Здесь можно найти образцы любых учебных материалов, т.е. получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


Курсовик Проверка на прочность и выносливость двухосной тележки электровоза

Информация:

Тип работы: Курсовик. Добавлен: 25.10.2013. Сдан: 2003. Страниц: 33. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Министерство Путей Сообщения Российской Федерации
Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения

Кафедра: «Электрическая тяга»


Курсовой проект по предмету:
«Механическая часть электрического подвижного состава»
на тему:
«Проверка на прочность и выносливость двухосной тележки электровоза»


Выполнил: студент
группы ЭТ-002
***********


Санкт-Петербург
2003
Содержание.

Содержание. 2
Введение 3
Исходные данные 4
1. Расчётная схема рамы тележки 5
2. Характеристики опасного сечения 7
3. Статическая нагрузка рамы. 10
4. Напряжение в опасном сечении рамы тележки от весовой нагрузки. 11
5. Допустимая скорость движения электровоза в кривой. 12
6. Силы, действующие на раму тележки при движении в кривой 15
7. Напряжения в опасном сечении рамы тележки при движении в кривой. 18
8. Силы, действующие на раму тележки при работе двигателей в тяговом режиме. 20
9. Напряжение в опасном сечении рамы от системы сил, действующих в тяговом режиме. 22
10. Кососиметричная нагрузка рамы тележки 23
11. Напряжение в опасном сечении рамы тележки от вертикальной динамической нагрузки. 25
12. Запас прочности в опасном сечении при наиболее неблагоприятных сочетаниях нагрузок. 26
13. Напряжение от условий статической нагрузки. 27
14. Приведённое амплитудное напряжение расчётного цикла. 28
15. Оценка усталостной прочности рамы. 30
Заключение 32
Список использований литературы 33

Введение
В процессе управления электропоездом машинист часто изменяет режим работы локомотива (разгон, движение при действии силы тяги с низкими или высокими скоростями, выбег, торможение). Движение происходит в различных условиях в зависимости от состояния пути, времени года, профиля пути, наличия кривых разного радиуса и т.д.
В зависимости от режима и условий движения меняются по величине, направлению и характеру силы, приложенные к раме тележки. Учет всего многообразия силовых факторов и некоторых конструктивных особенностей рамы тележки невозможен в рамках курсового проекта, поэтому расчетные схемы составляются с рядом значительных упрощений.
Статическая прочность определяется максимальным напряжением при наиболее неблагоприятном сочетании всех силовых факторов.
Усталостная прочность зависит от постоянной и переменной составляющих циклической нагрузки. По своему влиянию на долговечность силовые факторы можно разделить на две группы. В первую группу входят нагрузки весовые и медленно изменяющиеся во времени, а именно: усилия, действующие при движении в кривой, и усилия, возникающие при работе тяговых двигателей и торможении. Во вторую группу входят переменные силы, сопровождающие колебания надрессорного строения. Эти силы носят случайный характер, как по частоте, так и по амплитуде. Оценка усталостного воздействия совокупности сил той и другой групп возможна путем приведения их к усредненным значениям, т.е. к эквивалентной по своему усталостному воздействию циклической нагрузке с неизменными средними и амплитудными значениями.

Исходные данные
База тележки 2а=3,10 м;
Нагрузка на ось 2Пст=230 кН;
Тип и вес тягового двигателя ТЛ – 2К, Рд=47 кН;
Толщина листов боковины рамы:
стенки b1=12 мм;
полки b2=10 мм;
накладки b3=18 мм;
Жесткость:
листовой рессоры Жр=1600 кН/м;
пружины Жпр=2200 кН/м;
Радиус кривой ?=300 м;
Возвышение наружного рельса в кривой h=100 мм;
Таблица 1.
Вероятности эксплуатации локомотивов с различными среднеинтервальными скоростями.
i – номер интервала 1 2 3 4 5
Интервал, км/ч 0…20 20…40 40…60 60…80 80…100
Средняя скорость, км/ч 10 30 50 70 90
Цифра 2-го разряда шифра - 0,1 0,6 0,2 0,1

1. Расчётная схема рамы тележки
При расчете рама тележки рассматривается как пространственная стержневая система. За начало координат примем центр симметрии рамы. Стержни системы – это оси элементов рамы, проходящие через центры тяжести площадей поперечных сечений. Для упрощения схемы все горизонтальные элементы сведем в одну расчетную плоскость, оси элементов примем прямолинейными без учета изменения формы поперечных сечений на отдельных участках балок. Положение расчетной плоскости примем на высоте мм над уровнем головок рельсов.
Рама тележки представляет собой пространственную статически неопределимую систему с двумя замкнутыми контурами, каждый из которых образован шкворневой балкой, половинами боковин и концевой балкой. Расчет статически неопределимой системы производится методом сил, который заключается в превращении системы в статически определимую посредством разрезания «лишних» стержней. При этом в местах разрезов должны быть преложены неизвестные усилия и моменты.
Расчетная схема рамы тележки изображена на рисунке 1.
Расчет координат производится следующим образом:
расстояние от оси шкворневой балки до оси поводка первой буксы:

расстояние от оси шкворневой балки до оси шарнира первой рессорной подвески:

расстояние от оси шкворневой балки до оси поводка второй буксы:

расстояние от оси шкворневой балки до оси шарнира второй рессорной подвески:

расстояние от оси шкворневой балки до оси подвески кузова:
, мм;
расстояние от оси шкворневой балки до оси подвески двигателя:

расстояние от расчетной плоскости рамы до осей шарниров поводков букс:
zП2=450, мм;
zП1=zП2+200=450+200=650, мм;
расстояние от расчетной плоскости рамы до центра сферического шарнира шкворня:
zШ=550-(1160-1000)+44,4=434,4мм.


2. Характеристики опасного сечения
Расчет на прочность производим для четверти рамы, так как расчетная схема симметрична относительно осей X и Y. Отброшенную часть рамы заменяем заделкой. При такой расчетной схеме максимальный изгибающий момент будет действовать в заделке. Именно это сечение в средней части боковины по оси шкворневой балки является опасным, то есть подлежащим проверке на прочность. Упрощенный расчет прочности можно выполнять для сечения, состоящего только из основных элементов, а именно вертикальных и горизонтальных листов.
Опасное сечение рамы тележки приведено на рисунке 2.
Пространственная система сил, действующая на раму тележки при некоторых режимах движения, вызывает изгиб боковины в двух плоскостях, поэтому для расчетного сечения необходимо определить моменты сопротивления изгибу относительно осей y и z. Расчет геометрических характеристик сечения производим табличным методом.
Таблица 2.
Расчет моментов инерции сечения относительно оси y.
Номер элемента i Fi, см2 zi?, см zi?Fi, см3 zi, см zi2Fi, см4 Jyi?, см4
1 45,6 0 0 -4,16 789 5487
2 45,6 0 0 -4,16 789 5487
3 38 19,5 741 15,34 8942 2,3
4 38 -19,5 -741 -23,66 21272,2 2,3
5 41,4 20,9 865 16,74 11601,4 11,18
a 208 20,9 865 0,1 43393,6 10990,2
Для примера рассчитаем момент инерции относительно оси у третьего элемента.
Площадь поперечного сечения третьего элемента:

Ордината центра тяжести и площади третьего элемента относительно вспомогательной оси y?:
z’3=19+0,5=19,5, см2;
Статический момент площади третьего элемента:
z’3*F3=38*19,5=741, см3;
Ордината центра тяжести площади третьего элемента относительно нейтральных осей всего сечения:

где ?zi?Fi и ?Fi – соответственно сумма статических моментов 1-5 и сумма площадей 1-5.
Ордината центра тяжести площади третьего элемента относительно нейтральной оси y-y всего сечения:
z3=19,6 - 4,16=15,34, см;
Произведение zi2Fi:
z?3*F3=15,34?*38=8942, см4;
Момент инерции третьего элемента относительно собственной нейтральной оси y:
Jy3’=(a*c?)/12=(28*1?)/12=2,3, см4;
где: а – размер по горизонтали третьего элемента, см;
с – размер по вертикали третьего элемента, см.
Момент инерции всего сечения относительно оси y:
Jy=?zi?Fi+?Jyi=54383,7, см4;
Так как напряжение достигает максимального значения в наиболее удаленных точках, проверку малости рамы будем производить для точек 1 и 6.
Момент сопротивления изгибу вокруг горизонтальной оси для волокон, проходящих через указанные точки, будет равен:

Wy1=Wy6=54383,7/(19+1+4,16)=2251, см3
Здесь z1 – расстояние от точки 1 до горизонтальной нейтральной оси.
Таблица 3.
Расчет моментов инерции сечения относительно оси z.
Номер элемента i Fi, см2 y, см y2Fi, см4 Jzi?, см4
1 45,6 -11,1 5618,4 5,5
2 45,6 11,1 5618,4 5,5
3 38 0 0 1829,3
4 38 0 0 1829,3
5 41,4 0 0 1825
a 208 0 11236,7 5494,6
Для примера рассчитаем момент инерции сечения относительно оси z второго элемента.
Расстояние y2:
y2=10,5+0,7=11,2, см;
Произведение y2Fi:
y?F2=11,1?*45,6=5618,4, см4;
Момент инерции второго элемента относительно собственной нейтральной оси:

Момент инерции всего сечения определяется как:
Jz=?yi?Fi+?Jzi’=16731,3, см4;
Момент сопротивления изгибу вокруг вертикальной оси для волокон, проходящих через точки 1 и 6, будет равен:

Wz1=Wz6=16731/140=119,5, см3
В остальных точках моменты сопротивления изгибу имеют большие значения, следовательно, напряжения в них будут меньше.

3. Статическая нагрузка рамы.
Вертикальная нагрузка рамы складывается из собственного веса рамы, веса тормозного оборудования, веса подрессоренной части тяговых двигателей, передачи и системы первичного подвешивания, а также веса кузова, приходящегося на одну тележку.
Величина реакций рессорных подвесок R определяется в кН из условия:

где: 2ПСТ – нагрузка на ось, кН;
РНП` – вес неподрессоренных частей, отнесенных к одной оси, кН;
Вес неподрессоренных частей складывается из половины веса тягового двигателя, веса колесной пары, букс и частично системы первичного подвешивания и кожухов зубчатой передачи:

Рнп=38+43,5/2=59,75, кН;
R=(230-59,75)/4=42,56, кН;
Нагрузка от веса кузова РК определяется как разность веса электровоза, приходящегося на одну тележку, и веса тележки:

где РТ – вес тележки, кН;
Вес тележки определяется как сумма весов боковин и шкворневой балки по интенсивности равномерно распределенной нагрузки q, веса концевых балок – по интенсивности 0,2q, веса тяговых двигателей и неподрессоренных частей.
Найдём численное значение весовой нагрузки по формуле:

q=2,2+0,012*208,6=4,7, кН/м
где: F, см2 – площадь поперечного сечения боковины рамы, определенная в пункте 2.
Вес тележки:

Рт=2*4,74*4,7+2,2*4,7+2*0,2*4,7*2,2+2*43,5+2*59,75=262,1, кН;
Нагрузка от веса кузова:
Рк=2*230-262,1=197,9, кН;
0,25Рк=197,9*0,25=49,5, кН.
4. Напряжение в опасном сечении рамы тележки от весовой нагрузки.
Полная симметрия рамы и её нагрузка относительно продольной х и поперечной y осей позволяет рассчитывать ? часть рамы. При этом расчетная схема приводится к плоскому изгибу консольной балки, жестко заделанной одним концом. Расчетная схема приведена на рис.3.
Расчетный изгибающий момент в заделке определяется следующим образом:

Мy=42,56(2,4+3,8)-0,5*4,7*2,37?-0,2*4,7*1,1*2,37-49,5*0,59=219,2, кН•м.
Напряжение для точки 1 сечения (см. рис. 2) рассчитывается по формуле:
=97,4 МПа


5. Допустимая скорость движения электровоза в кривой.
Величина скорости движения в кривой ограничивается из-за возрастающих боковых давлений от колес на рельсы и из-за неприятных ощущений человека (дискомфорта) при действии поперечных ускорений.
Чрезмерное увеличение боковых давлений может иметь своим следствием недопустимое отжатие колеса или вползание гребня колеса на рельс.
Очевидно, что наибольшее боковое давление будет от наружного рельса на первое по ходу колесо (направляющее усилие).
Безопасность движения и устойчивость рельсошпальной решетки пути обеспечивается, если направляющее усилие не превышает 90 кН. Для определения допустимой скорости движения в кривой необходимо решить систему уравнений равновесия сил, действующих на тележку (см. рис. 4), при условии y1=90 кН.


где y1 – направляющее усилие первой по ходу колесной пары, кН;
y2 – то же, задней по ходу колесной пары, кН;
с – значение центробежной силы для массы электровоза, приходящуюся на тележку, кН;
f=0,25 – коэффициент трения между колесом и рельсом;
– проекция силы трения на ось y;
x1 и x2 – расстояния от полюса поворота до осей колесных пар, м;
– момент силы трения относительно полюса поворота, кНм, считается положительным по ходу часовой стрелки;
s=0,8 – половина расчетного расстояния между кругами катания колес.
Решить данную систему можно графоаналитическим способом. Для этого определю значение xCHП, – максимально возможное значение хс, соответствующее положению наибольшего перекоса. Значение xCHП можно определить по формуле:

где ? – заданный радиус кривой, м;
? – суммарный зазор для колесной пары в кривой заданного радиуса, мм;
Для ??350 м, ?=1520–1506=14 мм;
хснп=14*0,375/3,10=1,69 м.
При скорости Vminхп тележка как бы принимает хордовое положение, но в то же время она еще находится в положении перекоса, в этом случае y2=0 и хс=0. Тогда из системы уравнений можно найти значения центробежной силы, значения y1, Vminхп.
y1-C=0


C=102 кН


При скорости Vmaxнп тележка переходит из положения наибольшего перекоса в положение простого перекоса, поэтому y2=0 и уравнения примут вид:


Поскольку хснп выходит за пределы базы, то значения х1 и х2 будут равны:
х1= хснп+а=2,3+1,55=3,85 м х2= хснп-а=2,3-1,55=0,75 м
y1-C=34 кН
y1*3,24-C*1,69=289 кН*м
y1=136 кН
С=102 кН
Vmaxнп=31,5 км/ч
Поскольку у1>90 кН, значит электровоз находится в положении наибольшего перекоса.
С помощью Microsoft Excel получена таблица значений y1, y2, C в зависимости от скорости V:
V y1 y2 C
31,5 135,886 0,05791 101,828
30 129,609 3,24789 92,3611
28 121,715 7,25913 80,4567
26 114,367 10,9937 69,3734
24 107,562 14,4517 59,1111
22 101,302 17,633 49,6697
20 95,5870 20,5377 41,0493
18 89,7 23,1658 33,25
16 85,7887 25,5172 26,2716

По приведенному графику можно определить допустимую скорость движения электровоза в кривой, она равна Vд =18 км/ч.



6. Силы, действующие на раму тележки при движении в кривой
Полную систему сил, действующих на раму тележки при движении в кривой, можно рассматривать как состоящую из двух независимых подсистем, одна из которых возникает под действием центробежной силы, а другая – под действием сил трения при проскальзывании бандажей относительно рельсов.
1. Нагрузки, возникающие под действием центробежной силы.
Центробежные силы распределены по всей массе движущегося экипажа. Для расчета распределенные центробежные силы приводятся к их равнодействующей, приложенной в центре масс движущегося поезда. Так как центр масс расположен выше уровня осей колесных пар, то образуется момент, который перераспределяет вертикальные реакции рессорных подвесок. В результате, боковина, расположенная со стороны наружного рельса кривой, оказывается перегруженной на величину 4RC, а боковина, обращенная внутрь кривой, будет разгруженной на ту же величину. Схема действия сил показана на рис. 6.
Величина центробежной силы подрессоренных масс cп, кН, отнесенной к раме одной тележки, определяется для допустимой скорости движения в кривой без возвышения по формуле:


Перераспределение вертикальных реакций может быть вычислено из условия равновесия тележки в плоскости Y, Z, для чего достаточно составить одно уравнение моментов относительно оси X:

Откуда получаем выражение для RC:


где hС=2,2 м – высота центра тяжести подрессоренных масс относительно уровня головок рельс;
Дб=1,25 м – расчетный диаметр колеса по кругу катания;
b – половина расчетной длины поперечных стержней рамы, м.
Горизонтальные реакции НС, приложенные к буксовым направляющим рамы, принимаются равными между собой и определяются выражением:

Hc=2,62/8=0,36, кН;
На тележку также действует вертикальная сила, обусловленная действием силы инерции на центр масс кузова. В результате боковина, расположенная со стороны наружного рельса, нагружается ещё больше. Определим реакцию боковин.
Величина центробежной силы будет определяться из выражения:


где РК – нагрузка от веса кузова, приходящаяся на одну тележку;
Составляем уравнение равновесия кузова в плоскости Y, Z и получаем:

где hК=2,7 м – высота центра масс кузова над уровнем головок рельсов;
Откуда:


2. Рамные силы, возникающие вследствие проскальзывания бандажей относительно рельсов.
Принудительный поворот тележки без качения колёс приводит к проскальзыванию бандажей относительно рельсов.
Силы трения между колёсами и рельсами препятствуют повороту колёсных пар. Принудительный поворот колёсных пар происходит под действием сил, передаваемых на буксы от рамы.
В плане колесная пара находится под действием системы сил, передаваемых на нее от рельсов и через поводки от боковин рамы тележки. Значит, со стороны колёсных пар на боковины рамы действуют силы NР, которые стремятся сдвинуть боковины относительно друг друга. Чтобы их вычислить, надо спроектировать силы трения на плоскости кругов катания колёс и, затем, привести их к боковинам. Расчет производится по формуле:
,
где


Для второй по ходу движения колёсной пары:


Схема действия продольных сил NР на раму тележки показана на рис. 6. Из рисунка видно, что продольные усилия стремятся повернуть раму в горизонтальной плоскости. Этому повороту препятствуют буксы, закрепленные на шейках осей колёсных пар. В результате возникают поперечные горизонтальные реакции НР, приложенные к буксовым направляющим. Величина этих реакций рассчитывается из условия равновесия рамы:

Откуда:


7. Напряжения в опасном сечении рамы тележки при движении в кривой.
Система сил RC, HC, PKC, NP, HP, HC создаёт в заделке консоли два изгибающих момента: момент MY, действующий в вертикальной плоскости, и момент MZ, действующий в горизонтальной плоскости.
Для расчета напряжений выбираем переднюю по ходу движения четверть рамы со стороны наружного рельса. Именно для этой четверти суммарное напряжение от сил в кривой ?КР оказываются наибольшими. Направление движения локомотива показано стрелкой на рис. 6
Расчет напряжений ведём в следующей последовательности:
1. Рассчитаем напряжения, действующие в вертикальной плоскости Z, X , для чего на рис. 6 изобразим расчетную схему.
По изображенной на рис. 7 расчетной схеме вычислим реакции в заделке RZ, RX, MAY.

Rz=-Pкс+2Rc=-0,582+2*0,42=0,258, кН.

Rx=Np1+Np2=2,17+8,94=11,11, кН.

МAY= -0,25*0,582*0,59-0,65*2,17-0,45*2,17+0,42(0,85+2,25)= -1,17, кНм.
По данным расчетов на рис. 7 построена эпюра изгибающих моментов в плоскости Z, X.
Из эпюры видно, что максимальный момент действует в точке приложения силы Nр1, следовательно, и напряжение там будет также максимальное.
Определим величину напряжения по формуле:


2. Расчет напряжений, действующих в горизонтальной плоскости Y, X.
Определим реакции, возникающие в заделке:

, кН.

МAZ= -(0,85+2,025)(0,36+3,45)= -10,781, кНм.
По данным расчетов на рис. 7 построена эпюра изгибающих моментов в плоскости Y, X. Напряжение рассчитываем по максимальному изгибающему моменту, который действует в заделке.


Суммарные напряжения от действия ?Y и ?Z:

?кр=0,51+73=73,51, МПа.
Все расчеты сводим в таблицу 4.
Таблица 4.
Напряжения в расчетных точках 1 и 6, МПа
Точки сечения 1 6
Напряжение от изгиба относительно оси Y, ?Y -0,51 -0,51
Напряжение от изгиба относительно оси Z, ?Z -73,51 -73,51
Суммарные напряжения ?КР -73,51 73,51

8. Силы, действующие на раму тележки при работе двигателей в тяговом режиме.
Тележка представляет собой сложную механическую систему, основными элементами которой является рама, колёсные пары, тяговые двигатели, редукторы и подвешивание. В режиме тяги между элементами системы возникают внутренние взаимодействия, вызывающие дополнительные напряжения.
На раму действуют силы тяги, которые передаются от колёсных пар и букс через буксовые поводки. Сила тяги двух двигателей через шкворневую балку передаются на раму кузова и далее на автосцепку.
Одновременно на кронштейны подвески двигателей на раме тележки действуют силы от корпуса двигателя (реакция двигателя), величина которых измеряется в кН:

где LД – расстояние от оси колёсной пары до оси шарнира подвески двигателя;
FД – расчетная сила тяги двигателя, которая принимается максимальной из условия ограничения по сцеплению при заданных скоростях движения.
Для электровозов переменного тока:

Расчетная схема для определения сил, действующих на раму тележки при работе двигателя в тяговом режиме, изображена на рис.8.
Из схемы видно, что активные пары сил РДT уравновешиваются парами реактивных сил RT.
Используя рис.8, составим выражение для определения RT:
;
Расчет значений FД, РДT, RT производим для следующих значений скоростей: V=0 км/ч; VД=18 км/ч; VК=100 км/ч. Результаты расчетов занесём в таблицу 5.
Таблица 5.
Расчетные значения сил, кН.
Режим Силы
FД РДT RT
V=0, км/ч; 78,2 40,72 6,351
VД=18, км/ч; 63,18 32,91 4,617
VК=100, км/ч; 47,58 24,78 2,52

Примеры расчета (при VД=100 км/ч):




9. Напряжение в опасном сечении рамы от системы сил, действующих в тяговом режиме.
Рассмотренная выше система изгибает боковины рам в вертикальной плоскости. Вычислим напряжения от изгиба в вертикальной плоскости для боковины рамы. Для этого рассмотрим левую переднюю часть рамы. Изгибающий момент в заделке будет равен:

Так как величины FД и РДT зависят от скорости, то значение момента и напряжения для точек 1 и 6 опасного сечения вычислим для тех же значений скорости, что и FД, РДT.
Результаты расчетов сведены в таблицу 6.
Таблица 6.
Расчет значений изгибающего момента и напряжений.
Скорость Изгибающий момент,
MY, кН?м Напряжение,
?, МПа
V=0, км/ч; 41,19 18,45
VД=18, км/ч; 31,66 14,2
VК=100, км/ч; 20,897 9,362
Примеры расчета (при VД=100 км/ч):
Значение изгибающего момента:

Значение напряжения в опасном сечении:


В точках 1 и 6 опасного сечения будет происходить растяжение волокон, поэтому напряжение положительно.

10. Кососиметричная нагрузка рамы тележки
Если одно колесо тележки окажется выше или нижи остальных, то вследствие статической неопределимости системы рессорного подвешивания в четырех точках произойдет перераспределение реакций.
Изменение уровня одной из опорных точек может быть вызвано местной неровностью пути, нарастающим возвышением наружного рельса при вхождении в кривую, разностью диаметров колёс, просадкой рессор и пружин и неправильной регулировкой опорных гаек.
В результате рессорные комплекты каждой буксы будут иметь различные прогибы и, следовательно, различные реактивные усилия.
Если проанализировать распределение отдельных реакций, то окажется, что на раму действует система вертикальных сил, попарно симметричных относительно диагоналей. Эта система называется кососимметричной нагрузкой, которая стремится повернуть боковины рамы вокруг поперечной оси в противоположные стороны (См. рис. 9).
Крутящий момент шкворневой балки в сочетании с другими силовыми факторами может вызвать опасное напряженное состояние в узлах сопряжения шкворневой балки с боковинами. В этих местах следует опасаться трещин.
Рассчитать кососимметричную составляющую можно по формуле:

где ?hK – расчетная высота подъёма набегающего колеса при входе в кривую с учетом разности диаметров колес, конусообразности бандажей, неточного регулирования рессорного подвешивания, мм;
Ж’Э – жёсткость рессорного подвешивания тележки, отнесённая к колёсной паре, кН/м.
Вычислим эквивалентную жесткость. Комплект состоит из четырёх параллельно работающих пружин с жесткостью ЖПР= 2200 и двух параллельно действующих листовых рессор с жесткостью ЖР= 1700, работающих последовательно с комплектов пружин.
Эквивалентную жесткость вычислим по формуле:


Определим величину реакции рессорных подвесок из расчета подъёма набегающего колеса при входе в кривую на ?hK=20мм.

Вычислим значение изгибающего момента в опасном сечении:

МУ=3,065(0,85+2,25)=9,5, кН?м.
Напряжение в опасном сечении определяется по формуле:


В точках 1 и 6 опасного сечения также будет происходить растяжение волокон, поэтому напряжение положительно.

11. Напряжение в опасном сечении рамы тележки от вертикальной динамической нагрузки.
Для ориентировочного расчета на прочность влияние от вертикальных колебаний при движении электровоза учитывается суммированием с напряжением от статических нагрузок максимального напряжения от динамической нагрузки. Амплитудное значение переменного напряжения получается путем умножением напряжений от статических нагрузок на коэффициент вертикальной динамики КД.
Коэффициент вертикальной динамики можно определить по эмпирической формуле:
;
где fСТ – статический прогиб рессорного подвешивания, мм:

где R – величина реакций рессорных подвесок, определенная ранее;

Рассчитаем значение коэффициента вертикальной динамики для разных скоростей:
Для V=0 км/ч:

Амплитудное значение напряжения от динамической вертикальной нагрузки в МПа определяется по формуле:
;
, МПа.
где ?В – напряжение от статической нагрузки, вычисленное ранее.
Результаты вычислений занесём в таблицу 7.
Таблица 7.
Скорость
, МПаV=0, км/ч; 0,1 5,588
VД=18, км/ч; 0,129 7,226
VК=100, км/ч; 0,25 13,966

12. Запас прочности в опасном сечении при наиболее неблагоприятных сочетаниях нагрузок.
После определения напряжений от основных видов нагрузки можно приступать к оценке прочности рамы по её напряженному состоянию в опасном сечении.
Для этого рассмотрим одновременное действие различных нагрузок в их возможном сочетании и проведём алгебраическое суммирование напряжение для шестой точки опасного сечения.
Расчет максимальных напряжений для различных режимов работы электровоза произведем табличным методом.
Таблица 8.
Результирующие напряжения в шестой точке опасного сечения, МПа.
Вид нагрузки Режим работы
Трогание Движение в кривой с возвышением Движение с конструкционной скоростью
Весовая 49,5 49,5 49,5
В кривой 0 73,51 0
От силы тяги 18,246 14,2 9,362
Кососимметричная 4,256 4,256 4,256
Динамическая 5,58 7,226 13,966
Сумма 77,582 148,692 77
Максимальное расчетное напряжение точка 6 опасного сечения испытывает при движении электровоза в кривой. Напряжение в точке 6 опасного сечения равно:
?max=148,692, МПа.
Допускаемый коэффициент запаса прочности при ориентировочном расчете определяется по формуле:

где ?Т=240 МПа – предел текучести стали марки Ст. 3.
|?Т| – абсолютное значение максимального расчетного напряжения, МПа.
n=240/148,692=1,61
Механическая прочность данной тележки обеспечена.

13. Напряжение от условий статической нагрузки.
На раму действует постоянная весовая и медленно изменяющаяся нагрузка от силы тяги, торможения и комплекса сил при движении в кривой. Кроме того, на экипаж при его движении действуют переменные силы, зависящие от верхнего строения пути, конструкции экипажа и скорости движения. Они вызывают в элементах конструкции переменные напряжения, которые в процессе длительной эксплуатации приводят к усталостным разрушениям деталей. Для таких нагрузок надо производить расчет конструкции на выносливость. Сумма напряжений от статических нагрузок в любой точке сечения представляет собой среднее напряжение ?m циклически изменяющейся нагрузки, амплитуда которой ?a зависит от колебаний подвижного состава.
Именно эти две величины ?m и ?a определяют характер переменных напряжений, действующих в различных конструкциях:
;
;
Возможны два частных случая нагружения: ?m=0 и ?m=?a. Они соответствуют знакопеременному симметричному и пульсирующему циклам работы с коэффициентами асимметрии цикла:
;
;
Для расчета принимается среднее за время работы локомотива значение ?m, в котором влияние медленно меняющихся нагрузок учтено весовыми коэффициентами:

где pКР, pТ – отношение времени движения локомотива в кривой и в режиме тяги или торможения к общему времени движения локомотива.
Коэффициенты pКР, pТ зависят от профиля и плана пути на участке обращения, а также от эксплуатационных режимов локомотива и могут определятся по результатам наблюдений за работой локомотива. Для расчета примем: pКР=0,2; pТ=0,8.
?m=55,88+0,2*105,679+0,8*13,983=88,202, МПа.

14. Приведённое амплитудное напряжение расчётного цикла.
Пределом выносливости ?r называется максимальное напряжение от такой циклической нагрузки, которую образец из материала детали выдерживает без разрушения при базовом числе циклов .
Для асимметричного цикла, соответствующего нагрузке рамы, предельно допустимые напряжения ?r существенно зависят от среднего напряжения. Чем меньше амплитуда пульсаций напряжения по сравнению с напряжением от статической нагрузки, тем лучше материал сопротивляется усталости, тем выше предел выносливости. Однако он не может быть больше предела прочности ?В; при статическом напряжении такой величины пульсации недопустимы.
Напряженное состояние рамы отличается не только асимметрией цикла, но и переменностью, как среднего, так и амплитудного значения напряжений. Если сумма среднего напряжения и амплитуды цикла меньше предельно допустимого, то образец не будет иметь усталостных повреждения при числе циклов, превышающем базовое . Случайный процесс нагружения рамы тележки характеризуется переменной амплитудой напряжений с величиной, не превышающей предельно допустимую. Поэтому при расчетах пользуются гипотезой линейного накопления повреждений, в соответствие с которой приведенное к базовому число циклов амплитудное напряжение ?aПР определяется из выражения:
;
где ?аi, ni – различные переменные напряжения и соответствующее им число циклов.
Частные значения напряжений ?аi от переменной нагрузки определяются в соответствии со скоростями движения как:
;
Число циклов ni можно определить из следующих соображений. Расчетный срок службы локомотива 30 лет.
Среднегодовое время эксплуатации электровоза (годовой пробег L = 200000 км и средней эксплуатационной скорости 50 км/ч) ??4000 час? с.
Частота изменения динамических напряжений для подрессоренных элементов тележки может быть принята близкой к собственной частоте f?2 Гц.
В этом случае число циклов нагружения за полный срок службы локомотива:

Если вероятность эксплуатации электровоза со скоростью Vi равна pi, то число циклов нагружения с амплитудой ?аi составит: .
Приведенное амплитудное напряжение можно рассчитать по формуле:



Таблица 9.
Исходные данные для расчёта, приведенного амплитудного напряжения.
i 1 2 3 4 5
V 10 30 50 70 90
Кдi 0,172 0,315 0,458 0,601 0,744
?аi 9,584 17,577 25,569 33,562 41,555
?6аi 775099 29488001 279462689 1429172149 5148850678
Pi 0,1 0,1 0,6 0,1 0,1
?6аi Pi 77510 2948800 167677614 142917215 514885068

Коэффициент вертикальной динамики:


V=10 км/час:


Приведенное амплитудное напряжение равно:

15. Оценка усталостной прочности рамы.
Из-за наличия концентраторов напряжения и ряда других причин, элементы рамы, подвергающиеся асимметричному переменному напряжению, должны иметь дополнительный запас прочности.
При этом предел выносливости снижается за счет снижения в k? раз переменной составляющей предельно допустимого напряжения.
k? – это коэффициент снижения усталостной прочности по сравнению с образцом.

где kпов – коэффициент, учитывающий чистоту обработки поверхности;
k1, k2 – коэффициенты, учитывающие неоднородность и внутреннее напряжение материала;
?К – коэффициент, учитывающий влияние концентраций напряжений.
Зависимость предельно допустимых напряжений от среднего напряжения с учетом снижения усталостной прочности показана на рис. 10.
Точка А соответствует расчетному максимальному напряжению цикла ?а+?m; точка В соответствует среднему напряжению цикла ?m; Точка С соответствует пределу выносливости ?rк с учетом снижения усталостной прочности, т.е. допустимая амплитуда здесь в k? раз ниже. Запас усталостной прочности с учетом максимального напряжения:
;
Если известны величины ?-1 и ?0 для марки стали, из которой изготовлена деталь, и k? в расчетном сечении, то:
;
и соответственно запас усталостной прочности:

здесь – коэффициент чувствительности металла к асимметрии цикла. Для материала рамы ?0=250МПа, ?-1=200МПа, ?вр=400МПа. Для расчетного сечения k?=2,4.

Запас усталостной прочности:


Усталостную прочность можно считать достаточной, если n??1,4.
n?=1,61?1,4
Вывод: Тележка (исходя из условия) удовлетворяет условиям прочности.


Заключение
В данном курсовом проекте проведена упрощенная проверка на прочность и выносливость рамы электровоза ВЛ-10 путем расчета коэффициента запаса статической и усталостной прочности. Произведен расчет сил, действующих на тележку в статическом и динамическом режимах. Вычислены напряжения в опасном сечении рамы тележки от весовой нагрузки, при работе тяговых двигателей, от кососимметричной нагрузки рамы и от вертикальной динамической нагрузки. Получившиеся напряжения при наиболее неблагоприятном сочетании нагрузок не превышают допустимые значения. Коэффициент запаса статической прочности и коэффициент запаса усталостной прочности имеют достаточную величину, чтобы в течение всего срока службы локомотива (30 лет) вероятность появления повреждений была близка к нулю.


Список использований литературы
1. Медель В.Д. «Подвижной состав электрических железных дорог» М: Транспорт,1974.
2. Рамлов В.А. «Механическая часть локомотива» М: ВЗИИЖТ, 1988.
3. Конспект лекций по предмету: «Механическая часть ЭПС» 2002.



Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.