Шилер-9.75
.pdf
3. РАСЧЕТ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ЭЛЕКТРОВОЗА НА ПРОЧНОСТЬ (практические занятия 4, 5)
Ц е л ь з а н я т и й: научиться рассчитывать колесную пару электровоза на прочность.
3.1. Исходные расчетные данные |
|
||||
Нагрузка от оси на рельсы 2Пст , кН…………………………... |
230 |
||||
Статическая нагрузка от веса обрессоренной части, кН……... |
210 |
||||
Статическая нагрузка от веса обрессоренной части на одну |
|
||||
буксовую шейку P ст , кН…………………………...................... |
105 |
||||
Высота точки приложения силы ветра h W , м…………………. |
2,0 |
||||
Площадь боковой поверхности надрессоренного строения |
|
||||
электровоза S , м………………………………........................... |
50 |
||||
Расстояние между серединами буксовых шеек l0 , м…………. |
2,136 |
||||
Высота точки приложения центробежной силы h g , м……….. |
2,7 |
||||
Скорость электровоза |
, км/ч………………………………….. |
100 |
|||
Радиус кривой R , м……………………………………………... |
650 |
||||
Вес одной секции электровоза, кН…………………………….. |
920 |
||||
Расчетная сила тяги одной колесной пары для электровоза |
|
||||
постоянного тока Fк.п. , кН, |
|
|
|
||
Fк.п. 2Пст к |
2Пст (0, 28 |
|
3 |
0,0007 ) , |
(3.1) |
|
|
||||
|
20 |
||||
|
50 |
|
|
||
Диаметр движущих колес Dк , м……………………………….. |
1,25 |
||||
База подвески тягового двигателя L , м………………………... |
1,2 |
||||
Радиус большого зубчатого колеса Rз , м……………………... |
0,49 |
||||
3.2. Определение основных расчетных параметров
Определение основных расчетных параметров представим в виде табличных данных (табл. 3.1 – 3.3).
20
Т а б л и ц а 3.1
Расчетные усилия
Наименование параметра |
Символ |
|
|
Расчетная формула |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нагрузка на внешнюю шейку оси ко- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лесной пары по отношению к кривому |
P |
Р |
Рст |
|
Рдв |
|
|
|
|
Рс |
|
РW |
|
РU |
||||||||||||||||
участку пути, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нагрузка на внутреннюю шейку оси |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
колесной пары по отношению к кривой |
P |
Р |
|
Рст |
|
Рдв |
|
|
|
Рс |
|
РW |
|
РU |
||||||||||||||||
шейки, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Динамические составляющие колес ко- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лесной пары от колебаний надрессорен- |
Pдв , Pдв |
|
|
|
|
|
Рдв |
|
|
|
|
kдв Рст |
|
|
|
|||||||||||||||
ного строения, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Горизонтальная сила от действия вет- |
P |
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
WhW |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ра, Н |
W |
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
l0 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Сила действия ветра, Н |
W |
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
qв S |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Нагрузка на буксовые шейки от дейст- |
Pc |
|
|
|
|
|
|
Pс |
|
|
|
|
C hс |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
вия непогашенной центробежной силы, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l0 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|||
Сила непогашенного ускорения, Н |
C |
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
gR |
|
|
|
|
|
2S |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Сила инерции буксового узла, Н |
P |
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
m |
|
|
|
g |
|
j |
|
|
|
||||||||||
U |
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Сила, передающаяся от зубчатых колес |
P2 |
|
|
|
|
|
P2 |
|
|
|
Fк.п Dк |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
на ось колесной пары, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4Rз |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Сила, действующая на ось колесной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пары через моторно-осевые подшип- |
Р |
3 |
|
|
Р |
|
R |
A |
|
|
|
|
|
P |
|
|
Р |
|||||||||||||
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
3 |
|
|||||||||||
ники, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Реакция ведущей шестерни, Н |
RА |
|
|
|
RА |
|
Fк.п Dк |
|
|
|
L |
|
|
R3 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
4R3 |
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Составляющая веса тягового двигателя, |
Р3 |
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
Pт.д |
|
|
|
|
|
|
||||||||
опирающаяся на ось колесной пары, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Сила инерции тягового двигателя, Н |
Р3 |
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
Рт.д j |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
4 |
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Сила, действующая на ось колесной |
|
|
Р3 |
|
|
Fк .п Dк L Rз |
|
Pт.д |
||||||||||||||||||||||
P3 , P3 |
|
|
4Rз |
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
4 |
|
|||||||||||||
пары через моторно-осевые подшип- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
Pт.д jy |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ники, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
4 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21
|
|
О к о н ч а н и е т а б л. 3.1 |
|||||||||
1 |
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
Боковое давление рельса набегающего |
Y |
|
|
Y |
Yр |
|
Yi |
|
F1 |
|
|
колеса, Н |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Горизонтальная поперечная сила, пере- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дающаяся колесной паре от рамы тележ- |
Yр |
|
|
Yр |
2Пст |
kh |
|
|
|||
ки, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поперечная сила инерции колесной па- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ры, возникающая при прохождении гори- |
Yi |
|
|
Yi |
|
Рн |
jh |
|
|
||
зонтальных неровностей пути, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поперечная составляющая силы трения |
F |
|
|
F1 |
2Пст |
fтр 0, 5 |
|
||||
|
|
|
|
||||||||
внутреннего колеса о рельс, Н |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Максимальное значение силы тяги ко- |
Fк |
|
F |
2Пст |
|
|
П |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
ст |
|
к |
|||
лесной пары по условиям сцепления, Н |
|
|
к |
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
0, 28 |
|
|
3 |
|
|
0,0007 |
||
Коэффициент сцепления. |
|
к |
50 |
20 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
к |
|
|
|
|
|
|
|||||
Крутящий момент, действующий на |
|
|
|
|
|
|
Fк |
Dк |
|
|
|
ось колесной пары на участке между ко- |
М кр |
|
|
Мкр |
|
|
|
|
|||
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||
лесами, Н·м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчетный момент по третьей теории |
MпрIII |
M |
|
M в |
2 |
M г |
2 |
M 2 |
|||
прочности, Н·м. |
прIII |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кр |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент запаса прочности. |
n |
|
|
n |
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
|
Проведем расчет моментов, изгибающих ось в вертикальной и горизон- |
|||||||||||
тальной плоскостях. Результаты расчета представлены в табл. 3.2.
Т а б л и ц а 3.2
Расчет изгибающих моментов в сечениях оси колесной пары
|
Силы, дейст- |
Расстояние |
|
|
|
от точки при- |
|
||
|
вующие |
|
||
Сечение |
ложения рас- |
Изгибающий момент, кН·м |
||
на расчетные |
||||
|
четного сече- |
|
||
|
сечения, кН |
|
||
|
ния, м |
|
||
|
|
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
Изгибающий момент в вертикальной плоскости |
|||
1 – 1 |
Р |
l1 |
M1в P l1 |
|
|
|
22 |
|
|
О к о н ч а н и е т а б л. 3.2
|
1 |
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
2 – 2 |
Р |
|
l2 |
|
|
|
|
M 2в |
|
|
|
P l2 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
3 – 3 |
Р |
|
l3 |
|
|
|
|
M 3в |
|
|
|
P l3 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
3 – 3 |
Y |
0, 5Dк |
|
M3в |
P l3 |
Y |
Dк |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
Р |
|
l3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dк |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
M 4в |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
4 – 4 |
Y |
0, 5Dк |
P l4 |
Y |
|
|
|
S1 l4 |
l3 |
|||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
S1 |
l4 |
l3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Р |
|
l3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Dк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M5в |
P l5 |
Y |
|
|
|
|
|
|
S1 l5 |
l3 |
|||||||||
|
|
Y |
0, 5Dк |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
5 – 5 |
2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
S1 |
l5 |
l3 |
P2 |
l5 |
l4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
P2 |
l5 |
l4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Р |
|
l3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Dк |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
M 6в |
P l6 |
Y |
|
|
|
|
S1 l6 |
l3 |
|||||||||||
|
|
Y |
0, 5Dк |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
6 – 6 |
2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
S1 |
l6 |
l3 |
P2 |
l6 |
l4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
P2 |
l6 |
l4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
l3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Y |
0, 5Dк |
M в |
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
P |
l |
Y |
|
|
|
к |
|
S |
l |
l |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
7 – 7 |
S1 |
l7 |
l3 |
7 |
|
7 |
|
2 |
|
|
|
|
1 |
7 |
3 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
P |
l |
7 |
l |
4 |
P2 l7 |
l4 |
P3 l7 |
l6 |
|
|
|
||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
P3 |
l7 |
l6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
l3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Y |
0, 5Dк |
|
|
|
|
|
|
Dк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
M8в |
P l8 |
Y |
|
S1 l8 |
l3 |
|||||||||||
|
|
S |
l |
8 |
l |
3 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
8 – 8 |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
P2 |
l8 |
l4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
P2 |
l8 |
l4 |
P3 l8 |
l6 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
P3 |
l8 |
l6 |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изгибающий момент в горизонтальной плоскости
1 – 1 |
Fк |
l1 |
|
M1 |
Fк l1 |
|
|
2 – 2 |
Fк |
l2 |
|
M 2 |
Fк l2 |
|
|
|
|
|
|
M г |
M г |
M г |
M г |
3 – 3 и т. д. |
Fк |
l |
|
3 |
4 |
5 |
6 |
3 |
M г |
M г |
F |
l |
|||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
7 |
8 |
к |
3 |
Рассчитаем результирующие моменты в оси колесной пары и определим их действующие значения (табл. 3.3).
23
Т а б л и ц а 3.3
Расчет результирующих моментов в сечениях оси колесной пары и напряжений
|
Верти- |
Горизон- |
Кру- |
Резуль- |
Диа- |
|
|
|
||
|
тирую- |
Момент |
Напря- |
|||||||
|
кальный |
тальный |
тящий |
метр |
||||||
Сече- |
щий |
сопро- |
жение |
|||||||
момент |
момент |
момент |
вала |
|||||||
ние |
момент |
тивления |
σ, |
|||||||
в |
г |
кр |
|
di , |
||||||
|
M i , |
M i , |
M i |
, |
MпрIII , |
W, м |
3 |
мПа |
||
|
кН·м |
кН·м |
кН·м |
м |
|
|||||
|
кН·м |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 – 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 – 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 – 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 – 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 – 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 – 6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 – 7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 – 8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.3.Содержание отчета
Вотчет по практическим занятиям должно быть включено следующее: 1) расчет величин, предусмотренных данными табл. 3.1 – 3.3; 2) эпюры моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях; 3) вывод о прочности оси колесной пары.
Библиографический список
Основная литература
1.Механическая часть тягового подвижного состава / Под ред. И. В. Б и-
рю к о в а. М.: Транспорт, 2012. 440 с.
Дополнительная литература
2. Справочник по электроподвижному составу, тепловозам и дизельпоездам / Под ред. А. Н. Т и щ е н к о. М: Транспорт, 1976. Т. 1. 431 с.
24
3.M e д е л ь В. Б. Подвижной состав электрических железных дорог. Конструкция и динамика / В. Б. M e д е л ь. М.: Транспорт, 1974. 232 с.
4.М е д е л ь В. Б. Проектирование механической части электроподвижного состава / В. Б. М е д е л ь. М.: Трансжелдориздат, 1963. 423 с.
5.Д у б р о в с к и й З. М. Грузовые электровозы переменного тока: Справочник / З. М. Д у б р о в с к и й, В. М. П о п о в, Б. А. Т е р и к а н о в. М.: Транспорт, 1991. 464 с.
6.Б о ч а р о в В. М. Магистральные электровозы. Общие характеристики. Механическая часть / В. М. Б о ч а р о в. М.: Транспорт, 1991. 224 с.
7.Б е л я е в Н. М. Сопротивление материалов / Н. М. Б е л я е в. М.: Нау-
ка, 1976. 608 с.
25
Учебное издание
ШИЛЕР Валерий Викторович, ШАТОХИН Андрей Петрович
КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ЭЛЕКТРОВОЗА
Практикум
_______________________________________
Редактор Н. А. Майорова Корректор И. А. Сенеджук
***
Подписано в печать 03.11.2015. Формат 60 × 84 1/16. Офсетная печать. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,6. Уч.-изд. л. 1,8.
Тираж 200 экз. Заказ .
**
Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа Типография ОмГУПСа
*
644046, г. Омск, пр. Маркса, 35
26