Расчет прочности рамы тележки

Исходные положения

Экипажная часть тепловоза [ ] включает в себя главную раму, кузов и ходовую часть – тележку. В мировой практике локомотивостроения именно тележечные экипажи получили наибольшее распространение, поскольку они позволяют снизить уровень динамических сил при взаимодействии подвижного состава с верхним строением пути, равномерно распределять вес локомотива по осям, минимизировать эффект перераспределения нагрузки при трогании с места и торможении, проходить кривые малых радиусов.

Тележки предназначены для восприятия и передачи веса кузова с оборудованием на путь, направления движения экипажа, снижения динамических сил взаимодействия с верхним строением пути, передачи на главную раму тепловоза тяговых и тормозных усилий.

Тележки должны обеспечивать: безопасную эксплуатацию локомотива с конструкционной скоростью на прямых и кривых участках пути при наименьших динамических воздействиях на путь в вертикальной и горизонтальной плоскостях; минимальные динамические усилия и ударные импульсы, передаваемые надрессорному строению; максимальное использование сцепного веса при необходимой эксплуатационной надежности, минимальном весе и хорошей ремонтопригодности.

Тележка тепловоза (рис. 6.1) состоит из рамы, колесных пар с буксовыми узлами, рессорного подвешивания и опорно-возвращающих устройств. Также на тележке устанавливаются тяговые двигатели, узлы механической части тягового привода и тормозной системы, устройства передачи тяговых и тормозных усилий.

Рама тележки предназначена для размещения колесных пар, рессорного подвешивания, установки элементов передачи и тормозного оборудования. Рама передает вес кузова к буксам колесных пар и силу тяги, развиваемую каждой осью, на главную раму тепловоза. Эти функции определяют конструктивный тип рамы тележки и форму ее составных элементов. Основу рамы образуют две боковины жестко связанные одной или несколькими поперечными балками. Балки рам тележек изготавливаются из сварных коробчатых элементов.

Колесные пары являются движителем локомотива образующим в контакте колес с рельсами касательную силу тяги, воспринимают вертикальные силы от веса локомотива, направляют движение локомотива по рельсовому пути и являются. Особенности конструкции колесных пар определяются типом тяговой передачи и тормозов.

Буксы (буксовые узлы) являются подшипниковыми опорами, которые обеспечивают вращение колесной пары. Через буксы передаются нагрузки от главной рамы локомотива и рамы тележки на шейки осей колесных пар, а также сил тяги и торможения, направляющих усилий возникающих при вписывании локомотива в кривую на раму тележки. Кроме того, буксовые узлы ограничивают продольные и поперечные перемещения колесной пары относительно рамы тележки.

Рессорное подвешивание предназначено для уменьшения динамического воздействия колес на рельсы при движении по неровностям пути, а также для снижения динамических усилий и ударных импульсов, передаваемых от рельсов к надрессорному строению.

Опорно-возвращающие устройства передают вертикальную нагрузку от кузова на тележки, дают возможность тележке поворачиваться вокруг вертикальной оси относительно кузова и обеспечивают продольную установку тележки в рельсовой колее после прохода кривой.

Рис. 6.1. Тележка тепловоза

Тележки локомотива в процессе эксплуатации находятся под сложным силовым воздействием. Они воспринимают вес кузова с находящимся в нем оборудованием и передают его на путь. На тележки действуют динамические усилия, обусловленные колебаниями кузова, сила тяги, тормозные силы и динамические силы, возникающие при взаимодействии с вертикальными неровностями пути и вписывании в кривые. В зависимости от режима работы локомотива существует 6 типов нагрузок действующих на тележку:

1. Вертикальные нагрузки от веса кузова, оборудования и собственного веса рамы тележки при: опирании кузова на тележки; опирании тележки на домкраты при выкатке колесных пар; аварийном подъеме локомотива за автосцепку.

2. Тяговые нагрузки: при трогании с места; при движении с конструкционной скоростью.

3. Нагрузки при движении локомотива в кривой.

4. Нагрузки при торможении, которые обусловлены силами инерции масс надрессорного строения локомотива и силами, возникающими в местах крепления тормозного оборудования к раме.

5. Динамические нагрузки, возникающие при движении локомотива.

6. Нагрузки, возникающие при соударении локомотивов.

В качестве расчетного режима для расчета рамы тележки на прочность принимается режим реализации максимальной силы тяги и действие нагрузки от веса кузова тепловоза. Значение максимальной силы тяги определяется по результатам решения тяговой задачи. Вес кузова задан в исходных данных к выполнению дипломного проекта. В настоящем пособии рассматривается расчет прочности рамы тележки с использованием метода конечных элементов в расчетной среде COSMOS Design STAR.