Расчёт вписывания электровоза в кривые

МПС РОССИИ

Уральский государственный университет  путей сообщения

 

 

Кафедра электрической тяги

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

“РАСЧЁТ ВПИСЫВАНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗА В КРИВЫЕ”- пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине “ДИНАМИКА ЭПС”

 

 

 

 

 

 

 

Проверил:                                      

доцент, к.т.н.

Нафиков Г.М.

 

 

 

.

              Выполнил:

              студент группы  Т-338

              Меньшенин И.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург

2000 г

Содержание

1. Исходные  данные

2.  Общее  устройство  механической части

3.  Расчёт статического вписывания

    3.1. Круговой метод расчёта статического вписывания

    3.2. Эллиптический метод расчёта статического вписывания

4. Расчёт динамического  вписывания

5. Способы улучшения  статического и динамического  вписывания

    Заключение

    Литература

 

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 1.1. – Исходные данные

 

Формула ход. части	2a м	RCT М	LK М	LCP М	2П тс	RД ММ	h мм
30-30	4,47	94	7,35+2,1	10,37	23,5	289	143

 

2а – жёсткая база  тележки;

R_СТ – радиус статического вписывания;

L_К – база кузова;

L_СР – расстояние между средними колёсными парами смежных тележек;

2П – осевая нагрузка;

R_Д– радиус динамического вписывания;

h – возвышение наружного рельса над внутренним.

 

2. ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО МЕХАНИЧЕСКОЙ  ЧАСТИ 

В данной курсовой работе рассматриваются электровозы с осевой формулой 3₀-3₀, к ним относятся электровозы: ЧС2, ЧС4, ВЛ60^К, Ф и К.

Механическая часть  электровоза ВЛ60^К состоит из двух трёхосных несочленённых тележек и кузова.

Рамы тележек предназначены  для распределения вертикальной нагрузки между отдельными колёсными парами, восприятия тягового усилия, развиваемого отдельными колёсными парами, и передачи его на раму кузова.

Рама тележки состоит  из двух боковин, шкворневых брусьев, концевого  бруса, трубы, буксовых кронштейнов, тормозных  кронштейнов, рессорных кронштейнов.

Колёсная пара электровоза  состоит из оси, зубчатого колеса и колёсного центра с бандажом. Передача вращающего момента от якоря  тягового двигателя к колёсной паре осуществляется с помощью двустороней  жёсткой косозубой передачи.

 

 

Рисунок 2.1.-Рама тележки

где: 1- Труба; 2-Рессорные кронштейны; 3-Дополнительная опора; 4 и 5-Буксовые кронштейны; 6-Шкворневые брусья; 7 и 8-Боковины; 9-Тормозной кронштейн; 10-Лист под тормозные цилиндры; 11-Концевой брус; 12-Опора под рессорную пружину; 13-Кронштейн под опору трения.

Бесчелюстные двухповодковые буксы с роликовыми подшипниками являются узлами высокой точности изготовления. Они требуют также высокой  культуры обслуживания при эксплуатации. Через буксы на колёсные пары передаётся вертикальная нагрузка веса электровоза, а от колёсных пар на рамы тележек – горизонтальные усилия тяги и торможения и боковые горизонтальные.

Буксовые направляющие заменены поводками, которые одним  своим шарниром прикреплены к  приливам корпусов букс, а другим –  к кронштейнам рамы тележек.

Рессорное подвешивание электровоза служит для смягчения  ударов, передаваемых на подрессорное строение при прохождении по неровности пути, и равномерного распределения  нагрузки между колёсными парами и колёсами.

Рессора набрана из десяти листов стали марки 50С2 сечением 16х120 или, соединённых хомутом.

Кузов электровоза опирается  на две несочленённые тележки  четырьмя центральными опорами и  четырьмя боковыми опорами.

Опорные узлы являются упругими шарнирами  и компенсируют все перемещения  тележки относительно кузова. Поперечному смещению кузова.

 

Рисунок 2.2.-Рессорное  подвешивание

где: 1-Продольный балансир; 2-Стержнями – валиками; 3-Опора; 4-Стойка; 5-Крепёжные детали; 6-Хомут; 7-Листовые рессоры; 8-Цилиндрические пружины.

относительно тележки препятствуют возвращающие устройства. Для придания кузову устойчивости пружинам возвращающего устройства дают предварительный натяг 1200 кгс.

Установка кузова в горизонтальном положении и правильное распределение  нагрузок между опорами достигаются  подкладыванием шайб толщиной 2 мм под опорные конусы на тележке и регулировкой боковых опор качения. На магистральных электровозах ВЛ60^К последних выпусков также начали применять боковые опоры с парой трения.

Для передачи усилия от тормозных  цилиндров или от привода ручного тормоза к колодкам служит рычажная тормозная система, которая на электровозе ВЛ60^К выполнена с двусторонним нажатием колодок на каждое колесо.

  Тормозные цилиндры диаметром со свободным штоком подвешивают к горизонтальным площадкам рамы тележки. Вертикальные рычаги шарнирно закрепляют на кронштейнах концевого бруса. К верхней части рычагов присоединяют балансир ручного тормоза. Тормозными тягами передаются усилия от тормозного рычага на колодки через вертикальные балансиры, поперечины, подвески и башмаки. Рабочую длину тяг регулируют при помощи муфт и отверстий в шейках крайних тяг. Изменением рабочей длины тяг достигается регулировка выхода штоков.

Кузов электровоза обтекаемой формы, цельнометаллический, сваренный  из прокатных и гнутых профилей и листов углеродистой стали. Материал основных деталей кузова - сталь марок: Ст3кп и Ст2кп. Листы обшивки стен изготовлены из стали ПГ- 15кп.

Основным элементом  кузова, несущим все виды нагрузок, является рама. Продольные балки рамы изготовлены из швеллеров N16В и 30С, которые связаны между собой листом толщиной 8 мм, буферными брусьями, четырьмя шкворневыми балками.

 

3.РАСЧЁТ СТАТИЧЕСКОГО ВПИСЫВАНИЯ

Статическое вписывание – движение локомотива в кривой малого радиуса с малой скоростью.

Целью расчёта является определение вписывания экипажа  в кривой без выдавливания рельсов. При наличии выдавливания определяют необходимый поперечный разбег колёсных пар. Также расчитываются относительные  углы поворота тележек к кузову.

Расчёт статического вписывания производится двумя методами: круговым и эллиптическим.

3.1. Круговой метод расчёта статического  вписывания.

Круговой метод наиболее прост и заключается в том, что кривые участки пути вычерчиваются  в масштабе круга, а тележка, также  в масштабе, представляется отрезком прямой, длина которого соответствует жёсткой базе тележки.

При вписывании экипажа тележки  изображают отрезками прямых, расстояние между серединами которых соответствуют  расстоянию между осями средних  колёсных пар двух смежных тележек. Тележки трёхосные.

Метод имеет следующую формулу  обоснования:

 

где:   f – стрела;

         L – половина длины хорды;

         R – радиус окружности.

                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.1.

 

При f<<R выше приведенная формула примет вид:

Формула обоснования выводится  из подобия треугольников  А^/ВС и АО^/В

(рисунок 3.1.)

                              

где: - точное значение стрелы хорды

погрешность

                      

Рой предложил взять маленькую окружность.

 

 

 

 

 

Рисунок 3.1.1. - Круговой метод  Роя.

Рой предложил уменьшить радиус R в n² раз и получил r:

Уменьшил L в n раз и получил :

Он искажал значения. А стрела остаётся по значению как .Докажем это:

                       (для большого круга)

                       (для малого круга)

Рой доказал, что эти стрелы одинаковые, если соблюдать масштабы для радиуса их хорд.

Расчёт статического вписывания одиночной трёхосной  тележки ведём по следующим формулам:

 

где: n – масштабный коэффициент

, выбираю  n=30

;    

где: 2d - зазор между гребнями и рельсами на прямом участке пути (2d=9мм).

        - дополнительное уширение кривой (зависит от радиуса кривой, берется из ПТЭ) =21мм.

 

Рисунок 3.2.

По полученным размерам строим рисунок 3.3.

  

Вывод: Из рисунка 3.3. видно, что выдавливания внутреннего рельса средней колёсной парой не произойдёт.

Определяем относительные углы поворота тележек к кузову. Для этого выполним графическое изображение экипажа предварительно выполнив необходимые расчеты.

             

Принимаем n = 10, а также выбираем масштаб 1: 5.

Далее по рисунку 3.4. определяем угол поворота между тележками b, предварительно измерив следующие величины:

к₁ =3 мм; к₂ =2 мм; m₁ =73 мм; m₂ =60 мм; =105мм; =75 мм.

 

3.2.Эллиптический метод  расчета статического вписывания

При исследовании вписывания экипажа в кривую и движения в  ней, могут быть решены задачи чисто  геометрического характера:

   - проверить проходимость  экипажа в кривой заданного  радиуса;                                         

   - установить величину бокового смещения той или иной колесной пары относительно оси тележки;            

   - определить углы  поворота тележек относительно кузова и т.д.

 Кроме того, при  движении в кривой определяют  боковые давления направляющих  колес на рельсы и безопасные  скорости движения.

   Первая из перечисленных  групп задач решается путем  расчета геометрического вписывания. Боковые давления колес на рельсы и допустимые скорости движения определяются при расчете динамического вписывания в кривые.

Расположение экипажа  в кривой определяется действующими на электровоз силами, которые при  вписывании неизвестны. Однако при  графическом вписывании обычно достаточно рассмотреть два предельных положения: наибольшего перекоса и наибольшего сдвига (хордовое положение тележек).

  Первое характеризуется  тем, что при движении в кривой  электровоз набегает передней  колесной парой на наружный  рельс, а задней - на внутренний. Это положение обычно встречается при движении в кривых малого радиуса с небольшой скоростью.

Второе предельное положение  соответствует касанию наружного  рельса передней и задней колесными  парами. Обычно оно получается при  движении электровоза с большими скоростями, когда равнодействующая всех сил, приложенных к электровозу, прижимает его к наружному рельса. Это наблюдается очень редко. В практике, как правило, встречаются различные комбинации пере косного положения тележек.

Значения колеи зазоров в зависимости от радиуса кривой:

-при R £ 299 м                    2d+D= 30 мм;

-при R= (300 -349) м          2d+D= 20мм;

-при R > 350 м                     2d+D= 14мм.

В нашем случае R<299, следовательно примем, что 2d+D=30 мм.

Расчет геометрического вписывания буду выполнять эллиптическим методом. Этот метод получил наибольшее распространение в практике конструкторских бюро. Он основан на замене круга эллипсом, получаемым путём поворота круга около вертикальной оси на определённый угол, что позволяет получить любую заданную хорду (базу), без изменения стрел. При этом тележки электровоза и кузов заменяется в плане линиями, совпадающими с их продольными осями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.5.

 

;               

Разложим данную функцию в степенной  ряд:

Из уравнения отбросим все члены  после первой разности, так как  их величины сравнительно малы и произведём перемену осей. Ось абцисс перенесём  вверх, а за положительное направление оси ординат выберем направление вниз. В результате получим:

- уравнение параболы.

Формула ординаты внутренней грани  наружного рельса y_Н имеет вид:

где:     ;       

Формула ординаты внутренней грани  внутреннего рельса y_ВН имеет вид:

где: ;           

Формула максимальной абциссы:

Для построения эллипса  составим таблицу вычислений при  разных значениях “X”.

Таблица 3.1. - Расчет расстояний между наружными и внутренними  гранями головок рельсов в  кривой

 

X,м	0	±1	±2	±3	±4	±5	±6	±7	±8	±9
YH,MM	0	5	21	48	84	132	190	259	338	427
YBH,MM	30	35	51	78	116	164	223	293	373	464