Рессорное подвешивание (РП) жестко воспринимает нагрузку от рельсового пути при прохождении вертикальных и горизонтальных неровностей колесной парой. Выше опирание частей тележки и кузова с оборудованием происходит через упругие элементы рессорного подвешивания. Современные локомотивы имеют двухъярусное подвешивание. Задача подвешивания - организация колебаний подрессоренных частей, за счет чего время взаимодействия подрессоренных частей с неподрессоренными частями при толчке от неровности пути растягивается во времени. Этим уменьшается ускорение подрессоренных масс, снижается сила инерции и уменьшается ответная реакция взаимодействия подрессоренных частей с неподрессоренными частями. РП служит для равномерного перераспределения нагрузок от кузова на КП.

Упругие элементы РП могут быть выполнены в виде цилиндрических пружин, листовых рессор, резинометаллических элементов, торсион.

Демпфирующие элементы (гасители колебаний) предназначены для отбора механической энергии из системы с преобразованием ее в тепловую и для гашения колебаний. Бывают фрикционные и гидравлические.

Распределительные элементы обеспечивают заданную нагрузку, определяют положение тележки и кузова в габарите.

Направляющие и ограничительные элементы предназначены для задания требуемого направления и предельной величины деформации в упругих элементах или перемещений в экипаже (поводки, упоры и др.).

При моделировании движения электровоза его рассматривают как дискретную механическую систему, элементы которой взаимодействуют посредством специальных устройств или за счет использования молекулярных свойств материалов. Это все связи.

В нашем случае связи это РП тележек (первая ступень) и опоры кузова на тележку (вторая ступень). Система РП на электровозе ВЛ80 является несбалансированной, так как каждая ось имеет индивидуальное подвешивание.

Листовая рессора состоит из десяти листов сечением 120 60 мм (из пружинной стали 60С2), соединенных хомутом. Продольные желоба в листах мешают боковым сдвигам листов относительно друг друга. Хомут имеет две проушины для подвески рессоры к буксе на валике. К кронштейнам рамы тележки хомут крепится шарнирно верхним кольцом стойки. На стойке есть регулировочная гайка, которая через фасонную шайбу передает нагрузку на витую пружину (или комплект пружин) и далее опирается через опору и шайбу на конец рессоры. Стойка проходит через отверстия в трех листах рессоры и страхуется снизу гайкой. Рессору и пружины подвергают термообработке и испытывают под нагрузкой с выдержкой для выявления остаточного прогиба.

Для гашения колебаний служит гидравлический амортизатор (гаситель). В подвешивании также предусмотрено регулирование развески электровоза по осям гайками за счет изменения предварительной затяжки пружин.

2.5 Опоры кузова

Во всех электровозах опоры играют роль второй ступени подвешивания. На электровозе ЧС2 тяговые и тормозные горизонтальные усилия от рамы тележки на кузов передаются центральными шкворневыми узлами. Вертикальные нагрузки передаются только боковыми опорами.

При люлечной системе центральный шкворневой узел выполняется без противоотносного элемента, поскольку поперечные перемещения передаются люлечным подвескам (по паре с каждой стороны тележки). Люлечное подвешивание состоит из двух узлов: нижнего, конструктивно связанного с рамой кузова (оба узла связаны стержнем, зафиксированным снизу гайкой), и верхнего - узел имеет пружину. Верхний и нижний узлы имеют шарниры в виде кулачков. Система верхнего и нижнего узлов обеспечивает перемещение кузова относительно тележки в поперечном направлении, а также поворот тележки под кузовом при прохождении кривых; высота пружины 305 мм, нагрузка на нее около 70 кН. Для уменьшения износов в стержне предусмотрена система смазки. Люлечная подвеска имеет трос, который в случае обрыва стержня предотвращает падение деталей нижнего шарнира.

Поперечные отклонения кузова от центрального положения ограничиваются двумя горизонтальными упорами, которые состоят из пружин и регулирующих прокладок для выдержки зазора 15 + 3 мм. Крышка упора имеет с внешней стороны вкладыш из марганцовистой стали. Накладка на боковине рамы тележки закалена. Возвращающее усилие, создаваемое люлечным подвешиванием, остается постоянным, пока отклонение кузова соответствует воздушному зазору упора, а затем увеличивается под действием упругих свойств пружин упора. В вертикальном направлении ограничением является упор с резиновой шайбой с воздушным зазором 20 - 30 мм. У цилиндрических пружин практически отсутствует трение и, чтобы предупредить возможность возникновения незатухающих колебаний, гасители устанавливают под углом 45^о.

На электровозе ЧС2 с целью выравнивания нагрузки на КП для повышения коэффициента использования сцепного веса применяют противоразгрузочное устройство. Оно состоит из пневмоцилиндра, укрепленного на кронштейне буферного бруса рамы кузова, рычага, который передает усилие от штока пневмоцилиндра на ролик и от него на планку поперечной балки рамы тележки. Всего на секции установлено два противоразгрузочных устройства. При движении электровоза в работу включаются передние по ходу тележек противоразгрузочные устройства, а задние выключаются.

2.6 Рама тележки

Для обеспечения безопасности движения поездов установлены предельные контуры приближения строений к оси пути и максимальные размеры подвижного состава (ПС). Эти ограничения в строительстве ПС и сооружений определяются габаритами.

Габарит приближения строений - предельное поперечное, перпендикулярное оси пути очертание, внутрь которого, помимо ПС, не должны заходить части сооружений и устройств, а также лежащие около пути запчасти, оборудование, за исключением устройств, предназначенных для непосредственного взаимодействия с ПС.

Габарит ПС - поперечное, перпендикулярное оси пути очертание, в котором, не выходя наружу, должен помещаться установленный на прямом горизонтальном пути подвижной состав.

Пространство между габаритом приближения строений и локомотивом обеспечивает безопасное смещение ПС, возникающее при его движении.

Методика и примеры вписывания в габарит содержатся в инструкции по применению габарита подвижного состава ГОСТ 9238-83. В общем случае предусматривается зазоры для компенсации четырех основных групп смещений:

1) смещение электровоза, обусловленное отклонениями в состоянии пути, т.е. уширение колеи, упругое отжатие рельсов, перекос и износ шпал;

2) смещение электровоза, обусловленное колебаниями на рессорном подвешивании;

3) смещение, обусловленное зазорами и износами ходовых частей и прогибами рессор от статической нагрузки;

4) смещение, обусловленное выносами частей электровоза в кривых.

Указанные группы смещений составляют итоговое пространственное перемещение электровоза из центрального положения в одну сторону.

На рисунке 1 представлено расположение габаритов и подвижного состава непосредственно на путях.

Габарит ПС получают исходя из габарита приближения строений и осей междупутья с учетом смещений первой и второй групп (а + б). Габарит по ГОСТ 9238-83 устанавливается единым габаритом ПС для локомотивов и вагонов.

Габарит Т имеет наибольшие размеры ширины и высоты. Габарит электровоза 1-Т допускает обращение локомотивов по сети СНГ.

Строительные очертания локомотива получают из габарита ПС с учетом смещений третьей и четвертой групп (в + г).

Проектное очертание получают из отклонений и , допускаемых при постройке локомотива.

Нижние части габаритов имеют три предельные линии: для кузова, для обрессоренной рамы тележки и закрепленных на ней частей, для необрессоренных частей тележки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 -габарит приближения строений; 2 - ось междупутий; 3 - габарит подвижного состава 1-Т; 4 - строительное очертание локомотива; 5 - проектное очертание локомотива

Рисунок 1 - Расположение подвижного состава и габаритов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 - Верхние очертания габарита 0-ВМ

Максимальные вертикальные размеры верхнего строительного очертания, мм

,

где - размер верхнего очертания габарита по ГОСТ; ;

- возможное возвышение кузова

,

где - масса экипировочных материалов, ;

- общая гибкость рессорного подвешивания локомотива, ;

- возможное увеличение радиуса колеса при модернизации.

Максимальные вертикальные размеры (мм) нижнего строительного очертания определяются для трех элементов экипажной части локомотива:

- для колесных пар и закрепленных на них узлах

,

- для обрессоренных частей тележек

,

- для кузова

,

где - определяются как минимальные вертикальные очертания для соответствующих элементов локомотива;

- размеры нижнего очертания габарита для тех же элементов соответственно;

- параллельные статические понижения для выше названных элементов соответственно.

Величины износов происходят по следующим причинам:

- износ КП по кругу катания: бандаж 75 мм - износ 39 мм, бандаж 90 мм - износ 50 мм;

- уменьшение радиуса колесного центра при одной обточке - 3 мм;

- износ шарового шарнира и одной опорной поверхности - 2 мм;

- статический прогиб кузова как статической балки - 6 мм.

Максимальная допустимая ширина подвижного состава на некоторой высоте на уровне головок рельсов в рассматриваемом сечении определяется как

,

где - полуширина строительного очертания кузова локомотива на высоте , ; для металлоконструкции кузова в габарите 0-ВМ ;

- ограничение полуширины в любом поперечном сечении по длине локомотива; как правило, принимают для направленного , внутреннего и наружного сечений.

Вычисление связано с оценкой возможных поперечных смещений кузова в рассматриваемых сечениях относительно рамы тележки и рамы тележки относительно колесных пар. Максимально допустимые горизонтальные строительные размеры локомотива получают путем уменьшения поперечных размеров поперечного габарита с каждой стороны симметрично на величины необходимых ограничений .

Ограничение поперечных сечений (сечений по пятникам, направляющим осям или других, имеющих наименьшее поперечное смещение от оси путей) определяется как

,

где - максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса, ; принимаем ;

- минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней, ; принимаем ;

- наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении в одну из сторон из центрального положения рамы тележки относительно КП вследствие зазоров при максимальных износах и деформациях упругих элементов в буксовом узле сочленения рамы тележки с буксой, ; принимаем ;

- наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении в одну из сторон из центрального положения кузова относительно рамы тележки вследствие зазоров при максимальных износах и упругих колебаниях в узле сочленения кузова с рамой тележки, ; принимаем ;

- величина, на которую допускается выход ПС, проектируемого по габаритам ОСЖД, за очертания этих габаритов в кривых участках пути радиусом 250 м, ;

- величина дополнительного поперечного смещения в кривых участках пути расчетного радиуса тележечного ПС, ;

- коэффициент размерности, зависящий от величины расчетного радиуса кривой, ;

- величина, на которую допускается выход ПС за очертания габарита 0-ВМ в кривых участках пути радиусом 200 м, .

Для габарита 0-ВМ , , , .

Внутреннее ограничение поперечного сечения ПС, расположенное между его направляющими сечениями, определяется как

,

где - расстояние от рассматриваемого поперечного сечения локомотива до его ближайшего направляющего сечения, ; принимаем ;

- расстояние между направляющими сечениями ПС, ; принимаем .

4. Определение основных параметров тяговой передачи

4.1 Определение передаточного отношения тягового редуктора

локомотив электровоз тяговый редуктор

Передаточное отношение тягового редуктора

м = ,

где n_вх - частота вращения входного вала (вал ТЭД) дана по электровозу, об/мин, n_вх = 720 об/мин;

n_вых - частота вращения вала (ось колесной пары), об/мин.

Частота вращения колесной пары

n_вых = ,

где V_конс - конструкционная скорость, км/ч;

D_кп - диаметр колесной пары, D_кп = 1,25 м.

4.2 Определение числа зубьев зубчатых колес тяговой передачи

Число зубьев тяговой передачи можно определить из соотношения

Z_ш = ,

где Ц - централь (расстояние между осями якоря ТЭД и колесной пары);

m - модуль зубчатого колеса, m = 10 мм.

Ц = R_дв + Д + R_{оси к п},

где R_дв - радиус тягового электродвигателя (ТЭД), R_дв = 445 мм;

R_{оси к п} - радиус оси колесной пары, ориентировочно R_{оси к п} = 110 мм;

Д - расстояние между внешними диаметрами ТЭД и оси колесной пары, Д = 20 мм.

Число зубьев большого зубчатого колеса

Z_бзк = мZ_ш,

Действительное значение централи

Ц = ,

4.3 Определение основных размеров зубчатых колес

Диаметры основной окружности зубчатого колеса и шестерни, мм

D_оск = mZ_бзк,

D_осш = mZ_ш,

Диаметры вершин, мм

D_верк = D_оск + 2,5m,

D_верш = D_осш + 2,5m.

Диаметры впадин, мм

D_впк = D_оск - 2m,

D_впш = D_осш - 2m,

5. Геометрическое вписывание

Рассчитать геометрическое вписывание электровоза по следующим техническим данным:

- база электровоза L = 11,5 м;

- база тележки b = 4,6 м;

- радиус геометрического вписывания R_г = 300 м.

Для расчета геометрического вписывания необходимы следующие величины: радиус наружного рельса, радиус внутреннего рельса, базы тележки и локомотива.

Радиус наружного рельса

R_н = ,

где R_г - радиус кривой для геометрического вписывания, мм;

n - коэффициент искажения, n = 10;

m - масштаб, m = 15

R_н = = 200 мм.

Радиус внутреннего рельса

R_в = R_н - ,

где 2у - зазор между внутренними гранями головок рельсов и внешними гранями гребней бандажей;

Д - уширение колеи в кривой, согласно ПТЭ при Rг 300 м, Д = 10.

База тележки

b = ,

где B - база тележки в натуральную величину.

b = = 31 мм.

База электровоза

l = ,

где L - база электровоза в натуральную величину, L = 11,5 м.

l = = 77 мм.

Случай максимального уширения полей в кривой.

Наносим радиусы на рисунок, базы тележек и базу электровоза, из рисунка определяем углы б₁ и б₂.

б₁ = 5є и б₂ = 19є.

sin A₁ = sin б₁/n, sin A₂ = sin б₂/n.

sin A₁ = sin 5є/10 = 0,0087, А₁ = 0,50є.

sin A₂ = sin 19є/10 = 0,0326, А₁ = 1,87є.

Так как А_max = 4є, а А₁ и А₂ меньше А_max, то можно сделать вывод что вписывание электровоза в кривую обеспечено.

6. Динамическое вписывание электровоза в кривой

Динамическое вписывание рассчитываем для тележки с маятниковыми опорами кузова. Вычерчиваем схему тележки электровоза, наносим основные силы и моменты, действующие на нее.

Радиус кривой для динамического вписывания Rд=450 м,

База тележки b=4,6 м,

База локомотива L=11,5 м,

Нагрузка на боковую опору P₂=47,5 кН,

Коэффициент трения на боковой опоре f_{тр б.о} =0,1,

Нагрузка на ось 2П = 159,25 кН,

Жесткость пружины возвращающих аппаратов Ж_п=0,95.

Допускаемая скорость в кривой определяется по формуле

где h - возвышение наружного рельса, мм;

б_н- непогашенное ускорение, м/c²

1. Для тележки в положении наибольшего перекоса полюсное расстояние находим по формуле

где - ширина зазора колеи, м

Из упрощенной схемы тележки определяем размеры X₂ и X_Ц (рисунок)

Определяем r_i

По графикам определяем cos б_i

cos б₁=0,99; cos б₂=0,85; cos б₃ = 0,28.

Угол поворота тележки определяем по формуле для передней тележки

Определяем центральную силу, приходящуюся на тележку

= 0,31 кН.

Определяем силу от возвышения наружного рельса

где G - часть веса электровоза, приходящийся на тележку, кН

h - возвышение наружного рельса, м

Значения сил трения в опорных точках колеса считаются равными для всех колесных пар электровоза.

где 2П- статическое давление колесной пары на рельс, кН,

f_тр- коэффициент трения между рельсами и бандажами, f_тр=0,25

Сила трения на боковой опоре

По формуле определяем момент трения на боковой опоре

где a - расстояние от оси боковой опоры до продольной оси тележки, м;

с- половина расстояния между опорами, м;

e-смещение боковых опор относительно главной, м;

d-диаметр боковых опор, м.

Возвращающий момент

где P-нагрузка на главную опору, кН;

l- высота главной опоры, м;

б-угол поворота тележки, рад.

Составляем уравнение равновесия для тележки электровоза ЧС-2(передней)

Решая уравнение относительно y₁, получим

Подставим y₁ во второе уравнение

Подставим y₃ в ранее полученное уравнение

Определяем скорость, соответствующую центробежной силе

где g -ускорение свободного падения, м/с²

2. Для нахождения второй точки зависимости x₁=f(V) исследуем свободную установку тележки в кривой.

Полюсное расстояние принимаем равным x₁=(3,96+2,3)/2=3,13 м.

Из упрощенной схемы находим

Определяем r_i

По графикам определяем cos б_i

cos б₁=0,97;cosб₂=0,7; cosб₃= 0,88.

Для этого положения угол поворота тележки найдем по формуле

Возвращающий момент при этом б_п будет равен

Остальные величины, входящие в уравнения равносилия, не зависят от положения тележки. Решив уравнения равновесия, получим

3. По аналогии при установке тележки по хорде находим

Определяем r_i

По графикам определяем cos б_i

cos б₁=0,8;cosб₃=0,8.

Для этого положения угол поворота тележки найдем по формуле

Возвращающий момент при этом б_п будет равен

Решив уравнения равновесия получим

y₁=43,59 кН; y₃= 56,08 кН.

4. Считаем, что тележка находящаяся в положении наибольшего перекоса и задняя колесная пара прижата к рельсу.

Задаемся значениями скоростей 120, 60, 40, 20 км/ч и определяем центробежные силы, соответствующие этим скоростям

Все остальные величины, входящие в уравнения равновесия определены в пункте 1. Решив уравнения равновесия относительно y₁ и y₃, получим их значения, которые занесем в таблицу.

Таблица 1 -Значения направляющих усилий в зависимости от скорости

По полученным данным строим зависимости y₁=f(V) и y₃=f(V) в приложении.

По ним находим величины направляющих усилий при скорости V_доп=87,7км/ч.

Боковое давление колеса на рельс определяем по формуле

Рамное давление

Определяем коэффициент рамной диагностики

Боковое давление с учетом коэффициента рамной диагностики

Все вычисления заносим в таблицу

Таблица 2 - Расчет боковых давлений в зависимости от скорости

Список используемых источников

1 Электровоз ЧС2. Руководство по эксплуатации./Под ред. В. А. Ракова. - М.: Транспорт, 1967. - 320 с.

2 Ремонт электровозов и электропоездов. Учебник для техникумов ж.-д. транспорта./ Под ред. В. М. Находкина. - М.: Транспорт, 1981. - 360 с.

3 Рама тележки электровоза. Конструкция и расчет на прочность./Под ред. Ю. М. Ломброзо. - Омск, 1981. - 26 с.

Размещено на Allbest.ru