ТКЛ КП вар.22. Курсовой проект по дисциплине теория конструкции локомотивов Вариант 22 Выполнил студент гр. 752 Коновалов М. А

• Название: Курсовой проект по дисциплине теория конструкции локомотивов Вариант 22 Выполнил студент гр. 752 Коновалов М. А
• Дата: 16.04.2023
• Размер: 1.26 Mb.
• Имя файла: ТКЛ КП вар.22.doc
• Тип: Курсовой проект; #1065027
• страница: 2 из 3

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ЭКИПАЖНОЙ ЧАСТИ
2.1Определение размеров тележки тепловоза

При проектировании необходимо учитывать, что тепловоз или его секция выполняются по следующим осевым формулам: 2₀-2₀, 3₀-3₀, 2₀+2₀-2₀+2₀.

Экипажная часть тепловоза должна содержать прогрессивные конструктивные технические решения, применяемые в настоящее время в конструкциях отечественных и зарубежных тепловозов.

При конструкционных скоростях до 120 км/ч применяется опорно-осевое подвешивание тяговых двигателей, при более высоких скоростях – опорно-рамное подвешивание.

База тележки определяется главным образом компоновкой тягового привода. Для трехосных тележек при опорно-рамном подвешивании размер базы 4000 ÷ 4400 мм.

Основными геометрическими параметрами тележки, подлежащими определению являются:

• 
  a - расстояние между осями колесных пар;
  
• 
  n - ориентировочные размеры поперечных скреплений рамы к ее боковинам ;
  
• 
  t - расстояние от оси крайней колесной пары до торца концевой поперечной балки рамы тележки;
  
• 
  l - длина рамы тележки.
  

При согласном расположении ТЭД расстояние между осями колёсных пар определяется по формуле:

(2.1)

960+500+40+1350/2+60=2197 мм,

где с – расстояние от оси колёсной пары до крайней точки носика ТЭД, мм

с =960 мм – при опорно-осевом подвешивании;

п – ширина поперечных скреплений рамы к её боковинам, мм:

п =400 ÷ 500 мм – для конструкции тележки с жестким шкворнем,

п=500÷650 мм – для конструкции тележки с шкворнем допускающим поперечные перемещения,

п=300÷400 мм – для конструкции тележки с маятниковыми опорами;

S– расстояние между гребнем бандажа колёсной пары и поперечным креплением рамы, мм , S=50 ÷ 300 мм;

в – зазор между опорным кронштейном ТЭД и поперечным креплением рамы тележки к её боковинам, мм:

в=40 ÷ 50 мм – при опорно-рамном подвешивании.

a₂ = 2с + n + 2в(2.2)

a₂ = 2*960+500+2*40=2424 мм
База тележки:

2a= a₁+a₂(2.3)

2a= 2197+2424=4621 мм
Расстояние от оси колёсной пары до торца концевого поперечного крепления рамы тележки tопределяется исходя из положения ТЭД:

a) ТЭД повёрнут в сторону концевой балки:

(2.4)

=960+40+60=1022 мм

где l=60 ÷ 250 мм – ширина концевого поперечного крепления рамы тележки;
б) ТЭД повёрнут в сторону, противоположную концевому поперечному креплению:

(2.5)

=960 /2+60+60=600 мм

Длина рамы тележки:

(2.6)

=2197+2424+1022+600=6438 мм
2.2 Определение размеров тепловоза.

Длина локомотива по осям автосцепок устанавливается в процессе его компоновки. Предварительно эта длина определяется, в зависимости от величины мощности дизеля N_е, по эмпирическим формулам:

1. 
   при N_е < 1100 кВт, ;
   
2. 
   при N_е = 1100 ÷ 3000 кВт, ;
   
3. 
   при N_е ≥ 3000 кВт, .
   

₌₁₄₀₀*(10-0,0012*1400)=11650 мм

Окончательно длина локомотива устанавливается с учетом длин тележек и подкузовного оборудования (топливный бак, ящики аккумуляторных батарей и др.).

Соотношение между длиной локомотива L и его жесткой базой L_o, должно удовлетворять условию прохождения тепловоза в кривой радиуса 80 м.

Для тепловозов с трехосными тележками и длиной до 20 м при мощности дизеля до 2200 кВт отношение L_o/L=0,5 ÷ 0,52; в случае применения двухосных тележек L_o/L =0,48; для более мощных локомотивов (N_е > 2200 кВт) с длиной 20 м и более отношение L_o/L =0,57 ÷ 0,6.

L_o/L =0,5 ÷ 0,52.

L_o=5824 мм

3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОВОЗА И КОМПОНОВКА ЭКИПАЖНОЙ ЧАСТИ
Компоновка дизель-генератора
Дизель-генератор 2А-9ДГ (рис. 2) состоит из дизеля типа 2А-5Д49 и синхронного генератора, установленных на общей поддизельной раме и соединенных муфтой пластинчатого типа. Ди­зель 2А-5Д49, созданный на базе двигателя 16ЧН 26/26 мощно­стью 3000 л. с, используемого на тепловозах 2ТЭ116 и 130, яв­ляется его более форсированной модификацией.

Дизель-генератор 2А-9ДГ имеет до 90% узлов и деталей, унифицированных с узлами и деталями дизель-генераторов 1-9ДГ (тепловоз 130), 1А-9ДГ (тепловоз 2ТЭ116), 3-9ДГ (теп­ловоз ТЭ114). При создании дизель-генератора 2А-9ДГ был использован опыт постройки, эксплуатации и ремонта указан­ных дизель-генераторов.

Дизель-генератор удобен в обслуживании и ремонте. Его сборку и разборку производят агрегатами (узлами), что обес­печивает взаимозаменяемость. Высокая надежность и износо­стойкость дизеля обеспечиваются изготовлением деталей из вы­сококачественных материалов, рациональным применением сов­ременных методов химико-термической обработки и поверхност­ного упрочнения деталей с применением качественных по­крытий.

Дизель четырехтактный, V-образный, шестнадцатицилинд­ровый, с газотурбинным наддувом и охладителем наддувочного воздуха.

Дизель-генератор установлен на раме тепловоза на резино-металлических амортизаторах. Рама под дизель и генератор сварная. В емкость поддона заливают 1000 л масла. Подшип­ники коленчатого вала подвесного типа. Коленчатый вал цель­нолитой из высокопрочного чугуна, азотированный. Для умень­шения напряжений, возникающих вследствие крутильных коле­баний в системе (привод вспомогательных агрегатов — колен­чатый вал дизеля — ротор генератора), на переднем конце коленчатого вала установлен комбинированный антивиб­ратор.

Шатунный механизм состоит из главных и прицепных шатунов. Прицепной шатун болтами прикреплен к пальцу, уста­новленному в проушинах главного шатуна.


Рис. 1. Дизель-генератор 2А-9ДГ:
1 — втулка цилиндра; 2 — поршень; 3 — крышка цилиндра; 4 — лоток; 5 — регу­лятор объединенный; б — топливный насос; 7 — выпускной коллектор; 8 — блок цилиндров; 9 — шатуны; 10 — охладитель масла

Водяная система
Назначение. Высокая температура газов, возникающая при сгорании топлива в цилиндрах дизеля, может вызвать рез­кое ухудшение условий смазки трущихся частей и значитель­ные термические напряжения в деталях, если не предусмотреть специального их охлаждения. Для отвода тепла от неподвиж­ных деталей дизеля (втулки цилиндров, выпускные коллекторы и др.) используется система водяного охлаждения. Кроме того, водяная система используется для отвода тепла от смазочного масла, охлаждаемого в водомасляном теплообменнике. Водяная система служит также и для отвода тепла от наддувочного воз­духа, нагревающегося при сжатии, и поэтому включает в себя воздухоохладитель. Охлаждение воды дизеля и наддувочного воздуха происходит в секциях радиаторов, установленных в хо­лодильнике.

В холодное время года горячая вода дизеля используется для обогрева кабины машиниста, нагрева топлива в топливоподогревателе и воды в бачке санузла.

Устройство и работа. Система водяного охлаждения дизеля выполнена замкнутой. Циркуляция определенного объема воды в системе дизель—охлаждающие устройства обеспечивается во­дяными насосами. Для раздельного регулирования температур воды и масла на тепловозе применена водяная система, состо­ящая из двух самостоятельных контуров циркуляции: контура охлаждения дизеля и контура охлаждения масла и наддувоч­ного воздуха (рис.3).



Рис. 2. Схема водяной системы

1— дизель; 2 — бак санузла; 3 — теплообменник водомасляный; 4, 9, 13 — пробки для слива воды; 5, 44, 56 — краны; 6 — холо­дильник наддувочного воздуха; 7, 10, 15, 17, 20, 22, 24, 25, 27, 28, 32, 33, 41, 46, 47, 48, 51, 52, 53, 54, 55 — вентили; 8, 14 — насосы первого и второго контуров циркуляции; 11, 16, 45 — патрубки гибкие; 12 — головка соединительная; 18, 42 — карманы для ртутных термометров; Т9, 43 — водовоздушные секции первого контура циркуляции; 23 — калориферы отопления кабин машиниста; 26 — топливоподогреватель; 29 — клапан предохранительный; 30 — бак наполнительный; 31 — стекло водомерное; 36, 37, 38 — шту­цера для установки датчиков электротермометров соответственно второй секции, заднего и переднего пультов первой секции; 39, 40 — штуцера для установки датчиков температуры воды на выходе нз дизеля; 49 — горловина бака; 50 — паро-воздушные трубки; Л, Б — соответственно пульты передней и задней кабин

В первом контуре вода, охлаждающая дизель, включая втул­ки цилиндров, газовыпускные коллекторы и турбокомпрессор, отдает тепло воздуху, проходящему через водовоздушные сек­ции 19 и 43 охлаждающего устройства. Во втором контуре во­да, охлаждающая масло дизеля в двух симметрично располо­женных на дизеле водомасляных теплообменниках 3 и надду­вочный воздух в водовоздушном холодильнике 6, отдает тепло воздуху, проходящему через водовоздушные секции 21. Каж­дый контур циркуляции обслуживается своим водяным лопаст­ным насосом.
Приводы вспомогательных агрегатов
Привод тормозного компрессора типа ПК-5,25 приводится от электродвигателя постоянного тока ЭКТ-3 посредством вту-лочно-пальцевой муфты 2 (рис. 4), состоящей из полумуфт 10 и 13, изготовленных из стали 40. Их конусные посадочные поверхности (1:10) проверяют калибрами, согласованными с соответствующими конусными хвостовиками валов электродви­гателя и тормозного компрессора. Прилегание по краске дол­жно быть равномерным и составлять не менее 75% сопрягае­мой поверхности.

Упругим элементом муфты являются шесть резиновых вту­лок. Шесть ведущих пальцев 12, изготовленных из стали 45, имеют конусную часть в месте соединения с полумуфтой 10. Сопрягаемые конусные поверхности пальца и полумуфты так­же проверяют калибрами. Прилегание по краске не менее 75%. В собранном положении пальцы не должны отличаться между собой по длине подвтулочной части больше чем на 0,6 мм.


Рис. 3. Привод тормозного компрессора:
1 — электродвигатель; 2 — муфта; 3 — компрессор; 4 — опоры; 5, 8 — регулировочные прокладки; 6, 7 — контрольные штифты; 9 — клиноременный привод вентилятора;

10, 13 — полумуфты; 11 — втулка упругая; 12 — палец
Комплект пальцев, упругих втулок, собранных с полумуфтой 13, должен свободно входить в полумуфту 10 при различном взаимном положении. Полумуфта 10 имеет фланец, выполнен­ный в виде шкива для привода 9 вентилятора компрессора.

Компрессор устанавливают на специальные опоры 4, при­варенные к шкворневой балке. Перед окончательной установ­кой компрессора последний центрируют относительно электро­двигателя. Для центровки предусмотрены прокладки 5 и 8 толщиной 0,5—1 мм, но не более 4 шт. под каждый агрегат. При центровке допускаются смещение и излом осей валов соот­ветственно не более 0,2 и 0,3 мм на радиусе 150 мм. После центровки положение компрессора и электродвигателя фикси­руется коническими штифтами 6 и 7.

Валопровод от дизель-генератора к редуктору гидронасо­сов (рис. 5), Напрессованный на вал дизеля фланец 14 сое­динен с фланцем шлицевого вала посредством двадцати двух упругих дисков 5 толщиной 0,5 мм из стали марки ЗОХГСА-Ш (ГОСТ 1542—71), которые образуют вместе пла­стинчатую муфту. Аналогичным образом соединен фланец 3 на валу редуктора гидронасосов со шлицевым фланцем 11 валопровода. Фланцы и другие диски соединены шестью болтами 4, которые ставятся с натягом 0,01 мм, обеспечиваемым подбором болтов. Фланец 10 и вал // образуют шлицевое соединение. Заедания в шлицевом валу не допускаются. Шлицы сопрягае­мых деталей закаляют током высокой частоты.

Собранный валопровод перед постановкой на тепловоз ба­лансируют динамически. Допустимый небаланс 60 гсм на каж­дом конце. Полость должна быть заполнена смазкой ЖРО (ТУ 32 ЦТ-520—73).



Рис.4. Валопровод от дизеля к редуктору гидронасосов:
1 — дизель-генератор; 2 — редуктор гидронасосов; 3, 10, 14 — фланцы; 4 — болт; 5 — диск; б, 13 — шайбы; 7, 9 — заглушки; 8 — пресс-масленка; 11 — шлицевой фла­нец (вал); 12 — сальник

Тележки

Кузов тепловоза ТЭП70 опирается на две одинаковые по конструкции трехосные тележки.

Тележка с опорно-рамным подвешиванием тяговых электродвигателей, с двумя центральными главными опорами маятникового типа 4 имеет замкнутую, сварную из штампованных и литых элементов раму 1, сбалансированное рессорное подвешивание первой ступени, включающее цилиндрические пружины 18, 19, листовые рессо­ры 15, буксовые 16 и рессорные 17 балансиры. Ко второй сту­пени подвешивания относятся резиновые 5 конические аморти­заторы главных центральных опор и пружинные боковые опоры кузова 7, передающие половину массы кузова с оборудованием тележке. В качестве гасителя от боковой качки используют трение втулок 8 и 9 при вертикальном относительном смеще­нии рамы тележки и кузова. Следовательно, рессорное подве­шивание для боковой качки более мягкое, чем для продольного колебания.

Статический прогиб первой ступени рессорного подвешива­ния 94 мм, боковых опор 98 мм. Тяговые и тормозные силы от колесной пары раме тележки передают буксовые поводки 12 и 13, а от рамы тележек кузову — через упоры, установленные в средней части центральных маятниковых опор.

Буксы 10 и 14 поводкового типа. Валики 11, соединяющие поводки с буксой и рамой тележки, установлены в резиновые втулки, что практически устраняет возможность перемещения в продольном направлении и допускает вертикальное переме­щение букс.

Тяговый электродвигатель подвешен к раме тележки через резиновые амортизаторы. Механизм передачи тягового момен­та от якоря тягового электродвигателя к колесам оставлен тем же, что на тепловозе ТЭП 60, т.е. полый вал и две шарнирно-поводковые муфты


Рис.5. Колесно-моторный блок:
1— колесная пара; 2 — полый вал с приводами; 3 — моторно-осевые подшипники; 4 — тяговый электродвигатель; 5 — кожух редуктора; 6 — шарнирно-поводковая муф­та; 7 — ведущая шестерня; 8 — ведомая шестерня; 9 — кронштейн подвески тягового электродвигателя к раме тележки

В связи с тем что основные узлы и детали тележки примене­ны с тележки тепловоза ТЭП60, конструкция которых подробно изложена в книге «Пассажирский тепловоз ТЭП60», в настоя­щем разделе рассматриваются в основном узлы или вопросы, не получившие отражения в названной книге.Тележка тепловоза может быть разделена на следующие основные группы: колесно-моторный блок, рама тележки, под­вешивание массы локомотива относительно колесных пар, пере­дача тягового и тормозного усилий от колесной пары кузову, рычажная передача и трубопровод тормоза.
Рама тележки (рис.7)

Состоит из двух продольных боко­вин 1, соединенных сваркой поперечными двумя шкворневыми 8 и двумя концевыми 11 и 14 балками. Основные силовые эле­менты рамы выполнены коробчатого сечения из штампован­ных из стали 20 листов, у которых толщина основных листов 10 мм. Концевые поперечные балки соединены с боковинами литыми угольниками, отличающимися от угольников рам теле­жек тепловоза ТЭП60 размерами.

Увеличение диаметра колеса до 1220 мм вызвало увеличе­ние длины рамы, тогда как размеры между осями колесных пар 2400 и 2200 мм сохранены такими же, как у тележки теп­ловоза ТЭП60.

Боковины рамы / сварены из шести корытообразных эле­ментов, полученных штамповкой из листовой стали 20 толщи­ной 10 мм. Продольные элементы сваривают двусторонним швом.

Длинные 4 и короткие 2 стойки для соединения поводками букс с рамой тележки отлиты из стали 20ЛИ и приварены стыковой сваркой со штампованными листами боковин. Свар­ные швы в основных узлах соединения литых кронштейнов с листами половин боковин подвергают рентгеноконтролю. Поло­вины боковин с приваренными кронштейнами и фланцами сва­ривают продольным швом, образуя балку коробчатого сечения. К боковине приварены платики 6 для крепления тормозных цилиндров, ограничителей отклонения кузова 3, деталей для крепления рычажной передачи тормоза 15, 16, 17, 18 и крон­штейны боковых опор кузова 5.

Шкворневые балки, расположенные между осями колесных пар, сварены из двух штампованных листов из стали 20 тол­щиной 12 мм. Продольное сечение шкворневых балок специ­ального профиля: средняя часть коробчатого прямоугольного сечения, а концевые части выполнены цилиндрическими диа­метром 260 мм. Концы балок обтачивают на диаметр 256 мм. В средней части балок к нижней полке приварен лист толщи­ной 13 мм, а к боковым — лист толщиной 10 мм. Эти листы усиливают среднее сечение балки и служат основой для при­варки к ним деталей крепления кронштейнов подвешивания тяговых электродвигателей 12, 13.




Рис 6. Рама тележки

1 — боковина рамы; 2 — короткая стойка поводка буксы; 3 — платнк ограничителя отклонений кузова; 4 — длинная стойка поводка буксы; 5 — кронштейн боковой опо­ры кузова; б — платнк крепления тормозного цилиндра; 7 — стакан опоры кузова; 8 — шкворневая балка; 9 — фланец крепления шкворневой балки; 10 — опора амор­тизатора листовой рессоры; 11 — концевая балка передняя; 12 — кронштейн опоры гяговых двигателей двойной; 13 — кронштейн опоры тягового электродвигателя оди­нарный; 14 — концевая балка задняя; 15, 16, 17, 18 — детали для крепления рычаж­ной передачи тормоза; 19 — угольник литой, соединяющий боковину с концевыми по­перечными балками; 20 — фланцы крепления кронштейнов подвешивания тяговых электродвигателей к концевым балкам
В средней части шкворневой балки имеется отверстие, в ко­торое вваривают стальной литой стакан 7. Цилиндрическими частями балки вставляют в отверстия боковин и приваривают к наружным боковым стенкам боковин и к фланцам 9, прива­ренным к внутренним половинам боковин. В нижней средней части к наружному листу боковины и фланцу 9 приварена опо­ра амортизатора листовой рессоры 10,

Концевые балки сварены продольным швом из корытооб­разных штампованных листов из стали 20 толщиной 10 мм. С боковинами концевые балки соединены стальными литыми угольниками. Передняя концевая балка 11 имеет большой про­гиб средней части из-за расположения ее при сборке теплово­за под стяжным ящиком рамы кузова.

Боковины, шкворневые и концевые балки с приваренными к ним деталями до механической обработки проходят терми­ческую обработку для снятия напряжения. Клиновые пазы в кронштейнах для соединения с буксовыми поводками 2 и 4 об­рабатывают на станке после окончательной сварки рамы. Фор­ма литых кронштейнов в местах, где сварное соединение дела­ют встык со штампованным листом, предусматривает на мак­симально возможной длине плавное изменение жесткости уз­ла. К шкворневым и концевым балкам крепят кронштейны под­вешивания тяговых электродвигателей. Последние подвешены к раме тележки в трех точках (рис.8).

Со стороны моторно-осевых подшипников к остову тягово­го электродвигателя при помощи восьми болтов прикреплен литой кронштейн 2, который через опору 6, обойму 8 и резино­вые амортизаторы 9 я 10 опирается на одинарный кронштейн Uболтами прикрепленный к поперечной балке рамы тележки. Между опорой 6 и обоймой 8 установлены регулировочные про­кладки 7. Схема расположения тягового электродвигателя на тележке определила, что для первого и третьего электродви­гателей одинарный кронштейн закреплен к концевым, а для второго — ко второй шкворневой балке рамы тележки. Две другие точки крепления (подвешивания) электродвигателя к ра­ме тележки расположены на противоположной стороне остова. Конструктивно опоры тягового электродвигателя выполнены в виде двух литых лап, изготовленных в отливке остова, которыми электродвигатель через опору и обойму опирается на резиновые амортизаторы 14 и 15, установленные на двойной литой крон­штейн 3, болтами прикрепленный к двойному кронштейну 4 шкворневой балки рамы тележки. Крепление кронштейнов к шкворневым балкам рамы тележки необходимо производить динамометрическим ключом. Болты крепления кронштей­нов изготовляют по чертежу с высокими требованиями к каче­ству и геометрии. При этом особое внимание обращают на увеличенный (до 3 мм) радиус перехода от стержня к головке болта и перпендикулярность плоскости прилегания головки. Для гашения высокочастотных вибраций в узлах подвеши­вания (крепления) тяговых электродвигателей к раме тележки имеются резиновые амортизаторы, выполненные в виде блоков, состоящих из двух плоских металлических колец, между которыми размещены резиновые прокладки. Кроме того, в узлах крепления тяговых электродвигателей установлены стальные шайбы толщиной 2—3 мм для регулирования положения поло­го вала относительно оси колесной пары. Подвешивание тяго­вого электродвигателя на раму тележки, а следовательно, и по­ложение полого вала относительно оси регулируют;

а) в продольном направлении тележки прл помощи прокла­док 5 и 13 между вертикальным фланцем кронштейнов и рамой тележки или в отдельных случаях строжкой привалочных флан­цев самих кронштейнов, но не более чем на 1 мм. Смещение осей колесных пар от номинальных размеров (2200 и 2400 мм) допускается не более ±0,5 мм;

б) в вертикальном положении постановкой прокладок (шайб) 7 и 16 между обоймой, устанавливаемой на аморти­затор, и опорами 6 и 17 кронштейна или лапы тягового элект­родвигателя. Точность установки контролируют сравнением размеров зазора между пальцами привода полого вала и от­верстиями для них в колесном центре. Отклонение от номи­нального размера (40 мм) допускается не более ±2 мм. В про­цессе эксплуатации необходимо следить за изменениями этих зазоров, нарушение которых, особенно на новых или вновь по­ставленных амортизаторах, может происходить из-за обмина деталей, входящих в узлы подвешивания электродвигателя;

в) в поперечном направлении тележки относительное поло­жение тягового электродвигателя и колесной пары при помощи установки кронштейнов крепления электродвигателя. Несовпа­дение середины колесной пары с продольной осью тележки до­пускается не более 0,5 мм. Точность установки контролируют сравнением размеров на левой и правой стороне колесной пары между внутренней гранью бандажа и наружным торцом привода полого вала. Окончательный контроль подвешивания электро­двигателя производят на прямом горизонтальном участке пути под рабочей нагрузкой после обкатки тепловоза.



Рис. 7. Подвешивание третьего тягового электродвигателя к раме тележки:

1 — кронштейн опорный; 2 — кронштейн крепления электродвигателя; 3 — крон­штейн опорный двойной; 4 — двойной кронштейн; 5, 7, 11, 13, 16 — прокладки регули­ровочные; 6, 17-опоры; 8 — обойма; 9, 10, 14, 15 — амортизаторы; 12 — болт креп­ления кронштейна тягового электродвигателя

4. ВЫБОР СХЕМЫ И РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ
Перед расчетами необходимо привести схему рессорного подвешивания, согласно которой перечислить упругие элементы, подлежащие расчету на прочность. Как правило, в состав рессорного подвешивания входят: рессоры, пружины и резиновые амортизаторы.

При расчетах на прочность с учетом действующих на элемент силовых факторов, по допускаемым напряжениям, определяют геометрические свойства упругого элемента. В данном пункте раздела необходимо статический прогиб элемента f_i.
4.1Расчет на прочность листовой рессоры

Статическая нагрузка действующая на рессору определяется по формуле:

(4.1)

кН,

где 2П – нагрузка на ось, кН;

q– неподрессоренный вес, приходящийся на одну колесную пару, кН:

q= 45 кН – при опорно-осевом подвешивании ТЭД.

Динамическая нагрузка определяется из выражения:

(4.2)

кН,

где – коэффициент вертикальной динамики, определяемый по формуле:

, (4.3)



где v_к – конструкционная скорость тепловоза, км/ч;

- номинальный статический прогиб рессорного подвешивания, мм.

Основные размеры листовой рессоры определяются по допустимым напряжениям изгиба при статической нагрузке [_и] _доп = 550 ÷ 650 МПа. Рессору рассматривают как балку постоянной толщины равного сопротивления изгибу.

Общее число листов в рессоре определяется исходя из соотношений между допускаемым напряжением изгиба, изгибающим моментом М и моментом сопротивления W одного листа:

. (4.4)

Таким образом общее число листов в рессоре определится из выражения:

(4.5)



n:=11

Изгибающий момент:

(4.6)

кН*м,

где l – длина рессоры, м.

Момент сопротивления:

(4.7)

м³,

где b – ширина рессоры, м;

h – толщина листа, м.

Общее число листов рессоры складывается из числа коренных ее листов n_к = 2-3 и числа листов ступенчатой части n_с:

n = n_к + n_с

n_с=8

Рессоры проверяются по допускаемому напряжению изгиба при динамической нагрузке [_и] _max = 1000 МПа, при этом учитывается виляние хомута по формуле:

(4.8)

МПа

Рессора удовлетворяет условию прочности при динамической нагрузке, если . 968,4<1000

Статический прогиб листовой рессоры, определяется для оценки ее деформации, по формуле:

, (4.9)

где Е = 2,05*10⁵ МПа – модуль упругости для стали;

а – ширина хомута рессоры, м;

2. 
   Расчет на прочность пружины
   

Статическая нагрузка действующая на пружину определяется по формуле:

(4.10)

кН

определяется по формулам (4.2) и (4.3), откуда =21,5 кН

Основные размеры цилиндрической пружины определяют по допустимым касательным напряжениям при динамической нагрузке [] _доп = 650 МПа.

Диаметр прутка определяется из уравнения прочности пружины:

(4.11)

МПа

откуда

м (4.12)

мм

где D – диаметр пружины, м;

К – коэффициент, учитывающий увеличение касательного напряжения в

сечении на внутренней поверхности витка пружины; принять К = 1,3.

Число рабочих витков определяется из уравнения деформации пружины:

, (4.13)

откуда

, (4.14)



где – прогиб пружины равный нормативному, м;

G= 8*10⁴ МПа – модуль сдвига для стали.

Общее число витков пружины складывается из числа опорных ее витков n_оп = 1.5 и числа рабочих витков части n_р:

n = n_оп + n_р

п=1,5+9,023=10,523
4.3 Расчет на прочность резинового амортизатора

В данном разделе необходимо по результатам расчетов резинового амортизатора на прочность подобрать материал (резину) его, который по своим свойствам обеспечит допустимую деформацию амортизатора

Напряжение сжатия:

(4.15)

МПа

где D – наружный диаметр амортизатора, м;

d – внутренний диаметр амортизатора, м;

- статическая нагрузка на резиновый амортизатор = .

Расчётный модуль упругости находим по формуле:

E_p= / (4.16)

E_p=0,87/0,1=8,7 МПа,

где  – коэффициент деформации амортизатора,  = 0,1.

Коэффициент формы, представляющий отношение площади опорной поверхности (одной) амортизатора к его полной боковой поверхности (поверхность выпучивания):

Φ , (4.17)

Φ

где Н – высота амортизатора, м.

Действительный модуль упругости резины определяется по формуле:

E

E МПа
Модуль сдвига резины:

G_p =Е/3 (4.19)

G_p = 1,535/3=0,512 МПа.
Число твердости по Шору:

h (4.20)
h

По полученной величине числа твёрдости резины и величине напряжения сжатия необходимо подобрать марку резины с описанием ее характеристик/1,2/.

Резина марки 7-1847

твердость по Шору :42.5

модуль упругости: 1.7 Мпа

модуль упругости при сдвиге: 0.48 Мпа

коэффициент Пуассона: 0.492

сопротивление разрыву: 18 Мпа

относительное удлинение при разрыве: 675%

температурный интервал работоспособности: -50 - +80

Статический прогиб резинового амортизатора из условия его долговечности определится из выражения:

(4.21)

м

где Н – высота амортизатора, м.
4.4 Определение статического прогиба рессорного подвешивания

Статический прогиб показывает величину осадки упругих элементов под действием статической нагрузки. В зависимости от схемы нагружения рессорного подвешивания, его статический прогиб определяется с учетом статических прогибов упругих элементов.

Рессорное подвешивание, как известно, разделяется по ступеням: первая ступень (букса колесной пары – рама тележки) и вторая ступень (рама тележки - кузов). Общий статический прогиб рессорного подвешивания складывается из прогибов данных ступеней:

f_ст= f_ст1



f_n1=(4.91+4*0.136)/(36*4.91+0.136)=0.028

5.Геометрическое вписывание тепловоза в кривые
Для того чтобы обеспечивать движение локомотива по кривому участку пути, приходится учитывать особенности такого движения как при укладке пути, так и при конструировании локомотивного экипажа. При большой жёсткой базе локомотива может произойти заклинивание гребней бандажей внутри рельсовой колеи кривых малого радиуса. Для того чтобы этого не произошло кривые малого радиуса укладывают с увеличенной шириной колеи.

Для облегчения вписывания локомотивного экипажа в кривые малого радиуса применяют поворотные тележки и делают осевые разбеги колёсных пар.

Для оценки целесообразности применения мероприятий, обеспечи­вающих прохождение локомотива по кривым, необходимо прежде всего рассмотреть геометрические соотношения между размерами рельсовой колеи и локомотивного экипажа. Решение этих вопросов составляет предмет расчётов, называемых геометрическим вписыванием в кривые.

Из-за различия в размерах кривой, базы экипажа и зазора в кривой, применение обычного масштаба для решения задач геометрического вписывания графическим способом невозможно. Чтобы использовать графический метод вписывания, приходится прибегать к специальным приёмам.

Если для поперечных и продольных направлений выбрать различные, не связанные друг с другом масштабы, то окружность, изображающая круговую кривую рельсовой колеи, преобразуется в эллипс, который на участке, где вписывается локомотив (у вершины эллипса), с большой степенью точности может быть заменен параболой. Этот способ вписывания называется параболическим.
Порядок вписывания.

1. Вычерчивается база локомотива в масштабе m_x=1:n, причём можно принять п равным 25÷50.

2. Находят ординаты рельсовых путей. Ординаты наружного рель­са определяют по формуле:

, (5.1)



где х - текущие абсциссы базы локомотива (чертежные), заданный радиус кривой, мм;

R_Г – заданный радиус кривой, мм;

m_y- масштаб по вертикали, который обычно принимают равным 1:1 или 1:2.

Для более точного построения параболы необходимо брать больше значений х. Расчёт координат точек параболы свести в табл. 7.