Расчёт на прочность и выносливость рамы двухосной тележки электровоза

 МПС РФ

Петербургский Государственный Университет

путей сообщения.

Кафедра: «Электрическая тяга».

Курсовая работа по дисциплине:

 «Механическая часть ЭПС».

на тему: «расчёт на прочность и выносливость рамы двухосной тележки электровоза».

Вариант № 45.

Выполнил ст. гр. ЭТ-202

Черников А.В.

Проверил

Осипов С.А.

Санкт Петербург

2004 г.

Содержание:

1.  Расчётная схема рамы тележки……………………………………………………….3.

2.  Расчёт характеристик опасного сечения……………………………………………..4.

3.  Весовая нагрузка рамы…………………………………………………………….….6.

4.  Напряжения в опасном сечении рамы……………………………………………….7.

5.  Максимальная скорость движения электровоза в кривой………………………….8.

6.  Силы, действующие на раму тележки при движении в кривой……………………10.

7.  Напряжения в опасном сечении рамы при движении в кривой……………………12.

8.  Силы, действующие на раму тележки при работе двигателя в тяговом режиме….14.

9.  Напряжения в опасном сечении рамы от системы сил, действующих в тяговом режиме………………………………………………………………………………………15.

10.  Кососимметричная нагрузка рамы тележки…………………………………………16.

11.  Напряжения в опасном сечении рамы тележки от вертикальной динамической нагрузки……………………………………………………………………………………..17.

12.  Запас прочности в опасном сечении при наиболее неблагоприятном сочетании нагрузок……………………………………………………………………………………...17.

13.  Напряжения от условной статической нагрузки……………………….…………….18.

14.  Приведённое амплитудное напряжение расчётного цикла………………………….18.

15.  Оценка усталостной прочности рамы………………………………………….…..…19.

.

Исходные данные:

1. База тележки     2а, м……………………………………………………………….3,15
2. Нагрузка на ось     2П_СТ, кН ………………………………………………………235        
3. Тип и вес тягового двигателя    Р_Д, кН…………………………………ТЛ-2К; 47
4. Толщина листов боковины рамы:

– стенки       b₁,мм …………………………………………………………………………12

– полки        b₂,мм………………………………………………………………………….10

– накладки   b₃,мм………………………………………………………………………… 20               

5. Жесткость:

– листовой рессоры    ж_р, кН/м………………………………………………………1500

– пружины    ж_пр, кН/м………………………………………………………………...2500

6.  Радиус кривой    r, м……………………………………………………….225
7. Возвышение наружного рельса в кривой h, мм…………………………….50
8. Вероятность эксплуатации локомотива с различными среднеинтервальными скоростями:

Таблица №1.

Интервал, км/ч	0…20	20…40	40…60	60…80	80…100
Средняя скорость, км/ч	10	30	50	70	90
Вероятность	0.1	0,1	0,6	01	0,1

Расчёт.

1. Расчётная схема рамы тележки.

         При расчёте рама тележки рассматривается как пространственная стержневая система (Рис.1). Стержни системы – это оси элементов рамы, проходящие через центры тяжести площадей поперечных сечений.

2l

Рис.1.

, где

            2l=2∙a+164-18=315+164 -18= 479 см – длина боковин рамы тележки.    

 см  – ширина рамы тележки.      

248 – расстояние между осями боковин.

            X_д= a-120=157,5-120= 37,5  см – расстояние от шкворневой балки до подвески ТЭД.   

120 -  расстояние от оси подвески ТЭД до оси колёсной пары.

         см

x_p1= a-70 = 157,5 – 70 =  88 см

            x_p1= a+70 = 157,5 + 70 =  228 см – расстояние от шкворневой балки до осей шарниров рессорных подвесок.

         70 - расстояние от оси колёсной пары до оси подвески рессоры.

          см – расстояние от оси шкворневой балки до оси маятниковой подвески.

         118 – расстояние между осями маятников.

            x_п1= a-95/2 =  157,5 – 47.5 = 110,0 см

x_п2= a+95/2 =  157,5 + 47.5 = 205,0  см – расстояния от оси шкворневой балки до осей поводков буксы.

         95 - расстояние между осями поводков буксы.

         z_расч=19-z_c=19-5,0=14,0 см – расстояние от центра тяжести боковины до внутренней грани полки боковины.

        z_п2=45-z_p=45-14,0=31,0 см – расстояние от центра тяжести боковины до оси верхнего поводка буксы.

         45 – расстояние от внутренней грани полки до оси верхнего поводка буксы.

         z_п1= z_п2 +20=31,0 + 20= 51,0см – расстояние от центра тяжести боковины до оси нижнего поводка буксы.

         20 – расстояние между осями поводков буксы.

2. Расчёт характеристик опасного сечения.

Пространственная система сил, действующих на раму тележки при некоторых режимах движения, вызывает изгиб боковины в двух плоскостях, поэтому для расчётного сечения необходимо определить моменты сопротивления изгибу относительно осей y и z. Расчёт геометрических характеристик сечения производится табличным методом.

	Рис.2.

 

Расчёт моментов инерции сечения относительно оси y.

Таблица №2.

Расчёт моментов инерции сечения относительно оси z.

Таблица №3.

, где F_i, см² – площадь поперечного сечения i-го элемента.

 – ордината центра тяжести i-го элемента относительно оси y^/.

 – статический момент инерции i-го элемента относительно оси y^/.

;y, см – абсцисса и ордината центра тяжести площади элемента относительно нейтральной осей всего сечения.

 z_c – ордината центра тяжести всего сечения.

;– момент инерции каждого элемента относительно собственных нейтральных осей.

 ;

, где а – размер по горизонтали, см.

        с – размер по вертикали, см.

Моменты инерции всего сечения:

J_y=∑z_i²∙F_i + ∑ J’_yi= 36750 +10994=47744 см⁴

J_z=∑y_i²∙F_i + ∑ J’_zi = 8939 + 5697 =14829 см⁴

Максимальные напряжения от вертикального и горизонтального изгибающих моментов возникают в наиболее удалённых от нейтральной оси сечениях, а именно в углах нижнего листа в точках 1 и 6.

Момент сопротивления изгибу вокруг горизонтальной оси.

W_y1=W_y6=J_y/z₁=47744/(19+1+5,0)=1910 см³

Момент сопротивления изгибу вокруг вертикальной оси.

W_z1=W_z6=J_z/y₁= 14829/14 =1045 см³

3. Весовая 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.

R=(2∙П_ст – P’_НП)/4 = (235 – 61,5)/4 = 43,38 кН;