Проверка на прочность и выносливость двухосной тележки электровоза, страница 4

,

где     

Для второй по ходу движения колёсной пары:

Схема действия продольных сил N_Р 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 Н_Р, 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 R_C, H_C, P_KC, N_P, H_P, H_C создаёт в заделке консоли два изгибающих момента: момент M_Y, действующий в вертикальной плоскости, и момент M_Z, 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 σ_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 R_Z, R_X, M_AY.

Rz=-Pкс+2Rc=-0,582+2*0,42=0,258, кН.

R_x=N_p1+N_p2=2,17+8,94=11,11, кН.

М_AY= -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 N_р1, 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.

М_AZ= -(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 действияσ_Y и σ_Z:

σ_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, σY	-0,51	-0,51
Напряжение от изгиба относительно оси Z, σZ	-73,51	-73,51
Суммарные напряжения σКР	-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      L_Д – расстояние от оси колёсной пары до оси шарнира подвески двигателя;

F_Д – 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 Р_ДT уравновешиваются парами реактивных сил R_T.

Используя рис.8, составим выражение для определения R_T:

;

Расчет значений F_Д, Р_ДT, R_T производим для следующих значений скоростей: V=0 км/ч; V_Д=18 км/ч; V_К=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 V_Д=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 F_Д и Р_ДT зависят от скорости, то значение момента и напряжения для точек 1 и 6 опасного сечения вычислим для тех же значений скорости, что и F_Д, Р_ДT.

Результаты расчетов сведены в таблицу 6.

Таблица 6.

Расчет значений изгибающего момента и напряжений.

Скорость	Изгибающий момент, MY, кН·м	Напряжение, σ, 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 V_Д=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.