1.5. Содержание отчета

В отчет должны быть включены:

– описание условий работы и классификация колесных пар;

– чертеж и описание устройства колесных пар электровозов ВЛ10, ВЛ80 и ЧС2 и электропоездов ЭР;

– назначение, описание условий работы осей колесных пар и способов их изготовления;

– чертеж и описание устройства унифицированных колесных пар электровозов ВЛ10, ВЛ60, ВЛ80;

– описание условий работы и нагрузок, которым подвергается колесный центр;

– чертеж и описание колесного центра электровозов ВЛ10, ВЛ80;

– чертеж и описание основных параметров, технологии изготовления и профиля бандажа.

2. Методика расчета колесной пары (практическое занятие 3)

Цель занятия: изучить методику расчета колесной пары.

2.1. Краткие теоретические сведения

Ось колесной пары рассчитывают на прочность и сопротивление усталости. При расчете на прочность в качестве неблагоприятного режима рассматри­вают движение в кривой при максимальной скорости. При этом принимают во внимание статические и динамические нагрузки от подрессоренной части, непогашенную центробежную силу, ветровую нагрузку, горизонтальные поперечные силы взаимодействия колесной пары с рельсами и рамой тележки, силы, связанные с работой тяговых двигателей, и силы инерции неподрессоренных масс.

Схема нагрузок, приложенных к оси при опорном подвешивании тяговых электродвигателей и двухсторонней зубчатой передаче, представлена на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 Расчетная схема нагружения оси колесной пары

Нагрузки на внешнюю Р' и на внутреннюю Р" по отношению к кривой шейки определяются по формулам:

где и – статическая нагрузка от веса обрессоренной части;

и – динамические составляющие колес колесной пары от колебаний надрессоренного строения, определяемые по выражению

где – коэффициент динамической составляющей вертикальных сил, ;

P_w, Р_с - нагрузки на буксовые шейки от действия ветра и непогашенной центробежной силы,

где S - площадь боковой поверхности подрессоренного строения;

– интенсивность давления ветра, ;

– высота точки приложения равнодействующей силы ветра;

– расстояние между серединами буксовых шеек;

где – высота приложения центробежной силы, м;

– скорость локомотива;

– радиус кривой, м;

– возвышение наружного рельса, ;

2S – расстояние между кругами катания колес, м;

Р – вес электровоза, кН.

Сила инерции буксового узла

где – масса буксового узла;

– вес буксового узла;

– коэффициент вертикального ускорения буксы, .

Сила, передающаяся от зубчатых колес оси колесной пары,

где – касательная сила тяги, развиваемая одной колесной парой;

– диаметр одной колесной пары по кругу катания;

– радиус зубчатого колеса.

Направление силы зависит от направления движения локомотива. Более неблагоприятным является случай, когда сила направлена вверх, а колесная пара находится впереди тягового двигателя.

Сила, действующая на ось через моторно-осевые подшипники:

где – составляющая реакции, передающейся от зубчатого колеса ведущей шестерне;

, – составляющая веса и силы инерции тягового двигателя соответственно, кН

где L - расстояние от оси колесной пары до оси подвешивания тягового двигателя, м.

Боковое давление рельса набегающего колеса

где – горизонтальная поперечная сила, передающаяся колесной паре от рамы тележки, кН,

где – нагрузка от колесной пары на рельсы, кН;

– коэффициент рамной силы, .

Поперечная сила инерции колесной пары, возникающая при прохождении горизонтальных неровностей пути,

где – вес необрессоренных частей, отнесенных к одной оси, кН;

- коэффициент горизонтального ускорения колесной пары,

Поперечная составляющая силы трения внутреннего колеса о рельс

где – коэффициент трения колеса о рельсы, .

Вертикальная реакция наружного рельса определяется из условий равновесия колесной пары и будет рассмотрена на практическом занятии

В горизонтальной плоскости ось испытывает изгиб от действия силы тяги, которая создается в опорных точках движущих колес на рельсы и передается на ось в плоскости движущих колес. Кроме того, на нее действуют реакции со стороны рамы, приложенные к серединам буксовых шеек.

Максимальное значение силы тяги по условиям сцепления определяется по формуле:

где – коэффициент сцепления,

Н а ось действуют изгибающие моменты в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а на участке между колесами — крутящий момент ,

По третьей теории прочности расчетный момент

Д ля оценки статической несущей способности оси принимают допускаемое напряжение [σ] = 110120 мПа, либо находят коэффициент запаса прочности:

При для осевой стали .

Таблица 2.1 – Исходные расчетные данные

Наименование параметра	Обозначение	Значение
1	2	3
1. Нагрузка от оси на рельсы, кН		230
2. Статическая нагрузка от веса обрессоренной части, кН		210
3. Статическая нагрузка от веса обрессоренной части на одну буксовую шейку, кН		105
4. Высота точки приложения силы ветра, м		2,0
5. Площадь боковой поверхности надрессоренного строения электровоза, м	S	50
6. Расстояние между серединами буксовых шеек, м		2,136
7. Высота точки приложения центробежной силы, м		2,7
8. Скорость электровоза, км/ч		100
9. Радиус кривой R, м	м	650
10. Вес одной секции электровоза, кН		920
11. Диаметр движущих колес, м		1.25
12. База подвески тягового двигателя, м	L	1,2
13. Радиус большого зубчатого колеса, м		0,490

Таблица 2.2 – Расчетные формулы усилий и моментов.