Лекция №12 Колесные пары .


Назначение колесных пар. Колесная пара предназначена для передачи на рельс веса локомотива, для реализации силы тяги и тормозных сил. Она обеспечивает заданное направление и устойчивость движения. Колесная пара воспринимает удары, возникающие от неровностей пути как в вертикальном, так и горизонтальном направлении, и сама жестко воздействует на путь. В связи с этим при проектировании колесной пары стремятся к снижению ее веса при одновременном повышении надежности.

Колесные пары различают по способу подвешивания ТЭД. При опорно-рамном передача крутящего момента от него к колесной паре осуществляется при помощи упругих муфт, обеспечивающих относительное перемещение колесной пары и ТЭД. В таких конструкциях ведомая шестерня с осью колесной пары не связана. При опорно-осевом подвешивании большое зубчатое колесо непосредственно напрессовано на ось колесной пары. На тепловозах с электрической передачей применяют колесные пары с односторонней прямозубой передачей, с модулем 10 или 11. На тепловозах применяют колесные пары с внешними шейками, т. е. колеса располагаются внутри рамы тележки. Исключения составляют тепловозы с механической передачей.

Классификация колесных пар. В зависимости от конструкции колесного центра колесные пары классифицируются:

– по способу подвешивания ТЭД: на опорно-осевые и опорно-рамные;

– числу тяговых редукторов: один или два. Один редуктор устанавливается на тепловозных колесных парах, а два – на электровозных колесных парах;

– конструкции буксовых шеек: с внешними, т. е. колеса располагаются внутри рамы и с внутренними, т. е. колеса располагаются снаружи рамы. Все магистральные и маневровые тепловозы имеют внешнее расположение буксовых шеек;

– конструкции колесного центра: спицевые, бандажные (ТЭП70, ВЛ80); дисковые бандажные (3ТЭ10М, 2ТЭ116, ТЭМ2); катанные безбандажные (ТГ16).

Спицевые и дисковые колеса относятся к числу сборных: они состоят из колесного центра, бандажа и укрепляющего кольца. В цельнокатанных колесах бандаж и колесный центр представляют собой единое целое. Их применение позволяет снизить вес колесной пары на 500 кг. Недостатком таких колесных пар является удорожание ремонта, так как при износе бандажа приходится заменять колесный центр.

Расчет на прочность оси колесной пары

Оси колесных пар изготавливают свободной ковкой из стали марки СтОсЛ с последующей нормализацией. После токарной обработки подступичная часть и шейки подвергаются накатке роликом с нажатием
30–40 кН на глубину 6–7 мм. Ось имеет следующие части: шейку – для монтажа подшипников буксы, предподступичную часть – для монтажа лабиринтного уплотнения, подступичную часть, для монтажа колесного центра и зубчатого колеса, среднюю часть, которая имеет шейки под моторно-осевые подшипники.

Оси коленных пар локомотивов работают со знакопеременными напряжениями. Как показывают испытания, цикл изменения напряжений близок к симметричному. Частота основного цикла изменений напряжений от нагрузки на шейки осей совпадает с числом оборотов колеса в секунду. На напряжения основного цикла накладываются напряжения, зависящие от ускорения от неподрессоренных частей. Частота этих ускорений связана с жесткостью рельсового пути и самой оси. Она значительно выше частоты основного цикла.

Как показали испытания и расчеты, ускорения неподрессорненных частей достигают 5–7 g, поэтому силы инерции, нагружающие шейки оси, достигают больших величин и должны учитываться при расчете.

Усталостные трещины в осях локомотивов появляются в результате длительного воздействия знакопеременной нагрузки и возникают в зоне прессовых посадок, вблизи сечений ограничивающих посадку. Уменьшение прочности вызывается остаточными напряжениями растяжения, которые, складываясь с напряжениями переменного цикла при движении локомотива, уменьшают прочность оси в зоне посадок.

Для повышения усталостной прочности оси подвергаются накатки, которая создает в поверхностных слоях металла напряжения сжатия, компенсирующие напряжения растяжения от посадки сопряженных деталей.

При расчете оси на прочность учитывают следующие силы (рис. 13.1):

– РШН, РШВН – нагрузка на шейки оси со стороны наружного и внутреннего рельса от статического веса при движении в кривом участке пути: РШ = РСТ и определяется по результатам развески локомотива. При этом шейка колеса, движущегося по наружному рельсу, испытывает нагрузку на 30 % больше, чем другая шейка

 

РШН = 1,3 РВН; (13.1)

 

– RH, RВН – вертикальные реакции от рельс, которые определяются из выражения

RH, RВН = РСТ ± + , (13.2)

 

где С – центробежная сила, приходящаяся на тележку; С1 – горизонтальная составляющая от массы локомотива, возникающая от возвышения наружного рельса; h – величина возвышения наружного рельса; 2S – расстояние между кругами катания колесной пары; m – число колесных пар; YP – рамное давление от колеса на головку рельса; YP = 0,6 РСТ; R – радиус кривой; + для наружного рельса; – для внутреннего.

В свою очередь

С = , (13.3)

 

где G – масса локомотива, приходящаяся на тележку; V – конструкционная скорость; R – радиус кривой.

 

 

Рис. 13.1. Схема сил к расчету оси колесной пары

 

С1 = , (13.4)

 

где G – масса локомотива; YP – рамное давление на головку рельса, равно 0,6 YСТ; 2S – расстояние между кругами катания колеса, равно
1,6 м; = 2S;

– вертикальная и горизонтальная составляющие давления на зуб шестерни от крутящего момента ТЭД

 

РЗ= , (13.5)

 

где РЗ – вертикальная и горизонтальная составляющие давления на зуб колеса от крутящего момента ТЭД; МD – крутящий момент на валу якоря ТЭД; DЗК – диаметр зубчатого колеса

 

МД = , (13.6)

 

где РD – мощность ТЭД; nДЛ – длительная частота вращения якоря ТЭД;

 

nДЛ = , (13.7)

 

где VР – расчетная скорость локомотива; nmax – максимальная частота вращения якоря ТЭД; Vкон – конструкционная скорость локомотива;

– РД – вертикальная составляющая от веса ТЭД на шейки колесной пары

РД = QТЭД, (13.8)

где QТЭД – масса ТЭД;

– РР – вертикальная составляющая от реактивного момента остова ТЭД на шейки колесной пары

 

РР = , (13.9)

 

где МР – реактивный момент, который равен МД, но имеет обратный знак; с – расстояние между осью колесной пары и якорем ТЭД; d – расстояние между якорем ТЭД и опорой ТЭД на пружинную подвеску;

– РЗЛ, РЗП – вертикальная составляющая, передаваемая на шейки МОП от силы РЗ:

РЗЛ = ; (13.10)

 

PЗП= , (13.11)

 

где а – расстояние между серединой шестерни до середины левого МОП; b – расстояние между серединами левого и правого МОП;

– РИ – силы инерции от масс букс и МОП при вертикальных ускорениях

 

РИ = ΣQМ J, (13.12)

 

где QМ – масса букс и МОП; J – ускорение, равное 5–7 g.

Цель расчета оси – определить ее оптимальные размеры, которые должны позволять заменять ось не по трещинам, а по ее износу. Влияние крутящего, а также изгибающего моментов от силы тяги в горизонтальной плоскости при средних скоростях настолько мало, что можно ограничиться определением напряжений в опасных сечениях от изгибающих моментов в вертикальной плоскости. По приведенной схеме определяют моменты для расчетных сечений от вертикальных и горизонтальных сил, возникающих при движении в кривом участке пути.

Предел усталости стали по трещинообразованию в зоне подступичной части составляет s = 0,6–0,75 МПа. Предел усталости по излому на шейке в зоне посадки роликовых подшипников составляет s = 0,7–0,85 МПа. При этом следует помнить, что предел усталости по трещинам ниже, чем по излому.

Результатом расчета является определение диаметра оси в расчетных сечениях по формуле

 

D = , (13.13)

 

где М – результирующий изгибающий момент; ns – запас прочности; – предел усталости по трещинообразованию.

Например, ось колесной пары тепловоза 3ТЭ10М имеет следующие размеры: диаметр шейки – 160 мм, диаметр подступичной части – 235 мм, диаметр шейки под МОП – 236 мм.

 



Дата добавления: 2022-05-27; просмотров: 244;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.014 сек.