Контрольная работа: Рессорное подвешивание. Устройства грузовых и пассажирских тележек

Рычажный стабилизатор (рис.3.31, а) противодействует наклону надрессорной балки тележки и препятствует боковой качке кузова, не влияя на вертикальные перемещения.

Торсионный стабилизатор (рис. 3.31, б) обеспечивает восстанавливающие моменты от скручивания торсионов при боковом отклонении кузова и противодействует его наклону.

.       
Основные положения проектирования и расчета рессорного подвешивания вагонов

Система рессорного подвешивания должна обеспечивать необходимую плавность хода, динамическую устойчивость вагона при движении со скоростями, достигающими конструкционный по техническому заданию. Это достигается благодаря рациональным параметрам рессорного подвешивания, основными из которые являются статистический прогиб и его распределение по ступеням подвешивания; конструктивный запас прогиба и коэффициент сопротивления (трения) демпферов. В целях обеспечения необходимых качеств хода вагонов определяют параметры упругих элементов и гасителей колебаний, а также прочностные характеристики элементов рессорного подвешивания с целью обеспечения надежной их работы в эксплуатации.

2.1    Параметры элементов рессорного подвешивания вагонов

Упругие элементы подвешивания характеризуются жесткостью и гибкостью.

Жесткость с упругого элемента численно равна силе, вызывающей единичный его прогиб:

где Р- внешняя сила, приходящаяся на упругий элемент, Н;

f- прогиб упругого элемента под давлением силы Р, м.

Гибкость  - обратная величина жесткости, численно равная прогибу упругого элемента под действием единичной силы:

Жесткость резиновой рессоры определяется по формулам:

при сжатии-

при сдвиге-

Где F, h-соответственно площадь поперечного сечения и высота резинового элемента;

E, G-модуль упругости резинового элемента соответственно при сжатии и сдвиге.

Таким образом, при малых деформациях резиновая рессора имеет линейную силовую характеристику (зона 1), а при больших прогибах становится нелинейной (зона 11). Площадь замкнутой фигуры ОА АО численно равна работе внутренних сил сопротивления резиновой рессоры, идущей на гашение энергии колебаний. При параллельно расположенных двух элементах резиновых рессор и совместной их работе на сжатие и сдвиг (рис. 6.11,г) жесткость определяется по формуле:

Где - угол наклона резиновых пакетов.

Силовая характеристика пневматической рессоры (рис.6.11,д) имеет линейную зависимость при статическом нагружении (зона 1) и нелинейную- в процессе динамики (зона 11). Жесткость пневматической рессоры без учета динамической нагруженности:

Где р- номинальное давление воздуха в пневмоэлементе;

n-показатель политропны,n=1,2…1,3

F-эффективная (несущая) площадь пневмоэлемента;

V-суммарный объем пневмоэлемента и дополнительного резервуара;

k- коэффициент, учитывающий жесткость материала оболочки и каркаса пневмоэлемента, k=1,05…1,1

В упругих элементах, обладающих переменной жесткостью, различают расчетный статический прогиб f и полный прогиб под той же силой (рис. 6.11,е). В этом случае приведенную жесткость С определяют по формуле:

Где Р- статическое усилие брутто, приходящееся на упругий элемент.

При этом различают мягкую ОА и жесткую ОВ характеристики упругого элемента (см.рис. 6.11,е).

Система рессорного подвешивания обычно состоит из параллельно или последовательно расположенных упругих элементов, тогда жесткость комплекта может быть определена по формулам:

При параллельном расположении-

При последовательном-

где i- число упругих элементов в комплекте.

Жесткость отдельного упругого элемента рессорного подвешивания определяется по следующим выражениям.

Вертикальная жесткость с листовой незамкнутой рессоры определяется по формуле:

Эллиптической рессоры типа Галахова-

где b, h-соответственно ширина и толщина листа рессоры;

m-число коренных и подкоренных листов;

n-число листов ступенчатой части рессоры;

l-половина рабочей длины рессоры;

i-число рядов в эллиптической рессоре;

E- модуль упругости при растяжении.

При определении вертикальной жесткости эллиптических рессор m и n принимаются в расчете на одну половину ряда.

Вертикальная жесткость цилиндрической пружины сжатия:

где d- диаметр прутка;

D-средний диаметр витка пружины;

n-число рабочих витков, n=n-1 (n-общее число витков пружины);

G-модуль сдвига, G=0,385E;

- коэффициент, =cos (-угол подъема винтовой линии прутка нагруженной пружины).

Горизонтальная жесткость цилиндрической пружины при одновременном действии вертикальной и горизонтальной сил (рис. 6.12,а):

Где Н- высота пружины под действием вертикальной нагрузки, Н=Н-d-f(H-высота пружины в свободном состоянии);

-коэффициент Пуассона.

Важнейшим параметром рессорного подвешивания является статистический прогиб f, вызываемый нагрузкой вагона брутто. От его величины во многом зависят ходовые качества вагона. На основании результатов расчетов и многократных испытаний рекомендуются следующие рациональные величины статистического прогиба рессорного подвешивания.

В пассажирских вагонах общего назначения под тарой f=150…200 мм - для скоростей движения до 45 м/с (160 км/ч);f=230…280 мм - для скоростей движения до 55 м/с (200 км/ч).

В изотермических вагонах, эксплуатируемых со скоростями до 45 м) с, f=80…120 мм.

В грузовых вагонах общего назначения под силой тяжести брутто f=45…60 мм. В крытых грузовых вагонах, предназначенных для перевозки живности или для грузов, не полностью использующихся грузоподъемность, f>25 мм.

Величина статистического вертикального прогиба рессорного комплекта определяется по формуле:

;

Где Р- расчетная вертикальная нагрузка, приходящаяся на рессорный комплект.

Величина статистического прогиба проверяется на условие ограничения валкости кузова. Например, при двойном рессорном подвешивании должно соблюдаться условие:

;

Где b,b-поперечные расстояния от продольной оси до равнодействующей соответственно буксового и центрального рессорного подвешивания;

h-высота центра тяжести кузова над уровнем осевых линий колесных пар вагонов;

X-отношение прогиба буксового подвешивания к общему прогибу f: в пассажирских вагонах общего назначения рекомендуется X=0,2…0,3.

Не соблюдения условия (6.18) может привести к тому, что при боковой качке кузов не будет иметь, достаточной возвращающей силы и будет находиться в отклоненном положении. Тогда необходим стабилизатор боковой качки.

Горизонтальный прогиб пружины (рис. 6.12,а) подсчитывается по формуле:

;

Где Т-горизонтальная сила, действующая на надрессорную часть пружины.

Наибольший полный расчетный прогиб f рессорного подвешивания вагона должен быть не менее величины статического прогиба, умноженного на коэффициент конструктивного запаса, т.е.

Где k-коэффициент конструктивного запаса прогиба, величина которого должна быть не менее: для грузовых вагонов - при f50 мм k=1,8, при f>50 мм k=1,7; для изотермических-k=1,65; для пассажирских вагонов общего назначения, почтовых и багажных k=1,5.

Важными параметрами рессорного подвешивания являются коэффициент относительного трения упругого элемента, обладающего внутренним трением, и коэффициент сопротивления гидравлического гасителя колебаний, устанавливаемого параллельно с упругими элементами, не обладающим внутренним трением.

Величина трения в рессоре оценивается коэффициентом относительного трения , равным отношению силы трения F к силе P, создающей упругую деформацию f рессоры (см. рис. 6.11, в), т.е.

Где F-сила внутреннего трения упругого элемента.

На основании результатов исследований рекомендуется определять потребную величину относительного трения при демпфировании вертикальных колебаний сухим трением по формуле:

;

где b-коэффициент, учитывающий влияние числа колесных пар в тележке или группе тележек под одним концом вагона, определяемый по формуле (3.13);

k-коэффициент, принимаемый, равным 0, 8 для рессор центрального и 1-для буксового подвешивания;

h- амплитуда периодической неровности продольного профиля пути, для среднего состояния пути-4…5 мм;

- суммарный статический прогиб рессорного подвешивания (с учетом дополнительной деформации конструкции вагона и пути, принимаемой для грузовых вагонов в пределах 6…10 мм); = f+(6…10),мм.

Если в рессорном комплекте включены фрикционные демпферы, то их сила трения должна составлять (8…10)% расчетной статической нагрузки вагона брутто.

Коэффициент относительного трения при параллельном расположении демпферов определяется по формуле:

;

а при последовательном-

;

где h, n- жесткости упругих элементов, составляющих рессорный комплект;

коэффициенты относительного трения составляющих рессорных комплектов.

Коэффициент относительного трения листовых рессор определяется по формуле

;

h, n-соответственно толщина листа и число листов рессоры, для эллиптических -число листов в одной половине ряда

L-рабочая длина рессоры;

-коэффициент трения между листами, при отсутствии опытных данных принимается: =0,4- для листов, смазанных графитом,=0,8-для несмазанных листов. В винтовых пружинах относительные трение мало: =0,005, поэтому оно в практических расчетах не учитывается.

3.     
Классификация, назначение и особенности конструкций тележек

Тележки вагонов относятся к ходовым частям. Они предназначены для обеспечения безопасного движения вагона по рельсовому пути с необходимой скоростью, плавностью хода и наименьшим сопротивлением движению. Конструкции тележек включают в себя колесные пары, буксы, рессорное подвешивание, возвращающие и стабилизирующие устройства.

Кроме перечисленных выше элементов тележка имеет раму, на которой крепятся детали рессорного подвешивания и тормозного оборудования, а также надрессорные и иные балки с подпятниками и скользунами, непосредственно воспринимающими нагрузки от рамы кузова вагона.

Высокая эффективность большегрузных вагонов и повышенной населенности пассажирского подвижного состава вызвала необходимость увеличения числа колесных пар, так как ограничена норма максимальной нагрузки от каждой колесной пары на рельсы. Однако, имея увеличенные продольные размеры, многоосные бестележечные вагоны не обеспечивали свободного прохода кривых участков железнодорожного пути малого радиуса. Это обстоятельство привело к необходимости объединения колесных пар в самостоятельные группы, то есть в тележки.

В результате при современных условиях эксплуатации железных дорог широкое распространение получили тележечные вагоны, которые по сравнению с нетележечными конструкциями, обеспечивают хорошее вписывание в кривые участки пути и меньшие вертикальные перемещения при передвижении по неровностям рельсов.

Кроме того, в конструкциях тележек более рационально размещаются система упругих элементов, гасители колебаний, стабилизирующие устройства и исполнительные органы тормозного оборудования, что позволяет проектировать вагоны с хорошей плавностью хода и устойчивым положением кузова при движении поездов с высокими скоростями.