина касательной силы тяги одной кп - ТЭД определяется по формуле:

16,75 кН

Момент сопротивления кузова определяется по формуле:

М_т=М_к=F_тк1*z_ш;

где F_тк1 - сила тяги на 1 тележку вагона.

Момент М_т уравновешивается реактивными моментами М_R пар сил 2Rт в точках опоры тележки на рельс. Нагрузка каждого переднего колеса уменьшается, а каждого заднего увеличивается на величину Rт.

Уравнение равенства моментов определяется по формуле:

F_тк1*z_ш=2R_т*2а; (3.2)

Где R_т - тяговая реакция колеса.

16,75*2*1,03=2R_т*2,6 => R_т=6,635 кН

4. Опрокидывающий момент от действия центробежной силы

При движении экипажа в кривой на него действуют распределенные по всей массе центробежные силы, которые заменяются равнодействующей , направленной в сторону наружного рельса.



Рисунок 4.1 - Схема действия сил на экипаж при движении в кривой

Центростремительное ускорение определяется по формуле:

Центробежная сила на одной тележке определяется по формуле:

При возвышении наружного рельса центробежная сила частично компенсируется составляющей силы тяжести.



При этом такое же по величине значение центробежной силы в кривой с возвышением С_в достигается при большей скорости движения:

C_в=С-С'; (4.4)

C_в=49.54-35.18=14,35кН

Опрокидывающий момент от силы C_в:

М_оп=С_в*h_с; (4.5)

М_оп=15,61*1,585=24,74 кН м

Считается, что безопасность движения обеспечивается, если опрокидывающий момент нее превышает восстанавливающего момента от силы тяжести на плече S с коэффициентом запаса равным 2

Максимально допустимое по устойчивости от опрокидывания центростремительное ускорение:

В кривой без возвышения

Центробежная сила уравновешивается суммой поперечных реакций рельса. Момент этой пары уравновешен моментом реакций на правых и левых колесах тележки.

кН

Допустимые по опрокидыванию скорости движения в кривой:

Вывод: По результатам проведенных расчетов определили, что условие безопасности при движении в кривой выполняется, опрокидывающий момент не превышает восстанавливающего момента и заданная скорость не превышает расчетные.

5. Силы, действующие на тележку при движении в кривой

При входе в кривую на переднее наружное колесо со стороны наружного рельса начинает действовать направляющее усилие У₁, которое понуждает экипаж двигаться по окружности вокруг центра кривой.

Угловая скорость скорость находится по формуле:

Где p - радиус вращения

Рисунок 5.1- Схема действия сил на тележку при движении в кривой.

Величина и направление абсолютных скоростей различна, поэтому удобно представить абсолютную скорость каждой точки как сумму переносной и относительной скоростей.

Абсолютная скорость любой точки тележки:

Относительная скорость любой точки тележки:

Скорость движения в кривой с возвышением:

Полюсное расстояние:

При промежуточной установке тележки ее равновесие под действием рассмотренных систем сил выражается двумя уравнениями, а именно: уравнением суммы проекций всех сил на поперечную ось и уравнением моментов относительно полюса.



Таблица 5.1

Решение системы уравнений

Расчетная величина, ед.изм.	Значение над заданного хс
1	2	3	4	5	6	7
хс	0	0,8	1,3	1,6	1,8	1,9
х1=хс+а	1,3	2,1	2,6	2,9	3,1	3,91
	1,5	2,2	2,7	3,008	3,2	3,9
	0,85	0,93	0,95	0,96	0,968	0,97
х2=хс-а	-1,3	-0,5	0	0,3	0,5	1,31
	1,52	0,94	0,8	0,85	0,94	1,53
	-0,86	-0,53	0	0,35	0,53	0,85
	0	0,4	0,95	1,31	1,49	1,82
	0	0,32	1,235	2,09	2,68	4,75
	3,04	3,18	3,52	3,85	4,14	5,52
	3,04	2,86	2,28	1,75	1,45	0,77
	102,8	96,72	77,10	59,18	49,03	26,04
	0	17,59	41,77	57,6	65,51	80,02
	102,83	79,13	35,33	1,58	-16,4	-53,9
Cв=С-С'	67,64	43,94	0,148	-33,6	-51,6	-89,1
	50,7	39,07	17,44	0,78	-8,13	-26,6
	25,06	19,29	8,611	0,38	-4,01	-13,1
	85,96	75,4	50,38	10,65	----	----
	86,02	75,48	50,49	11,15	----	----
	29,27	29,30	24,80	21,06	19,08	14,63
	23,81	24,71	22,70	20,96	20,07	17,90
Убок кН	73,56	67,42	52,3	38,12	29,95	11,41
Убок В кН	79,02	72,01	54,4	38,22	28,96	8,14
а м/с2	5,73	4,41	1,96	0,088	-0,09	-3,01
ав м/с2	3,77	2,45	0,008	-1,87	-2,88	-4,97

График зависимостей Y₁ , (V), X_c (V). C(V) представлен в Приложении 2.

Вывод: при движении в кривой возникает дополнительная сила У₁ стремящаяся повернуть тележку вокруг оси, путем усилия на колесные пары.

6. Боковое усилие между колесом и рельсом в кривой

Нагрузки от колеса на рельсы при движении в кривой изменяются. Соответственно изменяются и силы трения.

Нагрузка на направляющем колесе:

П=П_ст+R_c-R_т; (6.1)

П₁=87,95+50,77-0,96 =137,76 кН

П₂=87,95+39,07-0,96 =126,06 кН

П₃=87,95+17,44-0,96 =104,43 кН

П₄=87,95+0,78-0,96 =87,77 кН

П₅=87,95-8,13-0,96 =78,86 кН

П₆=87,97-26,65-0,96 =60,34 кН

Силы трения без возвышения :

21,06

Аналогично рассчитываю и силу трения с возвышением

П_1в=87,9+25,06-0,96 =112,05кН

П_2в=87,9+19,29-0,96 =106,28 кН

П_3в=87,9+8,661-0,96 =95,60кН

П_4в=87,9+0,38-0,96 =87,37кН

П_5в=87,9-4,014-0,96 =82,97кН

П_6в=87,9-13,15-0,96 =73,84кН

Суммарное боковое воздействие между рельсом и первым направляющим колесом:

У_бок=У₁-F^у_тр1; (6.3)

График зависимости Y_бок(V) и Y_{бок в} (V)_в представлен в Приложении 3.

Вывод: С ростом скорости воздействие между колесом и рельсом возрастает.



7. Оценка безопасности движения экипажа в кривой по величине боковой силы

Рисунок 7.1 - Схема действия сил в точке контакта колеса с рельсом.

колесный пара сила опрокидывающий

Под действием вертикальной нагрузки П колесо соскальзывает вниз. Но вследствие прижатия колеса к рельсу силой N в точке контакта действует сила трения, препятствующая этому движению.

T=Nf; (7.1)

Уравнения безопасности по вертикальной составляющей:

Уравнения безопасности по горизонтальной составляющей:

Условия безопасности:

1. У_бок ? 0,69 П_ст

2. У_бок ?100 кН

3. У_бок ?45 кН

Вывод: В ходе проведенных расчетов установлено ,что условия безопасности выполняются до скорости:

1.V=61,4 км/ч V_в=72,2 км/ч

2.V=112,9 км/ч V_в=118,8 км/ч

3.V=18,6 км/ч V_в=41,6 км/ч

8. Оценка условий комфорта по поперечным ускорениям

Движение экипажа с высокими скоростями сопровождается колебаниями, которые отрицательно влияют на пассажиров и бригаду. При движении в кривой добавляется длительное действие поперечного ускорения.

Центробежная сила, действующая на пассажиров в кривой, нарушает равновесие силы тяжести и нормальной реакции пола и сидения. Необходимо искать дополнительную опору, дополнительное напряжение мышц и реакции вестибулярного аппарата на поперечное ускорение вызывают неприятное ощущение у человека.

По условию воздействия величина поперечного ускорения не должна превышать :

a?[a_max]=0,7м\с²

График зависимости а(V) и а_в(V)_в представлен в Приложении 4.

Вывод: Условия комфорта для пассажиров и локомотивной бригады удовлетворяют условиям до скорости: V=61 км\ч;V_в=72 км\ч.

9. Оценка условий комфорта по вертикальным колебаниям в условиях динамического колебания

Анализ жесткости пружин центрального подвешивания

При движении экипажа вследствие наличия пружин и неровностей пути у рамы тележки и кузова возникают вертикальные колебания, имеющие периодический характер. В общем случае их вектор направленности, периодичность и амплитуды описываются сложными диф. Уравнениями

Наличие пружин в системах подвески электроподвижного состава вызывает при движении колебательный процесс. Особенно опасно это воздействие на высоких скоростях.

Статический вертикальный прогиб рессорного подвешивания:

При v =1,5 Гц

При v=2,5 Гц

Коэффициент вертикальной динамики:

При v =1,5 Гц, V=60 км/ч:

При v =1,5 Гц, V=120 км/ч:

При v =2,5 Гц, V=60 км/ч:

При v =2,5 Гц, V=120 км/ч:

Динамическая нагрузка на рессорное подвешивание:

При v =1,5 Гц, V=60 км/ч:

При v =1,5 Гц, V=120 км/ч:

При v =2,5 Гц, V=60 км/ч:

При v =2,5 Гц, V=120 км/ч:

Статическая жесткость одной винтовой пружины:

При P=476Н/м:

Ж_сд==11900Н/м

При Р =500,9Н/м:

Ж_сд==12522Н/м

При Р = 519Н/м:

Ж_сд== 12975Н/м

При Р =586Н/м:

Ж_сд==14650Н/м

Статическая жесткость одной цилиндрической винтовой пружины:

При D_н =0,308 м, d_н=0,04, n₀=5 витков

При D_н =0,21 м, d_н=0,03, n₀=8 витков

При D_н =0,14 м, d_н=0,02, n₀=12 витков

Ж_{стат.пр СУММА} =(58+145,7+58)*8=2093кН

Динамическая жесткость одной винтовой пружины:

При V=60 км/ч,k=1,03

При V=120 км/ч,k=1,05

Частота колебания:

Вывод: сравнивая Ж_{сумма ст .}и Ж_д.пр можно сказать, что они лишь немного отличаются по значению; частота, полученная по расчетам, не является опасной для жизни.

Анализ жесткости пружин буксового подвешивания

Система буксового подвешивания имеет ряд из восьми пар винтовых пружин и четырех ГГП, сопротивление которых не зависит от действующих на них сил. При этом анализ жесткости буксового рессорного подвешивания можно произвести на одной колесной паре.

Статическая жесткость пружин:

При D_н=0,206, d_н=0,035, n_o=4

При D_н=0,165, d_н=0,02, n_o=7

Статическая жесткость комплекта пружин с фрикционными гасителями колебаний:

где Ж_кп.ст - статическая жесткость пружин,

к_д^,, - коэффициент вертикальной динамики:



Р_стат=175,91-2,25*9,81=153,8

Р_дин=153,8+153,8*0,25=193,8

µ=F/Р_ст =5/153.8=0,03

Статический вертикальный прогиб буксового подвешивания:

Частота колебания груза при демпфировании фрикционным гасителем:

Диаграмма нагружения буксового рессорного подвешивания представлена в Приложении 5.

Вывод: В ходе расчетов установлено что частота колебаний, не превышает уровень комфорта пассажиров, а значит данная буксовая система подходит для использования в электропоездах.



Заключение

По результатам проведенных расчетов определили, что условие безопасности при движении в кривой выполняется, опрокидывающий момент не превышает восстанавливающего момента и заданная скорость не превышает расчетные; при движении в кривой возникает дополнительная сила У₁ стремящаяся повернуть тележку вокруг оси, путем усилия на колесные пары; условия безопасности выполняются до скорости:

1.V=61,4 км/ч V_в=72,2 км/ч

2.V=112,9 км/ч V_в=118,8 км/ч

3.V=18,6 км/ч V_в=41,6 км/ч

Условия комфорта для пассажиров и локомотивной бригады удовлетворяют условиям до скорости: V=61 км\ч;V_в=72 км\ч. В итоге установлено , что данное рессорное подвешивание пригодно для установки на моторвагонные поезда ЭД-4М.



Приложение 1

Рисунок А1 - Тележка моторного вагона электропоезда ЭД4М:

1 - рама; 2 - гидравлический гаситель колебаний; 3 - фрикционный гаситель колебаний; 4 - узел буксового рессорного подвешивания; 5 - узел центрального рессорного подвешивания; 6 - буксовый поводок; 7 - тяговый редуктор; 8 - упругая муфта; 9 - тяговый электродвигатель; 10 - поводок тележки; 11 - боковой скользун; 12 - рычажно-тормозная передача; 13 -шкворневой брус



БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Добровольская Э.М. Электропоезда постоянного и переменного тока/ Э.М. Добровольская. - М.: Академкнига, 2004. - 359 с.

2.Просвирин Б.К.Электропоезда постоянного тока: учеб. Пособ./ Б.К. Просвирин ; утв.Департаментом кадров и учеб. Завед. МПС Росии. - М.: УМК МПС Росии, 2001, - 669с.

3.Механическая часть подвижного состава /под ред.И.В. Бирюкова. _ М.: Транспорт, 1992. 265с.

4.Вершинский С.В., Динамика вагона: учебник для ж.д. вузов / под.ред. Вершинского С.В. -М.: Транспорт, 1991, - 60с.

5.Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Динамика электроподвижного состава» для студентов специальности 190303 «Электрический транспорт железных дорог». - Самара: СамГАПС, 2010. - 28с.

Размещено на Allbest.ru