3411

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электрический железнодорожный транспорт»

ОСНОВЫ ДИНАМИКИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для студентов специальности 190300 «Подвижной состав железных дорог»

специализаций «Электрический транспорт железных дорог» и «Высокоскоростной наземный транспорт»

очной и заочной форм обучения

Составители: Н.Н. Капранов В.А. Силаев Н.Ф. Лукин А.С. Тычков

Самара

2014

1

УДК 629.423.1

Основы динамики подвижного состава : методические указания к расчетно-

графических работ для студентов специальности 190300 «Подвижной состав железных дорог» специализаций «Электрический транспорт железных дорог» и «Высокоскоростной наземный транспорт» очной и заочной форм обучения / составители : Н.Н. Капранов, В.А. Силаев, Н.Ф. Лукин, А.С. Тычков. – Самара : СамГУПС, 2014. – 30 с.

В методических указаниях излагаются методы расчетов основных сил, возникающих в процессе движения электроподвижного состава с учетом систем гибкого рессорного подвешивания, анализ безопасности движения экипажа в кривой по опрокидыванию, действию боковой силы и условий комфорта по величине поперечного ускорения и вертикальных колебаний. Объектом расчетов является унифицированная тележка моторного вагона электропоезда ЭД4М.

Утверждены на заседании кафедры 27.03.2014 г., протокол № 7. Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Составители: Капранов Николай Николаевич Силаев Валерий Алексеевич Лукин Николай Федорович Тычков Александр Сергеевич

Рецензенты: к.т.н., зав. кафедрой «Локомотивы» СамГУПС А.Ю. Балакин; начальник МВД «Безымянка» А.Ю. Паршин

Под редакцией составителей

Подписано в печать 25.04.2014. Формат 60х90 116 . Усл. печ. л. 1,88. Тираж 100 экз. Заказ 83.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2014

2

ВВЕДЕНИЕ

Данные расчетно-графические (РГР) работы по дисциплине «Основы динамики подвижного состава» посвящены оценке безопасности движения экипажа в кривой и условий комфорта пассажиров и работы локомотивной бригады.

Объектом расчетов является унифицированная тележка электропоезда ЭД4М чертеж которой приведен ниже. Безопасность обеспечивается в том случае, если система действующих на экипаж сил не нарушает устойчивости движения и не ведет к высоким напряжениям и деформациям в конструкциях экипажа и пути.

В первой РГР производится расчет статических сил, действующих на тележку и сил, медленно изменяющихся по времени. Вторая РГР является логическим продолжением первой и посвящена расчету динамических усилий от воздействия пути, их влиянию на прочность элементов конструкции тележки, на обеспечение условий комфорта пассажиров и работы локомотивной бригады.

Для четкого представления системы действующих сил и упрощения расчетов, а также для более детального ознакомления с тележкой необходимо составить расчетную схему рамы тележки и определить величину статических и динамических нагрузок от оси колесных пар на рельсы, от собственного веса рамы, тяговых двигателей, кузова и неподрессоренных частей, провести анализ жесткости систем центрального и буксового рессорного подвешивания в условиях динамического нагружения. Затем рассчитывают центробежные силы и реакции при движении экипажа в кривой. После определения по результатам предыдущих пунктов суммарных нагрузок от колес на рельсы, необходимо будет оценить, как обеспечиваются условия безопасности и условия комфорта по величине поперечного ускорения. Далее, после определения жесткости систем центрального и буксового рессорного подвешивания, необходимо оценить обеспечение условий комфорта элементами этих систем по вертикальным колебаниям при заданных исходных данных движения рассматриваемого электропоезда.

При расчете и защите расчетно-графической работы по данной дисциплине студент должен освоить следующие профессиональные компетенции согласно ФГОС-3.

ПК-7: Способность применять методы расчета и оценки прочности сооружений и конструкций на основе знаний законов статики и динамики твердых тел, исследовать динамику и прочность элементов подвижного состава, оценивать его динамические качества и безопасность в среде стандартных пакетов программ для инженерных расчетов.

ПК-33: Способность выполнять расчеты типовых элементов технологических машин и подвижного состава на прочность, жесткость и устойчивость, оценить динамические силы, действующие на детали и узлы подвижного состава, формировать нормативные требования к показателям безопасности, выполнять расчеты динамики

3

подвижного состава и термодинамический анализ теплотехнических устройств и кузовов подвижного состава.

ПК-37: Способность выполнять математическое моделирование процессов и объектов на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и исследований.

ПК-38: Умение составлять описания проводимых исследований и разрабатываемых проектов, собирать данные для составления отчетов, обзоров и другой технической документации.

ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Определить действующие статические и динамические нагрузки на раму унифицированной тележки моторного вагона электропоезда ЭД4М, произвести оценку безопасности движения экипажа в кривой и условий комфорта.

Эти данные выбираются из таблицы 1 по двум последним цифрам номера зачетной книжки или шифра студента.

4

Таблица 1 – Варианты исходных данных

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

Для успешного выполнения и защиты расчетно-графических работ студент должен четко представлять себе физическую сущность проводимых расчетов в каждом разделе, разбираться в них, используя методические указания и рекомендованную литературу. Перед выполнением каждого раздела нужно тщательно прочитать методические указания, осмыслить методику расчетов и порядок их выполнения.

Расчетно-графическая работа состоит из расчетной записки и рисунков, графиков к ней, оформленных с учетом требований ЕСКД (ГОСТ 7.32-2001; ГОСТ 7.1-2003;

ГОСТ 8.417-2002; ГОСТ 2.004-88; ГОСТ 7.12-93).

Записка пишется на одной стороне каждого листа. С правой стороны листа оставляют поля шириной 10 мм, с левой стороны, сверху и снизу – 20 мм.

5

На обложке записки нужно указать название расчетно-графической работы, учебной дисциплины, специальность, курс, на котором учится студент; фамилию, инициалы, вариант.

Вначале записки отражается содержание расчетно-графической работы, задание и все исходные данные в соответствии с номером варианта.

Расчетная записка оформляется в соответствии с рекомендациями программы, отраженной в методических указаниях по выполнению работы. В ней после номера раздела и его заголовка указывают номер пункта и его заголовок и проводят требуемые расчеты, при этом заголовки подчеркивают или выделяют отдельным шрифтом. Записка должна быть написана аккуратно, разборчивым почерком.

Вкаждом пункте записки приводят необходимые обоснования к выбору расчетной величины, рассуждения и расчетные формулы. Все рассуждения следует излагать только своими словами и как можно короче. Не следует переписывать текст методических указаний или выдержки из учебников. Формулы пишут в общем виде, после чего через знак равенства указывают числовые значения входящих в нее величин, и затем результат. Значения символов и числовых коэффициентов, входящих в формулы, расшифрованы в задании. В расчетно-графической работе их повторять необязательно. Однако при защите необходимо объяснить их значение.

Если на основании расчетной формулы заполняется таблица или графа (строка) таблицы, то записывают формулу в общем виде и затем один раз приводят ее численное выражение и результат с указанием значения параметра, для которого результат получен.

Все графики нужно выполнять карандашом на миллиметровой или обычной бумаге в координатной сетке тонкими линиями. Для удобства построения и пользования графиками координатные оси нужно проводить по жирным линиям миллиметровой бумаги. Расчетные точки, через которые проводят линии графика, должны быть выделены на кривой.

Все таблицы и графики должны иметь сквозную нумерацию. Они размещаются после ссылки на них в тексте записки или на следующей странице (если выполнены на отдельном листе).

Все расчеты выполняют с точностью до трех значащих цифр. При выполнении расчетов на вычислительной технике производится соответствующее округление.

После получения отрецензированной работы студент должен аккуратно исправить все ошибки и сделать требуемые дополнения. Для исправлений можно использовать обратную сторону предыдущего листа.

6

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ТЕЛЕЖКИ

Унифицированная тележка моторного вагона электропоезда ЭД4М (рисунок 1) двухосная, с шарнирно-поводковыми буксовыми узлами и с двухступенчатым рессорным подвешиванием. В буксовой и центральной ступенях рессорного подвешивания применяют винтовые цилиндрические пружины и гасители колебаний: фрикционные 3 в первой и гидравлические 2 во второй ступени.

Рисунок 1 – Тележка моторного вагона электропоезда ЭД4М:

1 – рама; 2 – гидравлический гаситель колебаний; 3 – фрикционный гаситель колебаний; 4 – узел буксового рессорного подвешивания; 5 – узел центрального рессорного подвешивания; 6 – буксовый поводок; 7 – тяговый редуктор; 8 – упругая муфта; 9 – тяговый электродвигатель; 10 – поводок тележки; 11 – боковой скользун; 12 – рычажно-тормозная передача; 13 – шкворневой брус

7

Рама тележки сварная, Н-образная. Боковая продольная балка – боковина 1 сварена из двух штампованных профилей и усилена в средней части накладками. На поперечной балке, сваренной из двух штампованных элементов, крепят тяговые двигатели и подвешивают редукторы. Места сварки боковых и поперечных балок усилены накладками.

Рама тележки через пружины 4 и шарнирные поводки 5 опирается на корпус буксы. С крышкой буксы соединен поводок фрикционного гасителя колебаний 3, закрепленного на боковине 1.

Центральное подвешивание, развязывающее кузов и раму тележки в поперечной плоскости, состоит из надрессорного шкворневого бруса 13, двух комплектов двухрядных винтовых пружин 5, двух поддонов для установки этих пружин, четырех двойных подвесок для подвешивания поддонов на боковинах рамы и наклонных гидравлических демпферов – гасителей колебаний 2. Благодаря наклону, демпферы гасят как вертикальные, так и поперечные колебания надрессорного строения.

Для передачи сил тяги и торможения шкворневый брус связан с рамой тележки двумя поводками 10 с резинометаллическими элементами, компенсирующими продольные и угловые колебания надрессорного строения.

Каждая колесная пара моторной тележки посредством зубчатого редуктора 7 и резинокордной муфты 8 связана со своим тяговым двигателем 9. Жесткий корпус редуктора сохраняет централь – межцентровое расстояние зубчатой пары; он опирается через подшипники на ось колесной пары, а задним концом с помощью специального устройства подвешен к кронштейну поперечной балки. Подвеска воспринимает вес и реактивную нагрузку при работе тягового двигателя.

Таблица 2 – Значения размеров рамы тележки

Опорно-рамное подвешивание тягового двигателя выполнено так, что уступами нижней части остова он устанавливается на опоры поперечной балки, а приливы в

8

верхней части остова служат для расклинивания их с выступами балки, чтобы обеспечить плотное прилегание остова двигателя к поперечной балке.

Упругая резинокордная муфта 8 служит для передачи момента от вала жестко закрепленного на раме тележки тягового электродвигателя, на вал малой шестерни ограниченно подвижного редуктора. Одновременно она снижает динамические нагрузки в тяговом приводе, благодаря гибкости ее упругой оболочки.

Значения размеров рамы тележки для построения расчетной схемы приведены в таблице 2.

1 РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

1.1 Построение расчетной схемы

Для проведения расчетов на основе чертежа рамы тележки строится ее расчетная схема. В расчетной схеме элементы рамы заменяются стержнями, оси которых проходят через центры тяжести поперечных сечений этих элементов. Для удобства расчетов все основные стержни условно принимают лежащими в одной плоскости – расчетной плоскости рамы на уровне центра тяжести боковины рамы. Кронштейны крепления поводков представлены Г-образными консолями в местах установки пружин буксового рессорного подвешивания. Нагрузки от подвески редукторов передаются на консольные продольные стержни, закрепленные в шкворневой балке.

y

Рисунок 1.1 – Расчетная схема

9

Порядок оформления

1)Изучить конструкцию тележки [1, 2], конструктивные особенности основных элементов и начертить расчетную схему рамы тележки, как показано на рисунке 1.1.

2)Указать на схеме основные размеры и действующую статическую нагрузку.

1.2 Вертикальная статическая нагрузка

Рама тележки находится под действием собственного веса элементов рамы с закрепленными на них всевозможными кронштейнами и деталями тормозной системы: веса кузова и элементов центрального подвешивания; веса и крутящего момента от консольно-закрепленных тяговых электродвигателей; реакций рессорных подвесок.

Собственный вес рамы можно ориентировочно представить равномерно распределенной нагрузкой, интенсивность которой q определяется, исходя из заданного веса рамы и суммарной длины стержней расчетной схемы, полученных по чертежу тележки.

Вес кузова и надрессорной шкворневой балки центрального рессорного подвешивания можно показать на расчетной схеме в виде четырех составляющих сосредоточенных нагрузок Рʹк, приложенных к раме в местах крепления люлечных подвесок. Величина сил Рʹк при одинаковой для всех вариантов массе тележек зависит от загрузки вагона.

Силы Рд и моменты Мд от веса тяговых двигателей действуют на опорные кронштейны рамы и изображаются на схеме в плоскости, проходящей через середину длины тяговых электродвигателей. Положение этой плоскости можно определить по рисунку в приложении.

Перечисленные нагрузки уравновешиваются реакциями пружин буксового подвешивания, которые можно определить, зная указанные в задании массы отдельных частей вагона.

Нагрузка от оси колесной пары на рельс определяется, кН:

где g = 9,81 м/сек2;

mв – масса вагона в расчете на одну колесную пару, т. 4

Масса вагона определяется как сумма масс отдельных частей, т:

где mк – масса кузова;

mнп – масса неподрессоренных частей в расчете на одну колесную пару; mд – масса тягового двигателя;

mр – масса рамы тележки.

10