Шилер-9.75

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Омский государственный университет путей сообщения

В. В. Шилер, А. П. Шатохин

КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ЭЛЕКТРОВОЗА

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве практикума к выполнению практических работ

по дисциплине «Основы механики подвижного состава. Прочность конструкции ЭПС»

Омск 2015

УДК 629.4.027.23 (075.8) ББК 39.22-04я73

Ш57

Конструкция и расчет прочности колесной пары электровоза: Прак-

тикум / В. В. Шилер, А. П. Шатохин; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2015. 26 с.

Представлены сведения о назначении, устройстве и работе колесной пары локомотивов, от технического состояния которой зависит безопасность движения поездов.

Приведена методика расчета колесной пары электровоза на прочность при опорно-осевом подвешивании тягового электродвигателя. Указаны исходные данные для определения действующих расчетных усилий в колесной паре, а также изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Все это позволяет оценить напряженное состояние и несущую способность оси колесной пары локомотива.

Практикум предназначен для выполнения практических занятий по дисциплине «Основы механики подвижного состава. Прочность конструкций ЭПС» студентами специальности «Подвижной состав железных дорог», специализации «Электрический транспорт железных дорог». Может быть использован при разработке дипломного проекта.

Библиогр.: 7 назв. Табл. 3. Рис. 11.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор А. А. Рауба; канд. техн. наук Н. Г. Макаренко.

__________________________

© Омский гос. университет путей сообщения, 2015

2

ВВЕДЕНИЕ

Железнодорожный транспорт представляет собой сложный народнохозяйственный комплекс, бесперебойная работа которого требует слаженной работы всех его звеньев. Важнейшим звеном железнодорожного транспорта является тяговый подвижной состав, от технического состояния которого зависят выполнение установленного плана перевозок и безопасность движения поездов.

За последние годы вследствие роста интенсивности перевозок значительно усложнилась проблема обеспечения безопасности движения и безотказной работы локомотивов, которая в значительной степени зависит от уровня надежности узлов и элементов механической части. Кроме того, в области взаимодействия тягового подвижного состава и рельсового пути появились новые методики расчета узлов механической части с применением современной вычислительной техники. Поэтому студентам необходимо получить знания о характере изменения нагрузок, режимах нагружения узлов и элементов механической части, причинах выхода их из строя и ознакомиться с современными методами их расчета, чему будет способствовать материал, представленный в настоящем издании.

5

1. КОЛЕСНЫЕ ПАРЫ (практические занятия 1, 2)

Ц е л ь з а н я т и й: изучить условия работы, классификацию и устройство колесных пар электроподвижного состава.

1.1. Краткие теоретические сведения

Колесные пары являются одним из наиболее ответственных элементов механической части локомотивов, так как от их состояния непосредственно зависит безопасность движения. Колесные пары передают нагрузку от массы локомотива на рельсы, направляют движение локомотива по рельсовой колее, обеспечивают реализацию силы тяги. Колесные пары также воспринимают динамические силы, связанные с колебаниями локомотива и ударами при движении по рельсовому пути. Для снижения этих сил целесообразно уменьшать массу колесных пар.

Силы взаимодействия колес и рельсов зависят от конфигурации профиля бандажа, которую следует выбирать так, чтобы обеспечивалась безопасность движения.

Взаимное проскальзывание колес, связанное с разностью их диаметров, снижает реализуемую силу тяги, поэтому целесообразно выбирать такой профиль колеса, чтобы износ поверхности катания в процессе эксплуатации был минимальным.

В зависимости от конструкции колесного центра принята следующая классификация колесных пар:

–спицевые (электровозы ВЛ19, ВЛ22м, моторные вагоны электропоездов);

–дисковые литые (электровозы ВЛ23, ВЛ8, ВЛ60, ВЛ80);

–дисковые катаные (электровозы Ф и Фп );

–цельнокатаные.

Спицевые, дисковые литые и дисковые катаные колеса являются сборными. Они обычно состоят из колесного центра, бандажа и заводного (бандажного) кольца. Дисковые цельнокатаные колесные пары являются безбандажными.

Поскольку условия работы отдельных частей колесной пары существенно различаются, ее формируют из оси, колесных центров, бандажей и зубчатых

6

колес. Колесные пары локомотивов с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей достаточно широко унифицированы. Колесная пара электровозов ВЛ60, ВЛ10, ВЛ80 (рис. 1.1) состоит из оси 1, двух движущих колес, состоящих из колесных центров 2 и бандажей 5 с бандажными кольцами 4. Зубчатые колеса 3 насажены на удлиненные втулки колесных центров.

Рис. 1.1. Схема колесной пары электровоза ВЛ10: 1 – ось; 2 – колесный центр; 3 – зубчатое колесо; 4 – бандажное кольцо; 5 – бандаж

Односторонняя зубчатая передача применена на пассажирских электровозах ЧС1, ЧС2, ЧСЗ (рис. 1.2). Здесь венец зубчатого колеса 1 прикреплен болтами 2 к корпусу 3 колесного центра. Удлиненная ступица 4 служит для посадки подшипников качения редуктора зубчатой передачи.

Рис. 1.2. Схема колесной пары электровозов ЧС1, ЧС2, ЧСЗ

7

Аналогичную конструкцию имеют колесные пары моторных вагонов электропоездов ЭР (рис. 1.3, а, б). Подшипники 2 под редуктор 1 зубчатой передачи насажены непосредственно на ось. Кольцо 3 предназначено для заземления.

а

б

Рис. 1.3 Схема колесной пары моторного вагона электропоезда

8

1.2. Оси колесных пар

Наиболее ответственной частью колесной пары является ось, работающая при вращении колесной пары по симметричному знакопеременному циклу, т. е. при каждом обороте колеса напряжение изгиба меняет свой знак. В результате в материале оси возникают усталостные явления.

При работе по симметричному циклу особенно опасна концентрация напряжений, которая появляется в местах перехода от одного сечения к другому. Ось имеет диаметры различной длины в зависимости от испытываемых усилий и назначения отдельных ее участков, а также от типа подшипников, числа и способа насадки зубчатых колес. Если переход между цилиндрическими поверхностями разных диаметров имеет форму ступеньки, то в этих местах формируются концентраторы напряжений, которые показаны на рис. 1.4, а. Концентратор напряжений снижает ресурс детали на 40 ÷ 50 %, но самое опасное состоит в том, что концентратор напряжений может стать причиной излома детали в непредсказуемый момент. Поэтому во избежание возникновения концентраторов напряжений все переходы с одного диаметра оси на другой сопрягают плавными кривыми – галтелями (рис. 1.4, б).

Оси выполняют из заготовок, прокатанных из специальной углеродистой стали Ос. Л ГОСТ 3281-86. Для повышения предела усталости цилиндрические поверхности оси (кроме средней части) и их галтели упрочняют накаткой роликами с усилием 30 – 40 кН. При этом предел выносливости стали повышается примерно в три раза.

На наружной поверхности заготовок не должно быть трещин, расслоений и других дефектов. Ось изготавливают ковкой с последующей нормализацией и отпуском.

Ось унифицированной колесной пары электровозов ВЛ10, ВЛ60, ВЛ80 (рис. 1.5) имеет две буксовые шейки 1, предподступичные части 2 (на них насаживают лабиринтные кольца осевой буксы), подступичные части (на них напрессовывают колесные центры), шейки моторно-осевых подшипников 4 и среднюю часть.

9