Тележка электровоза

Цели и задачи курсовой работы

Целью курсовой работы является разработка эскизного проекта тележки электровоза, удовлетворяющей условиям прочности и безопасности на основе использования существующих конструкций узлов и деталей, их комбинации и внесения в них необходимых изменений, вытекающих из условий задания.
В процессе выполнения курсовой работы необходимо изучить назначение, конструкцию и принцип действия основных узлов экипажной части электровоза: рамы тележки, колесной пары, буксового узла, опор кузова, тягового привода, тяговой передачи, муфты, редуктора, понятия о классах приводов (1, 2, 3 классы), ступени упругого рессорного подвешивания (1, 2 ступень), гасителей колебания.
Научиться проектировать данные узлы исходя из заданных условий и целесообразности применения той или иной конструкции при выполнении требований обеспечивающих их прочностные, тяговые и динамические свойства.

Исходные данные
1. Тип электроподвижного состава Моторный вагон электропоезда
2. Осевая формула 30-30
3. Тип тягового привода Опорно-рамный
4. Тип сечения рамы тележки ЭР-22
5. Конструкционная скорость 140 км/ч
6. Проектная нагрузка колесной пары на рельс 170 кН
7. Максимальный статический прогиб упругого подвешивания электровоза h=0,14 м
h1=35%h
h2=65%h
8. Тип конструкции первой ступени подвешивания электровоза ЭР9П
9. Тип конструкции второй ступени подвешивания электровоза ЭР-200
10. Мощность тягового двигателя 560 кВт
11. Тип передачи -
12. Тип муфты Резино-корданная ЭР-200
13. Радиус кривой 550

Составление эскиза рамы тележки

При составлении эскиза рамы тележки определяется ее жесткая база (расстояние между крайними осями колесных пар тележки) и производиться установление основных размеров тележки с учетом размеров составленного колесно-моторного блока, который должен быть вписан в габариты рамы тележки.

Рис. 1. Рама тележки электровоза ЭР-22
1 - буксовые направляющие, 2 - кронштейн крепления рессорного подвешивания, 3 - шкворневая балка, 4 - место крепления дополнительной балки ТЭД.

Рис 2-3. Первая и вторая ступень рессорного подвешивания
1 — рама; 2 — фрикционный гаситель: 3 — рессорное подвешивание; 4 — колесные пары с буксовыми узлами; 5 — рычажно-тормозная передача; 6—тяговый двигатель; 7 — упругая муфта; 8 — редуктор; 9 — буксовый поводок; 10 — гидравлический гаситель; 11 — тормозной цилиндр

Составить эскиз тележки (вид сверху и вид сбоку) означает подобрать основные геометрические размеры тележки.
Основными размерами тележки являются:
b - ширина концевых поперечных креплений рамы; b = 0,15м.
Д - диаметр ведущего колеса; Д = 1,25м.
с - расстояние от оси колесной пары до поперечной балки в месте расположения шкворневой или маятниковой опоры, м;
b - ширина поперечной балки (в месте примыкания к боковине); b = 0,16м.
d - расстояние под расположение тормозного оборудования. d=0,05 м.
е - расстояние от оси колесной пары до торца поперечной балки рамы, м;
2а - жесткая база тележки, м;.
b3 - ширина поперечной балки в месте расположения шкворня или маятниковой опоры, м;
Dдв - наружный диаметр остова тягового двигателя, м.

Рис. 4 - Рама двухосной тележки электровоза со шкворневой балкой

тележка электровоз подвижная проект

Рисунок 5 - Двухосная тележка электровоза с опорно-рамным подвешиванием тяговых двигателей

Основные конструктивные размеры тяговых двигателей эксплуатируемых электровозов определяются на основании данных, приведенных в справочной литературе.
Выбранный двигатель: 2AL - 4846eT
(полый вал с постоянным сечением, пластинчатой муфтой).
Д - наружный диаметр остова тягового двигателя. Д = 1,3м, масса - 5200 кг.
k - длина опорных лап тяговых двигателей; k = 0,15 м.
Используя эти данные, найдем общую длину тележки:

А = b + d + Д /2 = 0,825 м.
Б = А
2а = 2 Д + b2 + 2к = 3,06 м
L = А + 2а + Б = 4,71 м.

Составление весовой ведомости

На основании весовой ведомости определяется нагрузка, действующая на раму тележки, с учетом которой выполняется проектирование и расчет рессорного подвешивания, а так же прочностной расчет рамы. Составление весовой ведомости заключается в установлении веса отдельных элементов и всей тележки в целом, а также веса кузова. При составлении весовой ведомости преследуется цель увязать конструктивный вес с заданной нагрузкой колесных пар на рельсы.
Весовая ведомость составляется упрощенно, т.е. нагрузки колесных пар на рельсы принимаются для всех колесных пар одинаковыми. Вес мелких деталей учитывается с помощью равномерно распределенной по длине боковины нагрузки и суммируется с весом самой боковины. Вес мелких деталей, расположенных на поперечных балках суммируется с их весом.

Таблица 1
Наименование деталей Число деталей на одну тележку Вес одной детали в кН Вес деталей приходящихся на тележку кН
1. Обрессореный вес тележки Ртобр 135,2
1.1 Рама тележки
Боковина рамы 2 4,5 9
Шкворневая балка 1 6,2 6,2
Передняя концевая балка 1 1,5 1,5
Задняя концевая балка 1 1,5 1,5
Половина веса ТЭД 2 52,5 105
1.1.7 Прочее оборудование (тормозная система) - 12 12
Необрессоренный вес тележки Ртнеобр 70
Колесная пара в сборе 2 30 60
Прочее оборудование (рессорное подвешивание) - 10 10
Полный вес тягового двигателя
Рт = Ртнеобр + Ртобр 205,2
Вес электровоза, приходящийся на тележку
Ртсц = Р осьсц = N 360
Вес кузова, приходящийся на тележку
Ртк = Ртсц - Рт 154,8
Обрессореный вес электровоза, приходящийся на тележку Ртобр = Ртобр + Ртк 290
Реакция в точке рессорного подвешивания
R = Ртобр / Np 36,25

Статическая развеска электровоза

Установив величины сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок, необходимо вычертить эскиз рамы и составить расчетную схему приложения нагрузок.
При этом величины сосредоточенных нагрузок берутся из составленной ранее весовой ведомости. Эти нагрузки считаются приложенными в соответствующих точках или в центре тяжести соответствующих узлов. В первом приближении их можно считать сосредоточенными в геометрическом центре узла.
К сосредоточенным нагрузкам относятся:
часть веса кузова Ртк приходящаяся на одну тележку;
вес средних поперечных балок;
половина веса двигателя при опорно-осевом подвешивании
вес крайних поперечных балок рамы;
вес рессорного подвешивания;
вес тормозного оборудования.
К равномерно распределенной нагрузке следует отнести вес боковины рамы тележки.
Для проверки правильности составления расчетной схемы используют условие: сумма всех обрессоренных и необрессоренных нагрузок на вертикальную ось симметрии тележки должна быть равна 0.

Если это условие не выполняется, значит, допущена ошибка и необходимо проверить определение веса кузова и расчетную схему нагрузок.
На рис.6 приведена расчетная схема рамы двухосной тележки.

Рис. 6
P - вес кузова электровоза, приходящийся на тележку;
P - вес концевой балки тележки электровоза;
P - вес шкворневой балки;
P - вес тягового двигателя;
P - вес тормозного оборудования;
R - реактивные усилия, возникающие в точках крепления к раме тележки пружин и балансиров;
q - распределённая нагрузка;

2P + P + P + 2P + P + 2 q - 8R = 0
2*1,5 + 2*52,5 + 154,8 + 6,2 +12 + 9 - 8*36,25 = 0
290 - 290 = 0
0 = 0

Данное условие выполнено.
На рис.7 представлена схема статистической развески электровоза.

Рис. 7.

При выполнении статической развески электровоза необходимо выполнение условия, которое определяет равенство нулю моментов всех сил и реакций относительно произвольно выбранной точки А.
В общем случае уравнение суммы моментов относительно точки А имеет вид:

77,4 + 29,35 + 1,5 + 6 + 26,25 + 4,5 - 145 = 0, 0 = 0.

Составим уравнение моментов.

Расстояние до первой боковой опоры равно =0,648 м.
Расстояние до второй боковой опоры равно + 2,031=2,679 м.

Проектирование и расчет жесткости элементов рессорного подвешивания

Колесные пары электроподвижного состава связаны с рамой тележки и кузовом через системы упругих элементов, называемые рессорным подвешиванием.
В качестве упругих элементов применяют винтовые пружины и листовые рессоры, а также резинометаллические элементы.
Согласно "Техническим требованиям к проектируемым локомотивам по условиям прочности, динамики и воздействия на путь" поездные и грузовые локомотивы должны иметь две ступени упругого подвешивания. При этом, общий статический прогиб рессорного подвешивания должен быть для пассажирских локомотивов не менее 0,14 м и для грузовых не менее 0,1 м.
В зависимости от назначения электровоза (грузовой, пассажирский, высокоскоростной) решаются вопросы гибкости рессорного подвешивания, распределения гибкости в каждой ступени.