Материал представляет собой курсовую работу по дисциплине «Транспортные системы», посвящённую разработке эскизного проекта тележки электровоза. Приведены исходные данные для проектирования, тип и назначение подвижного состава, параметры нагрузки, конструктивные ограничения и требования к рессорному подвешиванию. Показаны эскизы рамы тележки, первая и вторая ступени рессорного подвешивания, а также шарнирно-поворотный шарнир. Материал может быть полезен студентам и начинающим инженерам.
Курсовая работа выполнена в Иркутском государственном университете путей сообщения (факультет «Транспортные системы», кафедра «Электроподвижной состав»). Тема работы – «Разработка эскизного проекта тележки электровоза». В работе рассматривается грузовой электровоз, для которого разрабатывается конструкция тележки с учётом заданных эксплуатационных и конструктивных параметров.
В методических материалах приведён список исходных данных: вариант задания, тип подвижного состава (грузовой электровоз), осевая нагрузка, тип главного привода, величина бегунковой нагрузки, конструкционная скорость и назначение тележки. Заданы параметры рессорного подвешивания, расчётные нагрузки, тип колесных пар, требования к прочности и жёсткости рамы. Эти данные служат основой для последующего расчёта габаритов, выбора элементов подвески и компоновки узлов тележки.
В курсовой работе подробно рассматриваются первая и вторая ступени рессорного подвешивания. На рисунке 1 показана первая ступень рессорного подвешивания: рама тележки, клинчатый фрикционный гаситель колебаний, комплект цилиндрических пружин и гидроамортизатор. На рисунке 2 представлена вторая ступень подвешивания, включающая набор цилиндрических пружин, чашки, направляющие и опорные детали. Описывается принцип работы ступеней подвески, распределение нагрузок и роль демпфирующих элементов в снижении вибраций и ударных воздействий.
На рисунке 3 приведён укрупнённый чертёж узла второй ступени рессорного подвешивания, включающего корпус, набор пружин, прокладки и элементы крепления. Подробно показаны посадочные места и взаимодействие деталей между собой. На рисунке 4 иллюстрируется шарнирно-поворотная шпора «Элликон», приводится схематичное изображение узла и кинематическая схема с использованием данной шпоры. Шарнир обеспечивает передачу сил и моментов между рамой тележки и кузовом электровоза, а также воспринимает продольные и поперечные нагрузки в процессе движения.
Раздел, посвящённый раме тележки, содержит эскиз рамы с интерферией связи, изображённый сверху. На рисунке 5 показан эскиз рамы промежуточной тележки электровоза с указанием основных габаритных размеров и расположением вырезов под оборудование и подвеску. Рассматриваются особенности конструкции продольных и поперечных балок, опорных площадок под буксы и точки крепления элементов подвески. Приводятся рекомендации по обеспечению прочности, жёсткости и технологичности изготовления рамы.
На рисунке 6 представлена промежуточная тележка электровоза с опорным рессорным подвешиванием. Приведены два вида: вид сбоку и вид сверху. Показано размещение колесных пар, буксовых узлов, элементов рессорного подвешивания, а также опорных узлов, взаимодействующих с кузовом электровоза. Описывается общая компоновка тележки, взаиморасположение основных узлов и их связь с рамой. Данный эскиз служит основой для дальнейшей детальной проработки конструкции и расчёта прочности элементов тележки.
На первой странице приведена схема рамы трёхосной тележки с тремя колесными парами и обозначением общей длины L и промежутков a1 и a2 между осями колесных пар. Даны исходные допущения по размерам: b1 = 0,2 м, b2 = 0,3 м, b3 = 0,9 м, k = 0,2 м, d = 0,08 м, Dk1/2 = 1,25 м и Dqb = 0,252 м (приблизительно). На основе этих величин составлены индивидуальные расчётные формулы: 2a = a1 + a2; a1 = Dk1/2 + b1 + b2 + k + Dqb; a2 = Dk1/2 + b3 + k + Dqb; А = b1 + k + Dqb; Б = Dk1/2 + d + b1; e = Dqb + k; c = Dk1/2 + d и др. Подстановкой численных значений получены размеры: a1 ≈ 2,037 м, a2 ≈ 2,637 м, 2a = 4,674 м, A ≈ 1,252 м, Б ≈ 0,885 м, далее определяется общая длина рамы L = A + 2a + Б ≈ 6,811 м.
Во второй части представлена таблица 1 «Весовая ведомость электровоза с опорно-рамным подвешиванием тяговых двигателей». Таблица включает наименования деталей, количество деталей на одну тележку, вес одной детали (кН) и суммарный вес деталей, приходящийся на тележку. В разделе «1. Орессоренный вес тележки, Рт.обр.» перечислены элементы рамы тележки: боковая рама (2 шт., суммарно 26 кН), средняя поперечная балка (1 шт., 4 кН), шкворневая балка (1 шт., 8,46 кН), передняя и задняя концевые балки (по 1 шт., по 3 кН), а также три тяговых двигателя (3 шт. по 37,77 кН, суммарно 113,31 кН) и тормозная система (15,5 кН). Далее указан неорессоренный вес тележки Рт.необр, включающий колесные пары в сборе (3 шт. по 30 кН, итого 90 кН) и рессорное подвешивание (15 кН). Полный вес тележки определяется как Рт = Рт.обр + Рт.необр и по данным ведомости составляет около 277,27 кН.
На третьей странице продолжается весовая ведомость с указанием сводных значений: вес электровоза, приходящийся на тележку (Рт = Рэл / n), вес кузова электровоза, приходящийся на тележку (Рк = Рт – Рт) и орессоренный вес электровоза, приходящийся на тележку, Робр = Рт.обр + Рк. Далее рассчитывается реакция в точке рессорного подвешивания рамы электровоза R = Робр / Np, где Np — число точек рессорного подвешивания на тележку. Внизу страницы приведена схема «Статическая развеска электровоза» и расчётная схема нагружения рамы тележки (рис. 8). На продольной балке рамы показаны реакции опор R и распределение сил от веса кузова, тележки и дополнительных нагрузок, ориентированных вдоль оси пути. Эта схема используется для последующего прочностного расчёта рамы тележки.
В первой части рассматривается проверка правильности составления расчётной схемы нагружения рамы тележки электрического привода (ЭП). Используется условие равновесия суммы проекций сил: ( sum R = P_k + 3R_a — P_3 — P_4 — P_{10} — P_{20} — P_{6b} — 2Q_{1,6} = 0 ). Подставляются числовые значения сил и реакций, после чего полученное выражение сводится к суммарной проверке: ( 12{,}38 + 75 — 292{,}7 — 3{,}37 — 27 — 9{,}13 + 8{,}67 + 2 cdot 100 = -137{,}2 + 200 = 62{,}8 neq 0 ). На этом основании делается вывод о необходимости уточнения схемы или исходных данных, после чего выполняется детализированная переразбивка нагрузок по отдельным участкам рамы.
Далее приводится расчётная схема нагружения рамы тележки с указанием опорных реакций и участков L1–L6. На схеме показано расположение сосредоточенных сил P1–P6, распределённых нагрузок и расстояний между точками приложения сил. Обозначаются длины участков: ( l_1, l_2, l_3, l_4, l_5, l_6 ), а также промежуточные размеры между опорами и местами приложения нагрузок. Эти данные используются для дальнейшего расчёта статической развески и определения реакций в опорах рамы.
В третьей части строится расчётная схема статической развески рамы тележки. Формируются выражения для сил в опорах P1–P6: ( P_1 = f_1 (P_3 + P_4) ), ( P_2 = f_2 (P_3 + P_4) ), ( P_3 = f_3 (P_k + P_3 + P_4) ) и т.д. Применяются уравнения моментов и уравнения равновесия для определения величин реакций. Отдельно записываются формулы для плеч ( l_{x1}, l_{x2}, … ), рассчитывается положение равнодействующей нагрузки и координаты приложений нагрузок относительно опор. На основе полученных значений проверяется условие равновесия и согласованность реакций в опорах.
Приводятся развёрнутые формулы для расчёта плеч и моментов по длине рамы: ( l_{x} = frac{-B^2 — k_2 — k_3 — R_3 — k_6 + P + l_1 (4l_1 + 2l_2 + l_3 + l_4 + 5l_5 + 4l_6)}{P_k / 2} ) и аналогичные выражения для ( l_{x2}, l_{x3}, … ). На основе подстановки численных значений длины участков и сил выполняется пошаговый расчёт: получаются промежуточные величины 2,545; 2,955; 4,183; 9,07; 10,57 и др., характеризующие расстояния и распределение нагрузок. Для контроля используются округлённые значения: ( l_{x} = 1{,}97; 2{,}545; 2{,}955; 4{,}183; 9{,}07; 10{,}57 ). Проводится сопоставление этих данных с исходной схемой и условиями статической развески.
После выполнения всех вычислений делается вывод о положении опор и распределении нагрузок по раме тележки. Отмечается, что полученные значения расстояний и реакций подтверждают корректность принятой расчётной схемы статической развески при уточнённых исходных данных. Формулируется итог: положение опор, реакции в них и распределение нагрузок удовлетворяют условиям статического равновесия, а расчёт может использоваться как пример решения задачи по проектированию и проверке рам тележек электрических приводов.
