Размещено на http://www.allbest.ru/

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Васенин А.А.

Смольянинов А.В.

Двухосная тележка с центральным рессорным подвешиванием

Пояснительная записка

УрГУПС

кафедра «Вагоны»

Лит.

Лист

Листов

Утв.

Н. контр.

Пров.

Разраб.

Изм

3 56

190302.023.ПК.671.ПЗ

Реферат

Курсовой проект содержит: 56 с., 17 рис, 4 табл., использованных источников 13.

ТЕЛЕЖКА, КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ПРИЗНАКИ, вписывание в габарит, ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ ТЕЛЕЖКИ, расчет на прочность БОКОВОЙ РАМЫ, КОЛЕСНАЯ ПАРА, УСТОЙЧИВОСТЬ.

Объектом разработки является двухосная тележка.

Целью разработки является проектирование тележки, отвечающей необходимым характеристикам.

В курсовом проекте рассмотрена двухосная тележка с центральным рессорным подвешиванием, уточнены линейные размеры по результатам вписывания в габарит, описана конструкция тележки, выполнен расчет на прочность боковой рамы тележки на вертикальные нагрузки, проведена проверка запаса устойчивости колесной пары.

Область применения тележки - подкатка под полувагон.

Содержание

Введение

1. Назначение тележки и ее характеристика согласно классификационных признаков

2. Основные узлы и элементы тележки, ее параметры

3. Определение линейных размеров тележки по результатам вписывания ее в габарит

4. Проектирование основных узлов тележки

4.1 Устройство боковой рамы тележки

4.2 Устройство надрессорной балки тележки

4.3 Рессорное подвешивание и гасители колебаний

4.4 Колесные пары и буксовые узлы

4.5 Боковые опоры тележки

4.6 Тормозное оборудование тележки

5. Расчет на прочность боковой рамы тележки на вертикальные нагрузки (статические и динамические)

5.1 Определение величин нагрузок и схемы их приложения

5.2 Исходные данные для расчета

5.3 Расчет и анализ результатов расчета

6. Определение усилий, действующих на колесную пару в кривой пути и проверка запаса устойчивости колесной пары

Заключение

Список использованных источников

Введение

Выполнение задач по удовлетворению потребностей народного хозяйства и населения во всех видах железнодорожных перевозок требует создания новых совершенных конструкций вагонов.

Совершенствование конструкций вагонов и повышение скоростей движения поездов требует решения вопросов безопасности движения, надежности подвижного состава и пути. При решении этих вопросов важное место отводится работам по модернизации существующих и созданию новых конструкций ходовых частей, от работоспособности которых зависят динамические и прочностные качества вагонов в целом.

В России уже 45 лет практически все грузовые вагоны эксплуатируются на тележках ЦНИИ-ХЗ (модель 18-100). За годы серийного производства тележка претерпела только две серьезные модернизации - переход на роликовые подшипники (завершен в 1995 г.) и установка износостойких элементов в узлы трения (начата в 1996 г.)

Однако допускаемую осевую нагрузку (первоначально - 21 т/ось) неоднократно увеличивали без изменения конструкции: в 1976 г. - до 22 т/ось, в 1977 г. - до 23 т/ось, с 1985 по 1990 гг. - до 25 т/ось, в настоящее время - 23,5 т/ось. Первоначально была установлена скорость 120 км/ч, которая позднее была снижена до 90 км ч.

К основным недостаткам тележки модели 18-100. выявленным в процессе эксплуатации, можно отнести:

1. повышенный износ гребней колес;

2. недостаточная надежность конструкции;

3. низкая безопасность движения в некоторых режимах:

4. увеличенное динамическое воздействие на путь и колеса:

5. отсутствие противоюзной системы и возможность образования ползунов.

На основании анализа создавшейся ситуации и перспективных потребностей было принято решение по созданию следующего ряда тележек грузовых вагонов нового поколения безремонтной конструкции с увеличенной надежностью:

стандартной тележки с увеличенными до 20 т осевыми нагрузками и конструктивной скоростью 120 км/ч;

скоростной тележки с уменьшенными до 20 т осевыми нагрузками и конструктивной скоростью 140 км/ч, которая должна обеспечить возможность скоростных грузовых перевозок;

тележки повышенной грузоподъемности с осевой нагрузкой 30 т и конструктивной скоростью 100 км/ч.

Создание перспективных грузовых тележек с повышенной осевой нагрузкой является наиболее актуальной и наукоемкой задачей в комплексе работ по разработке вагонов нового поколения. Повышение осевых нагрузок и скоростей движения грузовых вагонов для решения важнейшей проблемы - повышения провозной и пропускной способности железных дорог будет экономически эффективным только при условии, что новые грузовые тележки будут оказывать щадящее воздействие на путь.

1. Назначение тележки и ее характеристика согласно классификационных признаков

Тележки вагонов относятся к ходовым частям и служат для:

- направления вагонов по рельсовому пути;

- распределения и передачи всех нагрузок от кузова на путь;

- восприятия тяговых и тормозных сил;

- обеспечения движения вагона с минимальным сопротивлением и необходимой плавностью хода.

Классификационные признаки тележки 18-100

По назначению:

- грузовая;

По количеству колесных пар:

- двухосная

По системе подвешивания:

- с одинарным центральным подвешиванием;

По способу передачи нагрузки от кузова на тележку:

- с опиранием кузова на подпятник;

1 - пятник кузова; 2 - скользун кузова; 3 - скользун тележки; 4 - надрессорная балка; 5 - подпятник надрессорной балки

Рисунок 1 - Схема опирания кузова на тележку через подпятник

По способу передачи нагрузки от надрессорной балки на раму: через упругие элементы (рисунок 1).

1 - буксовый узел; 2 боковая рама; 3 центральное рессорное подвешивание

Рисунок 2 - Схема передачи нагрузки от надрессорной балки на раму через упругие элементы

По способу связи рамы с буксами тележки бывают: с челюстной связью (рисунок 3) - со свободным опиранием рамы на буксы и ограничением перемещений букс относительно рамы за счет направляющих челюстей (в тележках грузовых вагонов).

Рисунок 3 - Схема с челюстной связью рамы с буксами

По технологии изготовления:

- с литыми боковыми рамами и надрессорной балкой.

2. Основные узлы и элементы тележки, ее параметры

Основной тип тележки, эксплуатируемой под грузовыми вагонами - двухосная с литыми боковыми рамами модель 18-100.

Модернизация тележки по проекту М1698 (рисунок 1) с установкой износостойких элементов в узлах трения производится при плановых видах ремонта. На тележках ставятся клейма букв "РМ" белой краской на верхнем поясе консольной части надрессорной балки, рядом с клеймами о производстве плановых видов ремонта.

1 - колесная пара; 2 - боковая рама; 3 - скользун; 4 - рессорный комплект; 5 - буксовый узел; 6 - надрессорная балка; 7 - тормозная рычажная передача.

Рисунок 4 - Основные узлы тележки 18-100

Назначение узлов тележки:

Боковая рама предназначена для восприятия нагрузок, передаваемых от кузова вагона, передачи их на колесные пары, а также для размещения рессорного комплекта.

Надрессорная балка служит для восприятия нагрузок, передаваемых от кузова вагона, передачи их на рессорное подвешивание, а также для упруго-фрикционной связи боковых рам тележки.

Рессорное подвешивание предназначено для упругого восприятия динамических сил, действующих со стороны пути на обрессоренные части вагона и гашения энергии колебаний, возникающих при движении вагона по рельсовому пути

Колесные пары предназначены для направления движения вагона по рельсовому пути и восприятия всех нагрузок, передающихся от вагона на рельсы при их вращении.

Тормозная рычажная передача передает тормозное усилие от ручного или пневматического тормоза и обеспечивает одностороннее нажатие триангелей и тормозных колодок на каждую колесную пару.

Данные тележки должны обеспечить пробег вагона по узлам и деталям, с установленными износостойкими элементами в узлах трения, до следующего планового вида ремонта, но не менее 160 тыс. км.

Внедрение данного проекта модернизации тележки позволило уменьшить износы пар трения тележки. Благодаря этому удалось повысить межремонтный пробег и ремонтопригодность тележки.

а) износостойкая чаша; б) износостойкий колпак скользуна; в) износостойкая скоба; г) чугунный клин; д) составная фрикционная планка

Рисунок 5 - Модернизация тележки 18-100 по проекту М1698

Технические характеристики тележки 18-100 М приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики тележки модели 18-100 М.

Параметр	Значение
Тип тележки	двухосная с центральным рессорным подвешиванием
Максимальная статическая нагрузка от колесной пары на рельсы, тс	23,5
Конструкционная скорость, км/ч	120
Масса, т	4,76
База тележки, мм	1850
Колеса цельнокатаные диаметром, мм	950
Высота опорной поверхности подпятника от головки рельса, мм	801
Тип скользуна	постоянного контакта
Гибкость рессорного подвешивания в вертикальной плоскости без учета сил трения, м/МН	1,13 - 1,232
Габарит	02-ВМ
Пробег до первого деповского ремонта, тыс. км	160
Статический прогиб рессорного комплекта, мм	46-50
Относительная сила трения фрикционного клинового гасителя колебаний, %	8-10

3. Определение линейных размеров тележки по результатам вписывания ее в габарит

Линейные размеры принимаем по тележке - аналогу 18-100.

ширина колеи - 1520 мм;

база тележки - 1850 мм;

расстояние между осями пружин центрального подвешивания - 2036 мм;

расстояние между центрами скользунов - 1524 мм;

Согласно технического задания, вагон проектируется по габариту 02-ВМ (рисунок 6)

Рисунок 6 - Нижнее очертание габарита подвижного состава 02-ВМ

Горизонтальные размеры

Максимально допускаемая ширина тележки 2Вi в рассматриваемом сечении на некоторой высоте Н от уровня головки рельса определяется

(1)

Где Во - полуширина соответствующего габарита подвижного состава на той же высоте, Во = 1575 мм;

Еi - ограничение полуширины вагона для различных сечений.

Ограничение полуширины тележки для направляющих (по пятнику) поперечных сечений, мм

 (2)

Где SK - максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса, SK =1543 мм [7];

dГ - минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колесной пары, dг = 1487 мм. Ширина колеи при радиусе 299 м и менее составляет 1535 мм (для габарита 02-ВМ R = 250 м). Величины отклонений от номинальных размеров ширины колеи, не требующие устранений, на прямых и кривых участках пути не должны превышать по уширению +8 мм [7];

q - суммарное наибольшее поперечное перемещение в направляющем сечении в одну сторону из центрального положения рамы тележки относительно колесной пары для тележки 18-100 q = 27 мм. Расстояние между внутренними гранями колес составляет: для новых колесных пар, предназначенных для скоростей движения: до 120 км/ч - 1440±3. Толщина гребня в эксплуатации у грузовых вагонов при скоростях до 120 км/ч должна быть не менее 25 мм и не более 33 мм, при измерении на расстоянии 18 мм от вершины гребня [2];

w - то же, но кузова относительно надрессорной балки тележки вследствие зазоров при максимальных износах, w = 4 мм. Ввиду того, что объект проектирования - тележка, показатель w = 0 мм;

k - величина, на которую допускается выход вагона, проектируемого по габаритам;

k1 - величина дополнительного поперечного смещения в кривой расчетного радиуса;

k3 - уширение габарита приближения строений в расчетной кривой.

Ограничение для поперечных сечений тележки, расположенных между ее направляющими сечениями, мм

 (3)

Где k2 - коэффициент зависящий от величины расчетного радиуса кривой;

2l - расстояние между направляющими сечениями тележки (база тележки), 2l = 1,85 м;

n - расстояние от рассматриваемого поперечного сечения вагона до его ближайшего направляющего сечения. Исходя из линейных размеров тележки 18-100 М: n(Eв) = 0,925 м - от рассматриваемого поперечного сечения тележки до сечения, расположенного между его направляющими сечениями, т.е. расстояние соответствующее половине базы тележки; n(Ен) = 0,5065 м. Пояснить почему так?

Ограничение для поперечных сечений тележки, расположенных снаружи (по консоли) его направляющих сечений, мм

(4)

В таблице 2 указаны значения коэффициентов, входящих в формулы определения смещений

Таблица 2 - Значения коэффициентов, входящих в формулы определения смещений

Коэффициенты	Габарит
	02-ВМ
	Верхняя зона
k	25
k1	2l2т
k2	2
k3	0

Где lт - полубаза двухосной тележки 18-100, lт = 0,925 м.

Следовательно, k1 для верхней и нижней зон габарита составит 1,71 мм.

На рисунке 7 изображено положение колесной пары в колее.

Рисунок 7 - Положение колесной пары в колее

Построим горизонтальную габаритную рамку (рисунок 7).



Рисунок 8 - Горизонтальная габаритная рамка

Вывод: при базе проектируемой тележки 1850 мм, длине 2856 мм, при минимальном расстоянии между наружными гранями предельно изношенных гребней колесной пары 1487 мм, максимально возможная ширина проектируемой тележки составит 3087 мм.

Вертикальные размеры

Для получения наименьшего допустимого возвышения кузова и укрепленных на нем частей над уровнем головки рельса необходимо к размерам по высоте Нiг соответствующей габаритной рамки, прибавить величину возможного в эксплуатации понижения этих частей.

(7)

где - размер по высоте соответствующей габаритной рамки;

- сумма, нижеперечисленных величин:

уменьшение толщины обода колеса в результате обточек его при ремонтах, проката и наличия местных выбоин на поверхности катания. Итоговая величина этого понижения определяется как разность между проектной толщиной обода нового колеса и допустимой в эксплуатации наименьшей толщиной обода колеса, (53 мм) [2];

понижение за счет износов опорных поверхностей, жестко опирающихся непосредственно на буксы частей (боковые рамы тележек, балансиры и т.п.), (2 мм) [2];

равномерной статической осадки рессорных комплектов центрального подвешивания у порожнего подвижного состава вследствие старения пружин и рессор, (10 мм) [2];

равномерного прогиба центрального подвешивания от расчетной нагрузки, 50 мм;

износа по толщине пятника и подпятника (или скользунов, при опирании кузова на скользуны) и элементов подвески, (5 мм) [2].

Рисунок 9 - Нижнее очертание габарита 02-ВМ для обрессоренных частей проектируемой тележки

Все укрепленные обрессоренные детали проектируемой тележки не должны опускаться ниже 550 мм на расстоянии 1520 - 1575 мм от оси пути и ниже 220 мм на расстоянии от 0 до 1190 мм от оси пути.

4. Проектирование основных узлов тележки

4.1 Устройство боковой рамы тележки

Боковая рама (рисунок 9) отлита из низколегированной стали 20ГФЛ, имеющей предел прочности не менее 500 МПа, предел текучести не менее 300 МПа, относительное удлинение не менее 18%, поперечное сужение не менее 25%, ударную вязкость при температуре плюс 20°С не менее 0,5 МДж/мІ, при температуре минус 60°С - не менее 0,25 МДж/мІ.

Боковая рама предназначена для восприятия нагрузок, передаваемых от кузова вагона, передачи их на колесные пары, а также для размещения рессорного комплекта.

Рисунок 10 - Боковая рама тележки 18-100 М

Боковая рама имеет объединенные пояса и колонки, образующиеся в средней части проём для размещения комплекта центрального рессорного подвешивания, а по концам - буксовые проёмы.

Боковая рама представляет собой отливку, в средней части которой расположен проем для размещения рессорного комплекта, а по концевым частям - буксовые проемы для установки колесных пар. Концевые части боковой рамы выполнены коробчатого сечения. Перемычка между вертикальными стенками боковой рамы в зоне технологических окон увеличивает прочность конструкции, повышает эксплуатационный ресурс.

Нижняя часть рессорного проема образует опорную плиту с размещенными на ней бонками и буртами для установки пружин рессорного комплекта. На вертикальных стенках рессорного проема выполнены площадки, к которым заклепками приклепаны фрикционные планки. Механическая обработка привалочных поверхностей под фрикционные планки позволила устанавливать на боковую раму составные фрикционные планки: приклепываемая фрикционная планка толщиной 10 мм из стали 30ХГСА с твердостью 302-412 НВ и свободно устанавливаемая на ограничители боковой рамы контактная планка толщиной 6.5 мм из стали 30ХГСА с твердостью 320-412 НВ. При этом стабилизируется работа гасителей колебаний, уменьшаются показатели вертикальной и горизонтальной динамики вагона на 10-20%: уменьшается износ пары трения "фрикционная планка - клин" в 1.5-2 раза, что улучшает связанность боковых рам тележки, уменьшает перекос тележки и способствует уменьшению подреза гребней колес. Упоры служат для ограничения поперечных перемещений фрикционных клиньев и установки контактных планок.

С внутренней стороны боковой рамы опорная плита переходит в предохранительные полки, являющиеся опорами для наконечников триангелей в случае обрыва подвесок, которыми триангели подвешены к кронштейнам боковой рамы. В кронштейны в целях предотвращения их износа установлены износостойкие втулки 3. Полки с овальными отверстиями служат опорами для балки авторежима.

На механически обработанные опорные поверхности буксовых проемов установлены съемные износостойкие скобы (рисунок 11), состоящие из скобы 1. выполненной из углеродистой стали Ст3 толщиной 4 мм, и приварной износостойкой планки 2 из низколегированной стали 30ХГСА с твердостью 255...341 НВ толщиной 4 мм, что уменьшает износ опорной поверхности буксового проема боковой рамы в 2 раза.

1 - скоба; 2 - планка

Рисунок 11 - Износостойкая скоба

4.2 Устройство надрессорной балки

Надрессорная балка (рисунок 13) литая коробчатого сечения из стали марок 20ГФЛ имеющая полую конструкцию замкнутого поперечного сечения и форму, близкую к брусу равного сопротивления изгибу, служит для восприятия нагрузок, передаваемых от кузова вагона, передачи их на рессорное подвешивание, а также для упруго-фрикционной связи боковых рам тележки.

Нагрузки на фрикционные клинья гасителей колебаний рессорного подвешивания передаются через наклонные площадки клиновых проемов, выполненных в концевых частях надрессорной балки.



Рисунок 12 - Надрессорная балка тележки 18-100

На верхнем поясе надрессорной балки расположены: подпятниковое место для опоры пятника вагона, опорные площадки с резьбовыми отверстиями для установки скользунов.

На нижних опорных поверхностях надрессорной балки выполнены ребра, которыми фиксируются наружные пружины рессорного комплекта.

На боковой стенке надрессорной балки в средней части расположены приливы для установки державки мертвой точки, закрепленной заклепками.

Для зашиты от износа подпятник оборудован износостойким диском толщиной 6 мм из термоупрочненной стали 30ХГСА с твердостью 255-341 НВ.

4.3 Рессорное подвешивание и гасители колебаний

Комплект рессорного подвешивания (рисунок 12) с центральным расположением рессорных комплектов в боковых рамах тележки, включает в себя семь двойных витых цилиндрических пружин и два фрикционных гасителя колебаний.

Рессорное подвешивание предназначено для упругого восприятия динамических сил, действующих со стороны пути на обрессоренные части вагона и гашения энергии колебаний, возникающих при движении вагона по рельсовому пути.

Рессорное подвешивание состоит из двух комплектов, размещенных в рессорных проемах левой и правой боковых рам (рисунок 13).

1 - фрикционный клин; 2 - двухрядная пружина

Рисунок 13 - Комплект пружин центрального рессорного подвешивания

В каждый комплект входит пять, шесть или семь двухрядных цилиндрических пружин 2 и 3 и два клиновых 7 фрикционных гасителя колебаний. Каждая двухрядная пружина состоит из наружной и внутренней пружин, имеющих разную навивку - правую и левую соответственно. Количество двухрядных пружин в комплекте зависит от грузоподъемности вагона. Пять пружин ставят в тележки, подкатываемые под кузова вагонов грузоподъемностью до 50 т, шесть - до 60 т и семь - более 60 т.

В связи с этим и расположение пружин в комплекте будет разное (рисунок 14, б, в, г).

Рисунок 14 - Расположение пружин в комплекте

Крайние боковые пружины комплекта поддерживают клинья гасителей колебаний. Снизу клинья имеют кольцевые выступы, не допускающие смещения их относительно пружин в горизонтальной плоскости, а верхней своей частью входят в направляющие надрессорной балки. Работа клинового фрикционного гасителя колебаний тележки рассмотрена в ранее. Клинья отливают из стали 20Л. Пружины изготавливают из стали 55С2, а фрикционные планки - из стали марок 45, 30ХГСА или 40Х. Статический прогиб рессорного подвешивания от тары - 8 мм, от массы брутто - 46-50 мм. Коэффициент относительного трения гасителя колебаний - 0,08-0,10.

Одни пружины не могут гасить колебания обрессоренных масс вагона и поэтому применяются только в сочетании с гасителями колебаний.

При движении вагона по неровностям пути (стыкам рельсов) со скоростью, когда частоты вынужденных динамических и собственных колебаний становятся близки по величине, могут возникать большие амплитуды колебаний кузова на рессорах (резонанс). Поэтому для гашения резонансных колебаний в систему рессорного подвешивания вводят специальные гасители, у которых сопротивление колебаниям создается силами трения, возникающими при взаимодействии трущихся поверхностей.

Фрикционный гаситель колебаний в двухосных тележках состоит из двух фрикционных клиньев, размещенных между наклонными поверхностями концов надрессорной балки и фрикционными планками, укрепленными на колонках боковой рамы тележки. Клинья опираются на двухрядные цилиндрические пружины.

Тележка модели 18-100 М имеет составную фрикционную планку (рисунок 19), неподвижную фрикционную планку 10 мм, поверх которой накладывается сменная подвижная планка толщиной 6 мм, изготовленная из термически обработанной стали.



Рисунок 15 - Составная фрикционная планка тележки 18-100 М

Наибольшее распространение в тележках грузовых вагонов получил клиновый фрикционный гаситель колебаний. Принцип его действия показан на рисунке 16.

Рисунок 16 - Принцип действия клинового фрикционного гасителя колебаний

Он состоит из двух клиньев 2, на которые сверху опирается надрессорная балка тележки 1; в этом месте надрессорная балка имеет наклонные поверхности (показана зеленой трапецией).

Благодаря наклонной поверхности вертикальная сила раскладывается на две составляющие. Горизонтальная составляющая порождает силу трения между клином и специальной фрикционной планкой 3. В результате между клиньями и планками возникают силы трения, создающие сопротивление колебательному движению пружин. При этом величина силы трения пропорциональна прогибу пружин и возрастает по мере увеличения этого прогиба. Такого типа гаситель называют фрикционным с переменной силой трения, зависящей от прогиба. Недостатком такого гасителя колебаний является то, что нельзя регулировать силы трения, которые могут изменяться в зависимости от условий эксплуатации.

Одним из основных узлов модернизации тележки 18-100 по проекту М1698 является фрикционный узел гашения колебаний. Замена стального клина на чугунный (рисунок 17) позволила улучшить как динамические характеристики тележки, так и ее ремонтопригодность (отказ от ремонта стальных клиньев). Чугун относится к числу антифрикционных материалов, широко применяемых в машинах и конструкциях, работающих на износ при отсутствии смазки. Роль смазки при использовании чугунов играют включения графита, которые в зависимости от количества, формы и распределения в значительной степени определяют работоспособность изделий. Недостатком клина из серого чугуна является его быстрый износ. Тем не менее, испытания показали, что марка чугуна СЧ25 обеспечивает необходимый межремонтный пробег. На сегодняшний день более 90% парка грузовых вагонов оборудованы фрикционным клином из серого чугуна марки СЧ25.

4.4 Колесные пары и буксовые узлы

Колесные пары относятся к ходовым частям и являются одним из ответственных элементов вагона. Они предназначены для направления движения вагона по рельсовому пути и восприятия всех нагрузок, передающихся от вагона на рельсы при их вращении. Работая в сложных условиях, колесные пары должны обеспечивать высокую надежность, так как от них во многом зависит безопасность движения поездов.

Ось колесной пары изготавливается из непрерывнолитой вакуумированной стали с гарантированным значением минимального предела текучести 400 МПа и увеличенным коэффициентом запаса усталостной прочности шейки.

Цельнокатаные S-образные колеса (рисунок 15) с дробеструйным упрочнением дисков и повышенной твердостью обода увеличивают срок службы в 1,5-2 раза.

Рисунок 18 - Колесо с S-образным профилем

Преимущества колес с S-образным профилем:

· снижение радиальных напряжений не менее чем в 1,8 раз;

· снижение интенсивности напряжений не менее чем в 1,6 раза;

· повышение равномерности распределения напряжений без существенной их концентрации в локальных зонах;

· при приложении механической нагрузки по кругу катания происходит отжатие гребня и всего обода от рельса;

· снижение расходов ОАО "РЖД" на ремонт и эксплуатацию;

· увеличение предела выносливости дисков не менее чем в 1,5 раза;

· увеличение нагрузки на ось с 23,25 до 30 т;

· увеличение пробега колеса более чем на 15% по сравнению с колесами обычной конструкции с твердостью обода 320-360 НВ.

Взамен цилиндрических роликовых подшипников в настоящее время в буксах грузовых вагонов внедряются кассетные подшипники (рисунок 19). Такой буксовый узел имеет существенные преимущества перед обычным узлом. В их числе компактность конструкции, уменьшенная масса, возможность реализации скоростей движения более 200 км/ч, повышенная ремонтопригодность, увеличенная эксплуатационная надежность за счет резкого сокращения числа отказов по торцевому креплению, износам и разрушению сепараторов, повышенная гарантийная ответственность изготовителя (до 8-10 лет), сокращение не менее чем в 2 раза площади колесно-роликовых производственных участков и штата обслуживающего персонала.

Кассетный буксовый узел представляет собой готовую к установке конструкцию, отрегулированную на заводе-изготовителе, заправленную смазкой и снабженную внутренними уплотнениями. Он имеет меньшие размеры и массу (55 кг), чем типовой буксовый узел (105 кг), а также требует в два раза меньшее количество смазки на заправку узла. Буксовый узел состоит из двухрядного подшипника, включающего два ряда внутренних колец 6, двух комплектов конических роликов 10, двух сепараторов 8 и единого наружного кольца 7, выполняющего роль корпуса буксы.

Рисунок 19 - Кассетный буксовый узел

Положение подшипника на шейке оси фиксируется передней торцевой шайбой 5 и задней крепительной крышкой 11, а также тремя упорными кольцами (передним 2, средним дистанционным 9 и задним). Задняя 11 крепительная крышка затягивается болтами 4, которые фиксируются от самопроизвольного отворачивания стопорной шайбой 3. Герметизация подшипника от проникновения пыли и влаги обеспечивается уплотнительными кожухами 1 (передним и задним) с упругими сальниками.

В тележке 18-100 М применяется подшипник CTBU 150x250x160 (рисунок 17) запрессовывается на шейку оси колесной пары типа РВ2Ш-957.



1 - подшипник CTBU 150x250х160; 2 - прокладка полимерная; 3 - кольцо упорное заднее; 5 - шайба торцевая на 3 болта М24 или на 4 болта М20; 6 - шайба стопорная (пластинчатая); 7 - болт М24х60 (или болт М20х60) торцевого крепления; 11 - заглушка

Рисунок 20 - Буксовый узел с подшипниками кассетного типа CTBU 150x250x160 с адаптером колесной пары типа РВ2Ш-957

Крепление подшипника на оси колесной пары осуществляется при помощи торцевой шайбы и трех болтов М24 (или четырех болтов М20). Передача нагрузок от тележки на колесную пару и подшипник осуществляется через адаптер, свободно устанавливаемый на наружное кольцо подшипника.

Сущность кассетного буксового узла состоит в том, что он выполняется из нескольких частей: адаптера; полимерной износостойкой вставки на адаптер и кассетного подшипникового узла. Полимерная износостойкая вставка взаимодействует с опорной поверхностью боковой рамы тележки и предохраняет адаптер от чрезмерных износов. Адаптер выполняет роль верхней части обычного корпуса буксы, т.е. перераспределяет нагрузки от боковой рамы тележки на подшипники и имеет приливы для ограничения продольных, поперечных и угловых смещений колесной пары относительно рамы тележки.

Применение адаптеров уменьшенных габаритов снижает неподрессоренную массу тележки, улучшает динамику вагона. Упругая вставка адаптера способствует возвращению колесных пар в исходное положение после перекоса при прохождении кривых участков пути и гашению вертикальных высокочастотных колебаний, что положительно влияет на долговечность боковой рамы. Применение упругой вставки вместе с уменьшенной шириной буксового проема минимизирует угол набегания колесных пар на рельс, а также тенденцию к их несоосной установке, что уменьшает износ гребней колес и рельсов. Более равномерное распределение нагрузки на подшипник повышает его долговечность, снижается сопротивление качению.

4.5 Боковые опоры тележки

У меня тележка18-100 М

Упруго-катковые или упругие скользуны постоянного контакта тележки обеспечивают эффективное гашение колебаний виляния и снижение износов колесных пар.

Упруго-катковый скользун тележки (рисунок 22) состоит из корпуса, упругого элемента (демпфера), колпака, вкладыша и ролика, сменного износостойкого элемента.

Упругие элементы скользунов в вертикальном направлении обеспечивают гашение колебаний перевалки кузова на тележках. При этом значительно снижается уровень динамичных напряжений в конструкции шкворневого узла вагона и подпятника тележки, обеспечивается пониженное динамическое воздействие на путь.



Рисунок 21 - Упруго-катковый скользун тележки 18-578

Демпфер выполнен бочкообразной формы из полимерного материала (полиуретана), который находится в литом корпусе и предназначен для гашения вертикальных колебаний.

На демпфер устанавливается колпак из износостойкого материала, который находится в постоянном контакте с ответной частью скользуна, расположенной на шкворневой балке рамы вагона.

Ролик 5, установленный на поверхности катания (вкладыше) 4 внутри корпуса 1, служит ограничителем прогиба демпфера 2. В местах контакта колпака 3 с корпусом 1 установлены два сменных износостойких элемента 6 толщиной 4 мм.

Скользуны устанавливаются на опорные площадки надрессорной балки. Крепление осуществляется при помощи болтов 7 и стопорных шайб 8.

Размер А (30+2,5-1,5 мм) (рисунок 23)регулируется в свободном состоянии регулировочными прокладками 9, расположенными между колпаком 3 и демпфером. После подкатки тележек под вагон производится регулировка по размеру А (8+- 2 мм) регулировочными прокладками ответной части скользуна, расположенной на раме вагона.



1 - корпус; 2 - демпфер; 3 - колпак; 4 - вкладыш; 5 - ролик; 6 - сменный износостойкий элемент; 7 - болт М24; 8 - шайба 24; 9 - прокладка регулировочная

Рисунок 22 - Упруго-катковый скользун

В эксплуатации зазор между роликовыми скользунами тележки и опорной пластиной скользуна рамы должен быть от 4 до 14 мм.

В случае если зазор выходит из указанных размеров, необходимо произвести регулировку его в пределах от 6 до 10 мм.

Для регулировки зазора должны применяться прокладки толщиной от 1,5 до 8 мм. Прокладок должно быть не более 4 шт.

4.6 Тормозное оборудование тележки

Тормозная рычажная передача передает тормозное усилие от ручного или пневматического тормоза и обеспечивает одностороннее нажатие триангелей и тормозных колодок на каждую колесную пару (рисунок 23).



1 - тормозная колодка; 2 - тормозной башмак; 3, 19 - вертикальные рычаги; серьга; 5 - триангель; 6 - тяга; 7 - регулировочный винт для размера "А" авторегулятора; 8 - рычаг упора привода авторегулятора; 9, 16 - затяжки; 10 - тормозной цилиндр; 11 - кронштейн мертвой точки ТЦ; 12, 13 - отверстия; 14 - головка тяги; 15 - горизонтальные рычаги; 17 - авторегулятор; 18, 20 - валики; 21 - подвеска; 22 - предохранительные угольники; 23 - предохранительные скобы; 24 - распорка.

Рисунок 23 - Тормозная рычажная передача тележки 18-100 М

Верхние концы вертикальных рычагов 19 и 3 рычажной передачи соединены соответственно с тягой 6, связанной через авторегулятор 17 с горизонтальным рычагом 15 тормозного цилиндра, и с серьгой 4 закрепленной при помощи кронштейна на раме тележки. Нижние концы вертикальных рычагов 3 и 19 связаны между собой распоркой 24. Триангели 5 на которых установлены тормозные башмаки 2 с тормозными колодками 1, соединены валиками 18 с вертикальными рычагами. Башмаки и триангели удерживаются на раме тележки подвесками 21. Предохранительные угольники 22 и предохранительные скобы 23 препятствуют падению на путь деталей тормозной рычажной передачи в случае их разъединения или обрыва.

При торможении усилие со штока тормозного цилиндра через авторегулятор первоначально передается на тягу 6, а затем посредством вертикальных рычагов 3 и 19 с распоркой 24 - на триангели 5, которые перемещаются и прижимают тормозные колодки к поверхностям катания колесных пар.

5. Расчет на прочность боковой рамы тележки на вертикальные нагрузки (статические и динамические)

5.1 Определение величин нагрузок и схемы их приложения

Вертикальная нагрузка слагается из собственного веса вагона, полезной нагрузки и динамических сил, возникающих вследствие колебаний массы вагона и груза в нем из-за неровностей рельсового пути.

Тип подвижного состава из задания на курсовой проект - полувагон. Для расчета примем модель 12-119, с массой тары вагона 22,5 т и грузоподъемностью 69 т.

- нагрузка от одной двухрядной пружины; - нагрузка от двух двухрядных пружин.

Рисунок 24 - Расчетная схема боковой рамы тележки

Определим величину вертикальной статической нагрузки на одну боковую раму

(20)

где - вес брутто, Рбр = 91,5 т;

- вес одной колесной пары, Ркп = 1,5 т.

Определим равномерно-распределенную нагрузку вертикальной статической силы Рст по все площади опорной поверхности нижнего пояса половины боковой рамы

Определим величину нагрузки на нижний пояс от одной двухрядной пружины

Вертикальная динамическая нагрузка или напряжения от динамической нагрузки определяют умножением собственного веса и полезной нагрузки или напряжений, полученных от этих нагрузок, на коэффициент вертикальной динамики.

(20)

Для скоростей движения в диапазоне 100 - 120 км/ч коэффициент вертикальной динамики определяется

(21)

где а - коэффициент, принимаемый равным 0,05 - для элементов кузова;

b - коэффициент, учитывающий влияние числа осей n тележке.

(22)

v - скорость движения вагона, соответствующая рассматриваемому расчетному режиму нагружения, м/сек

fст - статический прогиб рессорного комплекта, fст = 0,05 м

Определим величину вертикальной динамической нагрузки

Боковая рама отлита из низколегированной стали 20ГЛ имеющий, модуль Юнга равный и коэффициент Пуансона равный , предел текучести =275 МПа.

Допускаемые напряжения растяжения-сжатия и изгиба [у] для первого расчетного режима составят



Для третьего расчетного режима допускаемые напряжения растяжения-сжатия и изгиба составляют 140 МПа [7] нет там этого

5.2 Исходные данные для расчета

Расчет на прочность боковой рамы на действие вертикальных нагрузок производится на основе метода конечных элементов с помощью программной среды ANSYS.

Для определения напряжений возникающих в боковой раме необходимо представить геометрическую модель боковой рамы в виде математической модели.

В программном комплексе Компас 3D была сделана двухмерная модель боковой рамы, затем с помощью транслятора x_t модель была импортирована в программный комплекс ANSYS, где в дальнейшем была вытянута и разбита на конечные элементы. Для Разбиения был выбран объемный конечный элемент типа Tet 10 node 92 - четырехгранный 10-ти узловой тетраэдр.

Объемные конечные элементы используются при формировании трехмерных моделей объемных конструкций.

Конечно-элементная модель боковой рамы содержит в себе 1950 элементов, 19500 узлов, максимальный размер конечного элемента (длина стороны) задан 100 мм. Модель закреплена шарнирно-неподвижно в зонах опорных поверхностей буксовых проемов.



Рисунок 25 - Конечно-элементная модель боковой рамы

5.3 Расчет и анализ результатов расчета

Где этот рисунок?

На рисунке 5.3.1 отображены поля напряжений в боковой раме под действием вертикальной статической нагрузки 21,375 тс, по рисунку видно, что максимальная величина эквивалентных напряжений по теории Мизеса составляет 107 МПа в радиусном переходе R32 нижнего пояса.

тележка рама колесный грузовой

Рисунок 26 - Поля напряжений в боковой раме под действием вертикальной статической нагрузки

На рисунке 5.3.2 отображены поля напряжений в боковой раме под действием вертикальной динамической нагрузки 3,84 тс, по рисунку видно, что максимальная величина эквивалентных напряжений по теории Мизеса составляет 14,5 МПа в радиусном переходе R32 нижнего пояса.

Рисунок 27 - Поля напряжений в боковой раме под действием вертикальной динамической нагрузки

Сравнив полученные величины напряжений с величиной допускаемых напряжений, делаем вывод о том, что условие прочности выполняется, следовательно, рама проектируемой тележки выдержит приложенные нагрузки.

6. Определение усилий, действующих на колесную пару в кривой пути и проверка запаса устойчивости колесной пары

Согласно требованиям норм должно обеспечиваться устойчивое движение колес по рельсовому пути. Однако при неблагоприятных условиях, когда горизонтальная сила динамического давления колеса на головку рельса Рб велика, а вертикальная Рв мала, то гребень колеса не будет скользить по головке рельса.

Поэтому для предупреждения сходов вагона в эксплуатации производится проверка устойчивости движения колеса по рельсу.

Коэффициент запаса устойчивости рассчитывается по формуле:

(13)

где - угол наклона образующей конусообразной поверхности гребня

колеса с горизонталью, ;

- коэффициент трения поверхностей колес и рельсов, ;

Рв1 Рв2- вертикальные составляющие силы реакции набегающего и ненабегающего колес на головку рельса;

Рб - боковое усилие взаимодействия гребня набегающего колеса и головки рельса;

- допускаемое значение коэффициента запас устойчивости.

Допускаемое значение коэффициента запаса устойчивости для для грузовых вагонов =1,4.

Вертикальные реакции рельсов определяются по формуле

 (14)

где сила тяжести обрессоренных частей вагона, действующая на шейку оси колесной пары;

вес колесной пары, = 1,54 т;

- средние значения коэффициентов вертикальной и боковой динамики.

сила действующая от рамы;

расстояние от точек контакта до середины оси, = 0,250 м;

расстояние от точек контакта до середины оси, = 0,220 м;

- расстояние между серединами шеек осей, для стандартных колесных пар ;

расстояние между точками контакта колес с рельсами,

- радиус средневзвешенного колеса,

(15)

(16)

Расчетное значение коэффициента вертикальной динамики

(17)

Для скоростей движения в диапазоне 100-120 км/ч коэффициент вертикальной динамики определяется

 (21)

где а - коэффициент, принимаемый равным 0,15 - для элементов тележки;

b - коэффициент, учитывающий влияние числа осей n тележке.

(22)

v - скорость движения вагона, соответствующая рассматриваемому расчетному режиму нагружения, м/сек

fст - статический прогиб рессорного комплекта, fст = 0,05 м

Расчетное значение коэффициента динамики боковой качки

(20)

Статическая нагрузка на шейку оси колесной пары

(21)

Где Ро - осевая нагрузка, Ро = 23,5 тс.

 (22)

Расчетное значение рамной силы

(23)

Где коэффициент учитывающий тип ходовых частей вагона, для грузовых вагонов .

Следовательно

Расчетный коэффициент запаса устойчивости , больше нормативного . Следовательно устойчивость колесной пары против схода с рельсов соблюдается.

Заключение

В данном курсовом проекте было произведено исследование и расчет основных параметров двухосной тележки.

Отражены классификационные признаки тележки, проверены линейные размеры по результатам вписывания в габарит. Спроектированы основные узлы тележки. Выполнен расчет на прочность боковой рамы тележки на вертикальные нагрузки.

Список использованных источников

1. Лукин В.В., Шадур Л.А., Котуранов В.Н., Хохлов А.А., Анисимов П.С. Конструирование и расчет вагонов. М.: УМК МПС России, 2000 - 731 с.

2. ГОСТ 9238-2013

3. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных), ГосНИИВ - ВНИИЖТ, М., 1996. Изменения и дополнения.

4. Смольянинов, А.В. Конструирование и расчет вагонов. - Екатеринбург, УрГУПС, 2004. - 59 с.

5. Лапшин В.Ф., Павлюков А.Э., Черепов О.В. Компьютерные технологии проектирования и расчета вагонов: Учебное пособие. - Екатеринбург, УрГУПС, 2003. - 108 с.

6. Петров Г.И., Козлов И.В., Котуранов В.Н. Филиппов В.Н. Основные положения нормативной базы на вагоны колеи 1520 мм (несамаходных) железных дорог России: методические указания. - Екатеринбург, УрГУПС, 2008. - 52 с.

7. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. М. 2014

8. Бачурин Н.С. Ходовые части грузовых и пассажирских вагонов. Методическое пособие. - Екатеринбург, УрГУПС, 2007 - 61 с.

9. Шадур Л.А. Расчет вагонов на прочность. - М., 1971 - 432 с.

10. Лапшин В.Ф., Орлов М.В., Пяткова А.Г. и др. Вагоны и вагонное хозяйство: Методическое руководство к дипломному проектированию. - Екатеринбург, УрГУПС, 2005 - 120с.

11. Удальцов А.Б. Тормоза подвижного состава Ч. 1. - М., 2003 - 150 с.

Размещено на Allbest.ru

...