книги / Расчет и конструирование горных транспортных машин и комплексов

Рис. Х.11. К расчету рамы локомотива:

а — схема приложения нагрузок от статических сил и продоль­ ного удара при движении локоматива и эпюра изгибающих моментов; б — схема приложения нагрузки от собственного веса локомотива при подъеме его за оба буфера и эпюра изгибаю­ щих моментов

реакций Ra , RB и изгибающие моменты, действующие в различных сечениях рамы. Изгибающий момент M t для расчетного сечения от действия сосредоточенных нагрузок

(х.з)

где Л/,*-! — изгибающий момент от веса предшествующего узла;

xt — расстояние между предыдущей силой и силой, прило­ женной в расчетном сечении i;

—сумма всех сил, расположенных от конца рамы до узла

i(вес P t исключается).

Изгибающий момент от равномерно распределенной нагрузки

где qt — интенсивность распределенной нагрузки; Z; — длина узла Z;

Lt — расстояние от узла i до оси моментов.

Суммарный изгибающий момент в рассматриваемом сечении

Для определения напряжений в раме от изгибающих моментов находят моменты инерции и моменты сопротивлений для опасных сечений рамы исходя из результирующей эпюры изгибающих момен­ тов. Напряжения находят для верхних и нижних волокон рамы.

Р а с ч е т р а м ы н а п р о д о л ь н ы й у д а р в б у ф е р . В момент соударения буферов локомотива и вагонетки в раме воз­ никают дополнительные напряжения. В существующей практике

Более точные результаты дает определение силы удара по мето­ дике, изложенной в главе VI.

Удар вызывает в раме реактивные сопротивления от массы над-

Он вызывает в^опорах ]А и В добавочную вертикальную силу Fy:

г_ 2ЛГу

/'у — — ы 9

где lKv— расстояние между осями колесных пар или шкворнями ходовых тележек.

Изгибающие моменты в различных сечениях рамы определяются относительно центра тяжести этих сечений:

где 2 p ix — сумма распределенных и сосредоточенных сил от буферного устройства до рассматриваемого сечения;

2/ц. т — расстояние от центра тяжести сечения до оси центра тяжести рамы;

уэх — величина эксцентриситета силы Fy в данном сечении х.

По полученным значениям изгибающих моментов и сжимающих сил определяют напряжения от изгиба и от сжатия в ряде наиболее ослабленных сечений рамы (например, I —I и I I —I I на рис. Х.11, а).

Суммарное напряжение в опасных сечениях рамы находят как алгебраическую сумму статических и ударных напряжений от изгиба и сжатия для верхних и нижних волокон.

По данным ЦНИИ МПС, для магистральных локомотивов сум­ марное напряжение в раме не должно превышать 1500—2000 кгс/см2. В противном случае необходимо усилить соответствующее сечение.

Р а с ч е т р а м ы н а п о д ъ е м л о к о м о т и в а . Прини­ мают, что подъем локомотива производят за буферы. Исходные условия для расчета те же, что и для определения статических изги­ бающих моментов; переставляют лишь опорные реакции к концам рамы (рис. Х.11, б). Последовательность построения результирующей эпюры изгибающих моментов и определение напряжений в опасных сечениях не отличаются от рассмотренных.

Если при подъеме за концы рамы напряжения в опасных сече­ ниях превысят 2000 кгс/см2, то дальнейшим расчетом определяют точки приложения опор к раме, при которых напряжения не превос­ ходят допустимое.

§3. ХОДОВАЯ ЧАСТЬ И СИСТЕМА РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ

Кходовым устройствам локомотива относятся колесные пары (полускаты) н буксы.

Конструкция и технология изготовления колесных пар

Колесные пары шахтных локомотивов по устройству колес делят на бандажные и цельнокатаные (безбандажные). На локомотивах среднего и тяжелого классов, а также на некоторых локомотивах легкого класса применяют колесные пары с бандажными колесами (рис. Х.12, а). Колесо такой пары состоит из колесного центра 2, напрессованного на ось 1 с необходимым натягом, и бандажа 5, наде-

того на колесный центр в горячем состоянии. Такая конструкция позволяет заменять бандажи на новые после их износа.

колеи

Рис. Х.12. Колесные пары локомотивов:

а — с бандажными колесами; б — с безбандажными колесами; в — профиль гребня (ре­ борда); 1 — ось; 2 — колесный центр; з — бандаж; 4 — зубчатое колесо; 5 — роликопод­ шипник; 6 — втулка; 7 — цельнокатаное колесо; 8 — шпонка; 9 — звездочка; 10 — букса

Цельнокатаные колеса 7 (рис. Х.12, б) применяют на некоторых малогабаритных локомотивах (гировозах ГР-4 и ГР-5, электровозах АК-2У и др.). В рудничном локомотивостроении безбандажные колеса крепят на оси в основном при помощи шпоночного соединения

<5, что позволяет менять в процессе эксплуатации как ходовые колеса, так и зубчатые колеса или звездочки 9.

Оси колесных пар изготовляют из углеродистой стали марки ОС. Заготовки осей отковывают на молотах, причем осадка слитка ме­ талла должна быть не менее четырехкратной. После этого заготовку осей подвергают термообработке (нагреву до 870—890° С с последу­ ющим охлаждением на воздухе) для устранения ковочных напря­ жений. Термически обработанная ось должна иметь предел проч­ ности не менее 5000 кгс/см2, среднее значение динамической вяз­ кости 4—6 кгс«с/м2.

После обработки, проверки и приемки оси на торце ее шейки (со стороны зубчатого колеса) производят клеймение, указывая номер оси, номер плавки металла, даты отковки и термообработки и знак завода-изготовителя. Клеймение необходимо для взятия под контроль всей партии осей в случае обнаружения на одной из них каких-либо дефектов.

Колесные центры отливают из малоуглеродистой мартеновской стали или электростали. Центр состоит из ступицы, дисковой части и обода. Дисковую часть изготовляют обычно конусообразной для увеличения жесткости и прочности колеса. Наружную поверхность обода обрабатывают под посадку бандажа по цилиндрической поверх­ ности и боковым плоскостям, которые имеют небольшую конусность в местах прилегания к буртику бандажа.

Колесные центры соединяют с осью напрессовкой с необходимым натягом в холодном состоянии (посадка ПРЗ). Для обеспечения нормальной запрессовки прессовые поверхности смазывают чистым растительным (льняным или подсолнечным) маслом. Величина на­ тяга принята в пределах 1—1,5 мм на 1 м диаметра оси. Для обеспе­ чения такого натяга гидравлический пресс должен развивать уси­ лие 50—100 тс.

Бандажи изготовляют из твердой мартеновской стали, имеющей предел прочности не менее 7000 кгс/см2. Размер бандажа по радиусу принимают с некоторым запасом на возможные переточки профиля катания колеса по мере его истирания. Согласно § 280 Правил без­ опасности в угольных и сланцевых шахтах допускается износ бан­ дажей по кругу катания не более 10 мм. Оставшаяся после переточки толщина бандажа не должна быть менее 25 мм на сторону. Ширина

Зубчатые колеса крепят на оси при помощи шпоночного соедине­ ния или посадкой с необходимым натягом. На современных локомо­ тивах применяют только неразъемные зубчатые колеса. Их напрессо­ вывают на ось так же, как и центры колесной пары.

Величину натяга определяют из условия передачи наибольшего крутящего момента М кр тах, получаемого при максимально возмож­ ном коэффициенте сцепления колес локомотива с рельсами фтах = = 0,35 с учетом коэффициента запаса сил сцепления колеса с осью /с3 = 1,5 -f- 1,6. Учитывая, что

при запрессовке необходимо обеспечить удельное давление между внутренней поверхностью ступицы колеса и осью

где /тах = 0,2 — наибольший коэффициент трения между осью и ступицей.

Обычно находят два значения табличного натяга (6тпИп и 6ттах)

взависимости от принятых допусков на изготовление вала и ступицы,

апо ним находят два значения Р CPmin и Ртах). По результатам расчета подбирают необходимый прессовый стан.

У цельнокатаных колес (см. рис. Х.12, б) обод с гребнем (ребор­ дой), диск и ступица составляют одно целое. Изготовляют их из твердой углеродистой стали (типа бандажной) по особой технологии, заключающейся в нагреве заготовок до ковочной температуры 1300° С, многократной обжимке под гидравлическими прессами и прокатке обода роликами на специальном колесопрокатном стане, в результате чего колеса приобретают высокую прочность. Для улучшения структуры и получения требуемых механических свойств цельнока­ таные колеса в процессе изготовления подвергают специальной тер­ мической обработке.

Колеса напрессовывают на ось, после чего обод катания и гребни обрабатывают на специальном колесно-токарном станке.

Преимущества цельнокатаных колес заключаются в увеличении прочности, повышении безопасности движения (поскольку нет опас­ ности проворота или разрыва бандажа), облегчении наблюдений за колесами в эксплуатации и т. д. Однако их недостатки (более слож­ ное изготовление, наличие ненадежных в работе шпоночных соеди­ нений, необходимость замены всего колеса после износа его обода) ограничивают область их применения лишь локомотивами неболь­ шого сцепного веса.

Поскольку основным источником сотрясений локомотива является рельсовый путь, стремятся расположить амортизирующие устрой­ ства как можно ближе к рельсам. Роль таких амортизаторов могут выполнять специальные колеса с резиновыми вставками (рис. Х.13),

которые обеспечивают мягкий ход локомотива, увеличивают срок службы бандажей и чувствительной к встряскам аппаратуры (осве­ тительных электроламп, гидроприводов и пр.). Подрезиненное колесо состоит из ступицы 6, бандажа 1 и промежуточного венца 2. Крутя­ щие усилия передаются от ступицы к венцу посредством двух толсто­ листовых резиновых колец 4, плотно зажатых с помощью болтов 3 между венцом и приваренными к ступице стальными дисками 5.

В случае применения таких колес на контактных электровозах между ступицей колеса и промежуточным венцом устанавливают гибкие перемычки.

Проектирование осей колесных пар

При проектировании осей расчет ведут в два этапа. На первом этапе приближенно определяют необходимые размеры оси, принимая пониженное (на 30—40%) допустимое напряжение. На втором этапе производят поверочный расчет оси уточненными методами с внесе­ нием поправок в первоначально принятые размеры отдельных эле­ ментов.

При поверочным расчете определяют суммарное напряжение от действия изгибающих и крутящих моментов в различных сечениях оси, а также находят запас усталостной прочности в опасных сече­ ниях. Поверочные расчеты выполняют для двух режимов работы локомотива: пускового, когда реализуется максимальный коэффи­ циент сцепления ходовых колес с рельсами фтах = 0,35, но локо­ мотив имеет малую скорость; ходового, когда локомотив движется с длительной скоростью по криволинейному участку пути с мини­ мальным (по ПБ) радиусом закругления при коэффициенте сцепле­ ния ф = 0,24.

Для определения общих изгибающих моментов находят стати­ ческие и динамические нагрузки, приложенные к оси, отдельно в вертикальной и горизонтальной плоскостях Щ и Щ (рис. Х.14,

Приложенные к оси нагрузки и реакции в опорах считают сосре­ доточенными, действующими по осям симметрии букс, серединам ступиц ходовых колес, по серединам рабочей части опорных под­ шипников приводов и по середине венца зубчатого колеса.

Вертикальная статическая нагрузка на одну опору Рст опреде­ ляется приходящейся на нее частью веса надрессорного и неподрессбренного оборудования локомотива.

Величина динамической нагрузки (см. главу VI) Рл достигает 40—60% веса надрессорной части

Рц = (0|4-т-0,6) РСт.