4.0Определениеосновныхразмеровзубчатыхколес

Диаметры основной окружности зубчатого колеса и шестерни, мм

D_оск = mZ_бзк;

D_оск=10·76=760мм;

D_осш = mZ_ш;

D_осш=10·39=390 мм.

Диаметры вершин, мм

D_верк = D_оск + 2,5m;

D_верк=760+2,5·10=785 мм;

D_верш = D_осш + 2,5m;

D_верш=390+2,5·10=415 мм.

Диаметры впадин, мм

D_впк = D_оск – 2m;

D_впк =760-2·10=740 мм;

D_впш = D_осш – 2m;

D_впш = 390-2·10=370 мм.

4.4 Реактивный момент работы тэд

Реактивный момент от работы ТЭД

М₁ = nМ_двmax,

где n – число двигателей в одной тележке;

М_двmax – максимальный момент развиваемый двигателем, Нм.

М_двmax = ,

где М_кпmax – максииальный момент развиваемый колесной парой, Нм.

М_кпmax = ,

где F_т – сила тяги, кН.

F_т = 2Пψ,

где 2П – нагрузка на ось, кН;

ψ – коэффициент сцепления, ψ = 0,33.

5 Геометрическое вписывание электровоза в кривой

Для расчета геометрического вписывания необходимы следующие величины: радиус наружного рельса, радиус внутреннего рельса, базы тележки и локомотива.

Радиус наружного рельса

R_н = ,

где R_г – радиус кривой для геометрического вписывания, мм;

n – коэффициент искажения, n = 10;

m – масштаб рисунка, m = 10

R_н =   =0,3  м.

Радиус внутреннего рельса

R_в = R_н – ,

где 2σ – зазор между внутренними гранями головок рельсов и внешними гранями гребней бандажей,

Δ – уширение колеи в кривой, согласно ПТЭ при Rг   300 м, Δ = 15.

База тележки

Ширину колеи зазоров +Δ при геометрическом вписывании следует принять максимальную с учетом допускаемых отклонений от номинальных размеров, согласно ПТЭ на прямых участках пути и на кривых радиусом 350 метров и более

 = мм при скорости до 120 км/ч;

Расчет радиуса внутреннего рельса ведем по максимальному значению зазора между внутренними гранями головок рельсов и внешними гранями гребней бандажей.

мм.

b = ,

где B – база тележки в натуральную величину.

b =   = 30мм.

База электровоза

l =  ,

где L_б – база электровоза в натуральную величину, L_б = 16,512 м.

l =   = 0,165м.

Чертим радиус наружного рельса R_н и R_в, делаем геометрическое вписывание для случая наибольшего перекоса когда передняя КП прижата к наружному рельсу, а задняя к внутренней.

Рисунок 10 – Расчетная схема геометрического вписывания

Наносим радиусы на рисунок, базы тележек и базу электровоза, из рисунка определяем углы α₁ и α₂.

α₁ =4 º иα₂ = 12º.

sin A₁ = sin α₁/n, sin A₂ = sin α₂/n;

sin A₁ = sin 4º/10 = 0,0069, А₁ = 0,4º.

sin A₂ = sin 12º/10 = 0,02, А₁ = 1,2º.

Вследствие того что полученные углы не превышают 3,5º вписывание электровоза в кривую обеспечено.

6 Динамическое вписывание электровоза в кривой

Динамическое вписывание базы электровоза и базы тележки предусматривает определение допустимой расчётной скорости, а также определение боковых усилий, действующих от колёсной пары на рельсы.

Поэтому задачи динамического вписывания выполняют с некоторыми допущениями, так как учитываются только следующие силы:

- горизонтальные составляющие сил трения бандажей о рельсы F₁ – F₃;

- центробежная сила локомотива С;

- горизонтальная составляющая сила от массы локомотива, возникающей от возвышения наружного рельса в кривой С₁;

- боковые реакции со стороны рельсов от воздействия упирающихся в нихколес (направляющие усилия) Y₁ – Y₃;

- боковые давления колес на головки рельсов Y’₁ – Y’₃, представляющиеразность между направляющими усилиями и силами трения бандажей о рельсы;

- возвращающие силы и моменты при наличии в экипаже возвращающих устройств, а также моменты трения в опорах.

Реакции со стороны головок рельсов являются внешними силами, направляющими движение экипажа в кривой. Это движение может быть представлено в виде непрерывной суммы двух движений: поступательного вдоль продольной оси экипажа и вращательного вокруг точки называемой центром поворота или полюсом тележки Ω. Расстояние от осей колесных пар до центра поворота тележки называют полюсным расстоянием x_i.

Вычерчиваем схему тележки локомотива ВЛ8, наносим силы и моменты, действующие на тележку.

Тележка считается находящейся в равновесии, если силы и моменты, приложенные к ней, уравновешиваются внешними силами, то есть реакциями рельсов. Для рассматриваемой передней тележки реакциями рельсов являются усилия Y₁ и Y₃.

Начать следует с вычерчивания схемы тележки электровоза и нанесения всех основных сил и моментов действующих на нее. Для нанесения на схему центра поворота Ω нужно предположить, что тележка находится в положении наибольшего переноса.

Для этого положения полюсное расстояние первой (направляющей) колесной пары

X₁ = ,

где b – база тележки, м;

R_d – радиус кривой для динамического вписывания, м;

2σ + Δ – ширина колеи зазора, мм.

Рисунок 11 – Расчетная схема динамического вписывания

Ширину колеи зазоров 2σ + Δ при динамическом вписывании следует принять минимальную с учетом допускаемых отклонений от номинальных размеров. Согласно ПТЭ на прямых участках пути и на кривых радиусом 350 м и более

2σ =  мм при скорости 120 км/ч,

2σ =  мм при скорости от 121 до 140 км/ч.

Согласно ПТЭ

Δ – 10 мм – при радиусе кривой от 349 до 300 м;

Δ – 15 мм – при радиусе кривой 299 м и менее.

Полюсные расстояния второй и третьей колесных пар находится по схеме (рисунок 4).

Для схемы с жестким шкворнем электровоза ВЛ8 уравнения равновесия имеют вид;

- уравнение сил

–y₁ + C – C₁ + y₃ + 2F₁cosα₁ – 2F₃cosα₃ = 0, (36)

- уравнение моментов

y₁x₁ – Cx₂ + C₁x₂ + y₃x₃ – M_в – 2F₁r₁– 2F₃r₃ = 0, (37)

где y₁, y₃ – направляющие усилия от рельсов, обеспечивающие поворот тележек в кривой;

С – центробежная сила от массы электровоза, приходящаяся на тележку;

С₁ – горизонтальная сила, возникающая от возвышения наружного рельса h в кривой;

М– суммарный момент от возвращающих сил трения в опорно-возвращающих устройствах при повороте тележки вокруг центрального шкворня;

F₁, F₃ – силы трения в опорных точках колес, направленные перпендикулярно лучам r₁,r₃;

S – половина расстояния между кругами катания бандажей колес, S = 0,8 м.

Задаемся следующими параметрами:

Радиус кривой для динамического вписывания R_д = 660 м

База тележки b = 3м

База локомотива L_б = 16,5м

Нагрузка на боковую опору Р₂ = 46 кН

Коэффициент трения в боковой опору f_тр.б.оп = 0,25

Нагрузка на ось 2П = 111,875 кН

Жесткость пружины возвращающего аппарата Ж_п =0,95

Наибольшая допускаемая скорость в кривой определяется по формуле

,

где h – возвышение наружного рельса, мм

α_н – непогашенное ускорение,принимаем 0,7 м / с²

км/ч.

6.1 Определение полюсного расстояния в положении наибольшего перекоса

,

где – ширина зазора колеи, м; = 0,039м

м.

Из упрощенной схемы тележки, представленной на рисунке 4 определим размеры:

м

м

Определяем r_i;

Рисунок 12- Вспомогательные кривые

По графикам определяем cosα_i;

cos α₁=1; cos α₃ = 1.

Угол поворота тележки определяем по формуле для передней тележки

Определяем центральную силу, приходящуюся на тележки

= 22,78кН.

Определяем силу от возвышения наружного рельса

где G – часть веса электровоза , приходящийся на тележку , кН

h – возвышение наружного рельса , м

Значения сил трения в опорных точках колеса считаются равными для всех колесных пар электровоза.

где 2П- статическое давление колесной пары на рельс,кН,

f_тр- коэффициент трения между рельсами и бандажами, f_тр=0,25

_{Возвращающий момент} принимаем из таблицы,

Составляем уравнение равновесия для тележки электровоза ВЛ8

ΣF=0;

ΣM=0;

Решая уравнение относительно y₁, получим

Подставим y₃ во второе уравнение

Подставим y₁ в ранее полученное уравнение

Определяем скорость, соответствующую центробежной силе. Если наша больше, чем конструкционная, то принимаем конструкционную скорость. Если нет, то принимаем 5 значений скорости через 5 км/ч.

Задаемся значениями скоростей 80, 75, 70, 65, 60 км/ч и определяем центробежные силы , соответствующие этим скоростям

Все остальные величины , входящие в уравнения равновесия определеныв пункте 6.1. Решив уравнения равновесия относительно y₁ и y₃ , получим их значения, которые занесем в таблицу 1.

Таблица 1 –Значения направляющих усилий в зависимости от скорости

v,км/ч	y1,кН	y3,кН
80	25,97	31,16
75	24,59	32,55
70	23,31	33,84
65	21,10	34,04
60	20,99	36,15

Рисунок 13– График зависимости y₁=f(v) и y₃=f(v)

По ним находим величины направляющих усилий при скорости v_доп=77,5 км/ч.

Боковое давление колеса на рельс определяем по формуле

Рамное давление

Определяем коэффициент рамной диагностики

Боковое давление с учетом коэффициента рамной диагностик

Все вычисления заносим в таблицу 2

Таблица 2 – Расчет боковых давлений в зависимости от скорости

v,км/ч	80	75	70	65	60
y11,кН	11,97	10,59	9,31	7,1	6,99
yр, кН	2,03	3,41	4,69	6,9	7,01
Кгд	1,232	1,217	1,203	1,1885	1,174
y11д,кН	14,78	12,9	11,2	8,44	8,22

Рисунок 14- График зависимости y¹_1д = (v).