Проверка на прочность и выносливость двухосной тележки электровоза, страница 6

Коэффициенты p_КР, p_Т 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: p_КР=0,2; p_Т=0,8.

σ_m=55,88+0,2*105,679+0,8*13,983=88,202, МПа.

14. Приведённое амплитудное напряжение расчётного цикла.

Пределом выносливости σ_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 σ_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 σ_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 σ_aПР определяется из выражения:

;

где      σ_аi, n_i – различные переменные напряжения и соответствующее им число циклов.

Частные значения напряжений σ_аi от переменной нагрузки определяются в соответствии со скоростями движения как:

;

Число циклов n_i 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) τ≈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 V_i равна p_i, то число циклов нагружения с амплитудой σ_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
σаi	9,584	17,577	25,569	33,562	41,555
σ6аi	775099	29488001	279462689	1429172149	5148850678
Pi	0,1	0,1	0,6	0,1	0,1
σ6аi 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_σ раз переменной составляющей предельно допустимого напряжения.

k_σ – это коэффициент снижения усталостной прочности по сравнению с образцом.

где      k_пов – коэффициент, учитывающий чистоту обработки поверхности;

k₁, k₂ – коэффициенты, учитывающие неоднородность и внутреннее напряжение материала;

β_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 σ_а+σ_m; точка В соответствует среднему напряжению цикла σ_m; Точка С соответствует пределу выносливости σ_rк с учетом снижения усталостной прочности, т.е. допустимая амплитуда здесь в k_σ раз ниже. Запас усталостной прочности с учетом максимального напряжения:

;

Если известны величины σ_-1 и σ₀ для марки стали, из которой изготовлена деталь, и k_σ в расчетном сечении, то:

;

и соответственно запас усталостной прочности:

здесь  – коэффициент чувствительности металла к асимметрии цикла. Для материала рамы σ₀=250МПа, σ_-1=200МПа, σ_вр=400МПа. Для расчетного сечения k_σ=2,4.

Запас усталостной прочности:

Усталостную прочность можно считать достаточной, если n_σ≥1,4.

n_σ=1,61≥1,4

Вывод: Тележка (исходя из условия) удовлетворяет условиям прочности.