РАЗРАБОТКА ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЛОКОМОТИВА

2. РАЗРАБОТКА ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЛОКОМОТИВА

2.1 Определение основных размеров тележки

Для определения основных размеров тележки можно использовать расчётную схему, приведённую на рисунке 2.1.

Жёсткая база тележки определяется по формуле: 2·a_т=2·l_подв+B₂+2·D (2.1)

где l_подв – расстояние между точками подвешивания тягового двигателя на раме тележки, l_подв=1.180 м;

B₂ – ширина средней поперечной балки рамы тележки, B₂=0.3 м;

D - зазор между опорными кронштейнами и поперечной балкой рамы, D=0.04 м;

2·a_т=2·1.180+0.3+2·0.04=2.74 м

Диаметр колеса колёсной пары по окружности гребня:

D=D_к+0.06 (2.2)

D=1.2+0.06=1.26 м

По рекомендации [1, стр. 18], принимаем ширину концевых поперечных балок B₁=0.15 м и расстояние между гребнем бандажа и поперечной концевой балкой рамы тележки l₂=0.05 м.

Расстояние от геометрической оси колёсной пары до торца концевой поперечной балки:

  (2.3)

 

Длина тележки:

l_т=2·l₁+a_т (2.4)

l_т=2·0.83+2.74=4.4 м

Высота тележки от уровня головки рельса до верхней горизонтальной плоскости рамы h_т и ширина рамы тележки по осевым линиям боковин b_т по [1] h_т= 1.16 м, b_т=2.1 м.

Длина рамы кузова электровоза определяется по формуле:

 (2.5)

Расстояние от торцов рамы кузова до торцов рам крайних тележек электровоза l₃ по [1 с.21] l₃=1.42 м. Расстояние между смежными тележками электровоза:

 (2.6)

Полученное расстояние l₄>2 м, поэтому корректировку l₃, l_л и l_к не производим.

Уточнённая жёсткая база электровоза:

L_б=2·(l₄+l_т) (2.7)

L_б=2·(3.78+4.4)= 16.36 м

На рисунке 2.2 приведена компоновочная схема экипажной части электровоза ЧС8.

Длина концевой части боковины l_кчб=0.1·l_т=0.44 м;

Длина средней части боковины l_счб=0.23·l_т=1.012 м;

Длина переходной части боковины:

 (2.8)

  

Рисунок 2.2. Компоновочная схема экипажной части локомотива.

Уточнённая длина тележки:

l_т=2·l_кчб+2·l_пчб+l_счб (2.9)

l_т=2·0.44+2·1.254+1.012=4.4 м

Длина усиливающей накладки l_н=0.45·l_т=1.98 м.

На рисунке 2.3 показаны формы сечений концевых поперечных балок и концевых частей боковины.

Рисунок 2.3 а. Сечение средней части боковины рамы.

б. Сечение поперечных балок и концевых частей боковины

Расстояние между внутренними поверхностями вертикальных листов, образующих сечение:

b=B-2·d₂-2·D₁ (2.10)

где D₁ – вылет концов горизонтальных листов под сварной шов, D₁=0.02 м.

Расчётная высота вертикального листа для сечений без усиливающей накладки:

h=H-2·d₁ (2.11)

а для сечения с усиливающей накладкой

h=H-2·d₁-d₃ (2.12)

Ширина сечения по средним линиям составляющих его элементов для всех сечений рамы тележки:

b₀=b+d₁ (2.13)

Высота сечения по средним линиям составляющих его элементов для сечений без усиливающих накладок:

h₀=h+d₁ (2.14)

а для сечения с усиливающей накладкой:

h₀=h+d₁+d₃/2 (2.15)

Расчётная ширина усиливающей накладки:

B_н=B-2·D₁ (2.16)

B_н=0.21-2·0.02=0.17 м

2.2 Расчёт геометрических характеристик сечений рамы тележки

 

Размеры и расчётные данные сечений балок приведены в таблице 2.1

 

Таблица 2.1 Размеры и расчётные данные сечений балок рамы тележки

Элемент	B,	H,	h,	b,	h0,	b0,	1,	2,	3,
рамы	10-3 м	10-3 м	10-3 м	10-3 м	10-3 м	10-3 м	10-3 м	10-3 м	10-3 м
Концевая поперечная балка	150	200	166	80	183	95	17	15	-
Концевая часть боковины	210	200	166	140	183	155	17	15	-
Средняя часть боковины	40	430	381	140	406	155	17	15	15
Средняя поперчная балка	300	400	366	230	383	245	17	15	-

Для сечения концевых поперечных балок получаем:

-  площадь сечения горизонтального листа F_1.2=B·d₁=150·17=22.5·10^-4 м²

-  площадь сечения вертикального листа F_3.4=H·d₂=200·15=25.2·10^-4 м²

-  ординаты и абсциссы собственных центров тяжести для горизонтальных листов z_1,2=±h₀/2=±92·10^-3 м; x_1,2=0;

-  ординаты и абсциссы собственных центров тяжести для вертикальных листов x_4,3=±b₀/2=±47.5·10^-3 м; z_3,4=0.

Моменты инерции при изгибе для составляющих сечение элементов определяются по формулам:

для горизонтальных листов:

 (2.17)

для вертикальных листов:

  (2.18)

Результаты расчётов сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 Вспомогательные параметры для концевых поперечных балок рамы тележки

Элемент	Fi,	zi,	xi,	zi2Fi	xi2Fi	Ixi,	Izi,
сечения	10-4м2	10-3м	10-3м	10-6м4	10-6м4	10-6м2	10-6м2
Верхний горизонтальный лист	25.5	92	0	21.58	0	0.0614	4.8
Нижний горизонтальный лист	25.5	-92	0	21.58	0	0.0614	4.78
Левый вертикальный лист	24.9	0	-47	0	5.5	5.718	0.0466
Правый вертикальный лист	24.9	0	47	0	5.5	5.718	0.0466
Сумма	100.8	0	0	43.16	11.0	11.559	9.65

Аналогичным образом заполняется таблица 2.3 для средней поперечной балки и таблица 2.4 для концевых частей боковины.

Таблица 2.3 Вспомогательные параметры для средней поперечной балки рамы тележки

Элемент	Fi,	zi,	xi,	zi2Fi	xi2Fi	Ixi,	Izi,
сечения	10-4м2	10-3м	10-3м	10-6м4	10-6м4	10-6м2	10-6м2
Верхний горизонтальный лист	51	192	0	188	0	0.123	38.25
Нижний горизонтальный лист	51	-192	0	188	0	0.123	38.25
Левый вертикальный лист	54.9	0	-123	0	83.06	61.28	0.103
Правый вертикальный лист	54.9	0	123	0	83.06	61.28	0.103
Сумма	211.8	0	0	376	166.12	22.8	76.706

Таблица 2.4 Вспомогательные параметры для концевых частей боковины рамы тележки

Элемент	Fi,	zi,	xi,	zi2Fi	xi2Fi	Ixi,	Izi,
сечения	10-4м2	10-3м	10-3м	10-6м4	10-6м4	10-4м2	10-6м2
Верхний горизонтальный лист	35.7	92	0	30.22	0	0.0859	13,12
Нижний горизонтальный лист	35.7	-92	0	30.22	0	0.859	13,12
Левый вертикальный лист	24.9	0	-77	0	14.76	5.71	0,047
Правый вертикальный лист	24.9	0	77	0	14.76	5.71	0,047
Сумма	121.2	0	0	60.44	29.52	11.61	26,33

Ординаты собственных центров тяжести элементов средней части боковины для горизонтальных листов z_1.2'=±(h+d₁)/2=±(0.383+0.016)/2=0.199 м.

Для усиливающей накладки

z₂'=h/2+d₁+d₃/2=0.383/2+0.017+0.015/2=0.216 м.

Ордината центра тяжести всего сечения:

 (2.19)

Используя формулу z_i=z_i'-z_c определяем z_iи составляем таблицу 2.5.

Таблица 2.5 Вспомогательные параметры для средней части боковины рамы тележки

Элемент	Fi,	zi ',	zi,	xi,	zi2Fi	xi2Fi	Ixi,	Izi,
сечения	10-4м2	10-3м	10-3м	10-3м	10-6м4	10-6м4	10-6м2	10-6м2
Верхний горизонтальный лист	35.7	199	173,04	0	107.34	0	0.0859	13.12
Нижний горизонтальный лист	35.7	-199	-224,96	0	180.67	0	0.0859	13.12
Левый вертикальный лист	57.15	0	-25,96	-77,5	3.85	33.88	69.13	0.107
Правый вертикальный лист	57.15	0	-25,96	77,5	3.85	33.88	69.13	0.107
Усиливающая накладка	25,5	215	189,04	0	91.13	0	0,048	6,14
Сумма	211.2	215	85,2	0	386.84	67.76	138.47	32.6

Моменты инерции при изгибе и кручении для поперечных сечений каждого элемента рамы тележки:

 (2.20)

 (2.21)

 (2.22)

Результаты расчётов представлены в таблице 2.6.

Элемент рамы	Ix,10-6м4	Iz,10-6м4	Iк,10-6м4	Wx,10-3м3	Wz,10-3м3	Wк,10-3м3
К.П.Б.	57.72	20.65	15.01	0.547	0.275	0.591
К.Ч.Б.	72.05	55.85	39.99	0.721	0.532	0.964
С.Ч.Б.	525.31	100.36	101.3	2.183	0.956	2.137
С.П.Б	498.8	242.83	208.2	2.494	1.619	3.19