6 Розрахунок загальної жорсткості ресорного підвішування

Ресорне підвішування призначене для зменшення динамічної дії коліс на рейки під час руху по нерівностям колії, динамічних і ударних зусиль, які передаються від рейок елементам візка та кузова. Ресорне підвішування, зменшуючи прискорення обресореної будови і вертикальні навантаження на нього та колію, забезпечує необхідну плавність ходу локомотива. З іншого боку, ресорне підвішування полегшує задачу правильного розподілу навантаження від ваги локомотива між колісними парами і забезпечує часткову передачу горизонтальних направлених сил з боку коліс на раму візка та кузов. Для забезпечення рівномірного перерозподілу навантажень по вісях і колесах локомотива в статиці і під час руху застосовують об єднання пружних елементів в групи шляхом з єднання їх між собою балансирами.

Схема ресорного підвішування приведена тепловоза 2ТЕ116 приведена на рисунку 6.1.

Рисунок 6.1- Схема ресорного підвішування тепловоза 2ТЕ116

Проводимо розрахунок пружини.

Пружини на міцність розраховують дотичному напруженню, яке допускається, при динамічному навантаженні =650 МПа.

Діаметр прутка d, м визначається з рівняння міцності пружини:

, (6.1)

звідки

, (6.2)

де - коефіцієнт, який враховує збільшення дотичного напруження в перерізі по внутрішній поверхні витка пружини за рахунок її кривизни й інших факторів, = 1,3;

- діаметр пружини, м;

- динамічне навантаження на пружину, Н.

Приймаємо динамічне навантаження на пружину:

; (6.3)

Н.

Один пружинний комплект включає в себе три пружини. Розраховуємо динамічне навантаження на кожну пружину за формулою:

; ; , (6.4)

де - динамічне навантаження на один пружинний комплект, кН.

кН; кН; кН.

За формулою(6.2) розраховуємо діаметр прутка пружини, мм:

мм;

мм;

мм.

Число робочих витків n_P визначають з рівняння деформації пружини:

, (6.5)

де - прогин пружини, приймаємо 0,126м ;

- модуль зрушення для сталі, = Мпа;

- статичне навантаження на пружину, кН.

кН.

Один пружинний комплект включає в себе три пружини. Розраховуємо статичне навантаження на кожну пружину за формулою:

; ; ,

; ;

За формулою (6.5)розраховуємо число робочих витків пружини:

витка;

витків;

витків.

Проводимо розрахунок гумового амортизатора.

Абсолютна деформація під статичним навантаженням приймається = =(0,1 -0,15)Н, де Н – первісна висота амортизатора. При великих значеннях гума швидко руйнується.

Гумові амортизатори працюють в межах пружної деформації відповідно до

закону Гука:

.

Розраховуємо абсолютну деформацію за формулою:

мм;

Відносна деформація буде дорівнювати:

, (6.6)

.

Напруга стиснення , Па, визначається за формулою:

, (6.7)

де , - відповідно зовнішній і внутрішній діаметри амортизатора, м.

Па.

Коефіцієнт форми Ф кільцевого амортизатора визначається за формулою:

, (6.8)

де Н- висота гумового амортизатора.

.

Основним показником, який оцінює властивості гуми, є твердість. Перехід від числа твердості до здійснюється згідно з емпіричною формулою:

; (6.9)

10⁶ Па.

Модуль пружності зв’язаний з модулем зсування гуми виразом .

Розраховуємо модуль пружності гуми, МПа:

МПа.

Розрахунковий модуль пружності амортизатора визначається за формулою:

(6.10)

10⁶ Па.

Визначаємо жорсткість ресорного підвішування.

Жорсткість гумового амортизатора визначається за формулою, Н/мм:

, (6.11)

де - площа амортизатора, мм².

Площу амортизатора визначаємо за формулою, мм²:

, (6.12)

мм².

За формулою (6.11) визначаємо жорсткість гумового амортизатора:

.

Жорсткість циліндричної пружини визначається за формулою:

; (6.13)

;

;

.

Жорсткість одного пружинного комплекту буде дорівнювати:

, . (6.14)

.

Загальна жорсткість пружинного комплекту при паралельному навантаженні буде дорівнювати:

(6.15)

.

Жорсткість одного візка буде дорівнювати:

, (6.16)

.

Визначаємо жорсткість однієї секції, Н/мм:

, (6.17)

.

Жорсткість ресорного підвішування візка, яка віднесена до колеса визначається за формулою, Н/мм:

, (6.18)

.

Статичний прогин ресорного підвішування показує величину осідання пружних елементів під дією статичного навантаження, мм.

, мм (6.19)

мм