Размещено на http://www.allbest.ru/

ПETEPБУPГCKИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Kaфeдpa “Элeктpичecкaя тяга”

Курсовой проект

по дисциплине «Основы механики подвижного состава»

Тема: «Вертикальная динамика тягового привода первого класса (опорно-осевой)»

Выполнил студент группы ЭТ-101и

Хитёв К.С.

Проверил

Евстафьев А.М.

CAHKT-ПETEPБУPГ

Содержание

Исходные данные

Введение

Принципиальная схема тягового привода I класса

Силы, возникающие в приводе 1 класса при работе тягового двигателя

Вертикальная динамика привода 1 класса

Список литературы

Исходные данные

Цель работы - способствовать более глубокому изучению динамических сил, возникающих в отдельных узлах и элементах тягового привода при движении электровоза (моторного вагона) по периодически повторяющимся волнообразным неровностям пути. Дать оценку влияния динамики тягового привода на тяговые свойства ЭПС.

Параметры тягового привода 1 класса

Радиус делительной окружности большого зубчатого колеса R = 0,47 м

Диаметр круга катания движущего колеса DK = 1,25 м

База тягового двигателя LДВ = 1,14 м

Длина неровности Lнер = 3,0 м

Неподрессоренная масса колесной пары mkn = 3,1 т

Неподрессоренная масса корпуса тягового двигателя mk = 3,7 т

Неподрессоренная масса якоря тягового двигателя mя = 1,46 т

Момент инерции корпуса тягового двигателя Jk = 2,1 тм2

Момент инерции якоря тягового двигателя Jя = 0,07 тм2

Передаточное число редуктора u = 4,30

Статическое давление колесной пары на путь Pосн = 240 кН

Заданная максимальная скорость ЭПС Vmax =90 км/ч

Коэффициент жесткости рессорного подвешивания,

отнесенный к одной колесной паре Ж = 2600кН/м

Глубина неровности h = 0,01 м

Введение

Выполнение данной работы способствует более глубокому изучению динамических сил, возникающих в отдельных узлах и элементах тягового привода при движении электровоза (моторного вагона) по периодически повторяющимся волнообразным неровностям пути. Дать оценку влияния динамики тягового привода на тяговые свойства ЭПС.

Опорно-осевой тяговый привод нашел самое широкое применение на электроподвижном составе, как наиболее простой в конструктивном отношении и обеспечивающий довольно высокую надежность и ремонтопригодность в условиях эксплуатации, следствием чего является его длительная и стабильная работоспособность.

Однако этот привод имеет существенные недостатки, ограничивающие область его применения. К таким недостатком, прежде всего, относятся:

- большая неподрессоренная масса двигателя;

- тяжелые условия работы зубчатого зацепления;

- жесткая связь корпуса двигателя с осью колесной пары является причиной ухудшения условий коммутации и появления нежелательных динамических нагрузок в якорных подшипниках двигателя, а так же в упругом подвесном аппарате.

Эти и ряд других, менее существенных недостатков, отрицательно сказываются на динамических показателях локомотива в целом. Поэтому максимальная скорость движения ЭПС, оборудованного приводом I класса, ограничивается величиной Vmax = 100 - 120 км/ч

Принципиальная схема тягового привода I класса

• 1- ось колесной пары; 2 - движущее колесо; 3 - зубчатое колесо; 4 - малая шестерня; 5 - кожух редуктора; 6 - тяговый двигатель; 7- моторно-осевой подшипник; 8 - боковина рамы тележки; 9 - поперечное крепление рамы тележки; 10 - упругий подвесной аппарат тягового двигателя; 11 - кронштейн поперечного крепления рамы тележки; 12 - буксовый узел; 13 - рессорное подвешивание; 14 - вал якоря ТЭД
• Ось колесной пары служит для передачи вращающего момента от зубчатого колеса движущему колесу. А также, в некоторых случаях, для опирания на неё ТЭД. Движущие колёса служат для восприятия давления от веса подвижного состава, передачи его на рельсы и направления движения поезда. Зубчатое колесо непосредственно участвует в передаче вращающего момента. Шестерня редуктора, как и зубчатое колесо, участвует в передаче вращающего момента от ТЭД к колесу. Кожух редуктора защищает его от внешней среды и является масляной ванной. Тяговый двигатель преобразует электрическую энергию, получаемую из сети, в механическую, передаваемую с вала двигателя на колёсную пару электровоза. Моторно-осевой подшипник предназначен для опирания ТЭД на ось колёсной пары. Боковина рамы тележки обеспечивает передачу всех вертикальных, продольных и поперечных сил между кузовом и колёсными парами, а также передачу сил тяги и торможения. Поперечное крепление рамы тележки обеспечивает жёсткость рамы тележка. Упругий подвесной аппарат тягового двигателя служит для уменьшения ударных воздействий на ТЭД и раму тележки. Кронштейн поперечного крепления рамы тележки предназначен для опирания на него ТЭД. Буксовый узел обеспечивает передачу продольных и поперечных сил от колёсной пары к кузову в условиях их взаимных перемещений. Рессорное подвешивание обеспечивает снижение воздействия вибраций на кузов. Вал якоря ТЭД служит для передачи вращающего момента на ось колёсной пары.

Силы, возникающие в приводе 1 класса при работе тягового двигателя

Рассмотрим силы, возникающие в отдельных элементах и узлах привода при движении локомотива с равномерной скоростью по абсолютно ровному (гладкому) пути, т.е. при установившимся режиме движения.

В этих условиях электромагнитный момент на валу якоря () и передаточные отношения () редуктора остаются постоянными.



При выбранном направлении движения (см. рис. 1) в зацеплении на зубцы зубчатого колеса со стороны шестерни будет действовать вертикальная сила Z, направленная вниз (см. рис. 2) Приведем ее к центру оси колесной пары, приложив здесь две равные и противоположно направленные силы Z .

В результате действие силы Z в зацеплении может быть представлено как сумма действий двух силовых факторов: вращающего момента колесной пары и вертикальной силы Z, приложенной к оси колесной пары в плоскости зубчатого колеса. Направление этой силы зависит от направления движения локомотива.

В рассматриваемом нами случае двигатель находится перед осью и сила Z направлена вниз. При изменении направления движения двигатель будет расположен за осью и сила Z изменит свое направление на противоположное. В первом случае она как бы увеличивает неподрессоренный вес колесной пары, а во втором - уменьшает, оказывая тем самым влияние на динамические качества локомотива, в частности на использование его сцепного веса. Вращающий момент удобно выразить через касательную силу тяги

Из тяговой характеристики ВЛ10 определяем силу тяги F при трех скоростях:

V = 0, F = 62600 кгс или F = 76,76 кН трогание с места;

V = 46,7м/ч, F = 46000 кгс или F = 56,40кН расчетная скорость;

V = 90км/ч, F = 6800 кгс или F = 18,4кН максимальная скорость движения.

Рассчитаем вращающий момент колесной пары МКП:

;

V = 0 кН/м ;

V = 46,7 кН/м;

V = 90 кН/м.

Вертикальная сила Z , приложенная к оси колесной пары в плоскости зубчатого колеса рассчитывается по формуле:



Рассчитаем силу Z для 3-х режимов движения электровоза:

кН

кН

кН

Рассмотрим силы, действующие на корпус тягового двигателя. При принятом нами направлении движения на зубцы шестерни, сидящей на валу якоря, со стороны зубцов зубчатого колеса действует вертикальная реакция, равная по величине силе Z, но направленная вверх (рис. 3).

Приведем ее к центру вала якоря, приложив здесь две равные и противоположно направленные силы Z.

Получаем пару сил с моментом и вертикальную силу Z , приложенную к валу якоря и передающуюся на корпус двигателя через якорные подшипники (рис. 4).

Силу Z можно представить в виде двух составляющих К и Р, соответственно разгружающих колесную пару и подвесной аппарат, причем

кН

= 0,109- радиус шестерни, м.

Определяем для каждого из трех режимов К0 , Кр и Кmax .

K=Z*[1-(R+r)/Lдв]

кН

кН

кН

Сила К приложена к оси колесной пары в месте установки моторно-осевых подшипников;

Далее находим Р :

кН;

Также для каждого из режимов определяем Р0 , Рр и Рmax .

кН

кН

кН

Сила Р приложена к поперечному креплению рамы тележки в месте установки подвесного аппарата.

Кроме указанных выше вертикальных сил со стороны корпуса двигателя через моторно-осевые подшипники и подвесной аппарат на ось колесной пары и поперечное крепление рамы тележки передается реактивный вращающий момент Этот момент можно представить в виде пары сил (рис. 4)

электровоз двигатель тяговый привод

В результате на ось колесной пары действует вертикальная сила

где Dк - диаметр круга катания движущего колеса, м;

Lдв - база тягового двигателя, м;

Fкп - сила тяги, реализуемая одной движущей колесной парой, кН

кН

кН

кН

Рассмотрим силы, действующие на подрессоренную часть при работе одного двигателя (рис.4).

Из приведенной на рис. 5 схемы видно, что на раму тележки действует опрокидывающий момент Мопр, равный сумме моментов:

и вертикальная сила Т, расположенная над осью. Эти силовые факторы вызывают поворот рамы тележки и ее вертикальное смещение, что ведет к дополнительному прогибу рессорных комплектов и изменению давления колесных пар на путь. Этим самым привод первого класса оказывает влияние на использование сцепного веса локомотива.

На раму тележки действует опрокидывающий момент МОПР:

кН*м

кН*м

кН*м

Вертикальная динамика привода 1 класса

Рассмотрим случай набегания колесной пары на неровность, текущая координата которой может быть описана выражением:

где h - глубина неровности (м);

угловая частота вертикальных перемещений колесной пары при прохождении неровности длиной Lн (м) с поступательной скоростью V (м/с).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Колесная пара, перемещаясь по неровности, не отрывается от рельсов. В этом случае вертикальные перемещения центра оси колесной пары совпадают с траекторией неровности Zнер;

Вследствие достаточной быстротечности вертикальных перемещений колесной пары при прохождении неровности пути, надрессорное строение, из-за его большой инерционности, не успевает следовать за вертикальными перемещениями колесной пары и остается в течение этого краткого интервала времени неподвижным. В таком случае вертикальные перемещения колесной пары на величину Zнер сопровождаются соответствующей деформацией элементов рессорного подвешивания, характеризуемого величиной жесткости Ж, кН/м (Н/мм);

Пренебрегаем упругостью подвесного аппарата тягового двигателя, вследствие его значительной жесткости. В этом случае, точка соединения корпуса двигателя с рамой тележки во время прохождения колесной парой неровности Zнер остается неподвижной.

Вследствие достаточной симметричности тягового двигателя относительно его середины, будем считать, что центр его тяжести совпадает с центром вала якоря и расположен на расстоянии централи

Ц = (R + r), м от центра оси колесной пары.

Массу неподрессоренных частей колесной пары считаем сосредоточенной в центре тяжести, совпадающем с геометрическим центром ее оси.

Поворот корпуса двигателя на угол бдв относительно оси подвесного аппарата (т.А.). Нетрудно видеть, что tg бдв бдв = этот поворот можно рассматривать как результат двух движений: вертикального поступательного перемещения центра тяжести двигателя на величину

м

с ускорением:

где

Соответственно получаем: , ,

и поворота корпуса двигателя относительно центра его вала на угол

ускорением

В результате первого поступательного перемещения корпуса двигателя возникает вертикальная сила инерции , которая распределится между осью колесной пары и подвесным аппаратом (рис.7)

в виде сил Р?1 и Р?2, соответственно равных:

кН

кН

кН

кН

кН

кН

Эти силы соответственно догружают колесную пару в местах установки моторно-осевых подшипников и разгружают раму тележки через подвесной аппарат.

В результате второго вращательного движения корпуса двигателя относительно оси вала якоря тяговый двигатель будет испытывать действие момента сил инерции (рис.8), в результате которого к оси колесной пары и раме тележки (·)А будут приложены две равные по величине, но противоположные по направлению вертикальные силы:

кН

кН

кН

кН

При этом сила Р1" догружает колесную пару через моторно-осевые подшипники, а Р2" разгружает раму тележки через подвесной аппарат.

При вертикальном перемещении колесной пары на величину Zнер на такую же величину перемещается центр зубчатого колеса, а вместе с ним и точка зацепления (см. рис.9). Центр шестерни (вала якоря) при этом перемещается вертикально на величину Zдв. В результате центр колеса перемещается относительно центра шестерни (вала якоря) на величину . Это ведет к перекатыванию шестерни по зубчатому колесу и повороту якоря на угол . А так как точка зацепления является общей для шестерни и зубчатого колеса, то

Отсюда следует, что

где передаточное число редуктора.

Следовательно, .

Поворот якоря на угол с угловым ускорением возможен лишь под действием вертикальной динамической силы , действующей на зубцы шестерни со стороны зубцов зубчатого колеса в направлении «вверх» (рис. 10). Приведя силу к центру вала якоря, получаем динамический момент с парой сил и вертикальную силу, действующую на корпус двигателя в направлении «вверх».

Найденная сила , будучи приложена к корпусу двигателя через якорные подшипники распределяется между колесной парой и подвесным аппаратом (рис. 11). Эти силы соответственно равны:

, кН

кН

кН

кН

передается от корпуса двигателя через моторно-осевые подшипники на ось колесной пары, разгружая ее.

,кН

кН

кН

кН

передается от корпуса двигателя через подвесной аппарат на раму тележки, разгружая ее.

При вертикальном перемещении колесной пары вверх на величину Zнер на зубцы зубчатого колеса действует динамическая сила Zд, как реакция со стороны шестерни. Результатом этого воздействия (рис. 12) является динамический момент Мд = Zд·R, приложенный к оси колесной пары в плоскости зубчатого колеса и направленный встречно тяговому моменту

Таким образом, результирующий момент на оси колесной пары будет иметь переменную составляющую, в зависимости от формы неровности («бугор», «яма»).

Кроме того, на ось колесной пары в плоскости зубчатого колеса действует вертикальная динамическая переменная сила Zд, влияющая на суммарную динамическую нагрузку колесной пары, на путь при прохождении ею неровности Zнер (рис. 13).

Итак, в результате движения колесной пары с опорно-осевым приводом по вертикальной неровности пути Zнер со стороны колесной пары на путь будет действовать динамическая нагрузка:

, кН

После подстановки и соответствующих преобразований получим:

динамическая составляющая полного вертикального давления опорно - осевого тягового привода на путь, кН.

Определяем для каждого из трех режимов Рдин 0 , Рдин р и Рдин max.

Полное давление колесной пары с опорно-осевым тяговым приводом на путь:

где Рст - статическое давление колесной пары на путь, кН.

кН

кН

кН

Со стороны двигателя на поперечное крепление рамы тележки через подвесной аппарат передается динамическая вертикальная сила:

, кН

кН

кН

кН

Список литературы

1. «Вертикальная динамика тягового привода 1 класса», метод. указания, 2005г.

2. Бирюков И.В. «Механическая часть тягового подвижного состава», М.: Транспорт,1992.

3. Медель В.Б. «Проектирование механической части электрического подвижного состава», М.: Транспорт,1963.

Размещено на Allbest.ru

...