Машиностроение \ Механическая часть электроподвижного состава

Проверка на прочность и выносливость двухосной тележки электровоза, страница 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

å

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    Σzi′Fi и ΣFi – 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:

z²3*F3=15,34²*38=8942, см4;

Момент инерции третьего элемента относительно собственной нейтральной оси y:

Jy3’=(a*c³)/12=(28*1³)/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=Σzi²Fi+ΣJyi=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

å

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:

y²F2=11,1²*45,6=5618,4, см4;

Момент инерции второго элемента относительно собственной нейтральной оси:

Момент инерции всего сечения определяется как:

Jz=Σyi²Fi+ΣJzi’=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 ¼ 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*2,37²-0,2*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.

Скачать файл