Механическая часть электрического подвижного состава

Механическая часть электрического подвижного состава

Содержание

Введение

. Решение планировочной задачи

.1 Определение ориентировочной длины кузова по заданной вместимости

.2 Распределение масс кузова по ходовым частям

.3 Определение положения мостов под кузовом

. Расчет ведущего моста

.1 Расчет статических и динамических нагрузок

.2 Расчет нагрузок от действия боковых сил

.3 Построение эпюры изгибающих моментов

.4 Расчет нагрузок от действия сил инерции при торможении

.5 Расчет нагрузок от действия тормозных устройств

.5.1 Расчет тормоза с разнесенной платформой

.5.2 Эпюра нагрузок ведущего моста

. Расчет упругого подвешивания

. Расчет пружины

Заключение

Список использованных источников

Введение

Основными направлениями технического прогресса конструкции троллейбусов являются стандартизация и унификация с автобусами, использование новых прогрессивных материалов, тенденция возможно большего снижения уровня пола пассажирского салона над дорожным покрытием с целью облегчения и ускорения посадки и высадки пассажиров, снижения собственной массы и материалоемкости, повышение безотказности, ремонтопригодности и долговечности, совершенствование конструкций рулевого управления, тягового привода и тормозов, автоматизация управления тяговыми электродвигателями и использование экономичных тиристорно-импульсных систем управления, повышение комфортабельности и эстетико-эргономических показателей.

Данная курсовая работа способствует углублению знаний, полученных студентами в лекционном курсе "Механическая часть электрического подвижного состава", способствует более тщательному ознакомлению их с современными конструкциями ходовой части отечественного и зарубежного подвижного состава, методикой расчетов механизмов механического оборудования и их элементов, позволяет проявить конструкторские способности и самостоятельность в решении отдельных задач проектирования.

В первом пункте курсовой работы решается планировочная задача:

·    определяется длина кузова при заданной вместимости;

·        масса кузова распределяется по ходовым частям;

Во втором пункте рассчитываются статические, динамические и боковые нагрузки, нагрузки от действия сил инерции при торможении.

В третьем пункте проверяется устойчивость кузова в кривых участках.

И в последнем пункте производится расчет пружин и принимается решение о её типе.

1. Решение планировочной задачи

1.1 Определение ориентировочной длины кузова по заданной вместимости троллейбуса

Находим число сидящих Е_сид и стоящих Е_ст пассажиров при коэффициенте β=2,3

,

где Е - полная расчетная вместимость троллейбуса, Е = 90 чел.

чел.

;

чел.

Определяем габаритную площадь троллейбуса S_ГАБ, состоящую из полезной площади S_ПАС, занимаемой сидящими и стоящими пассажирами, места кондуктора S_МК, площади подножек S_П и кабины водителя S_КВ.

.

Полезную площадь S_ПАС, м², находим по формуле

,

где S_сид, S_ст - площади, занимаемые одним сидящим и одним стоящим пассажирами, S_сид = 0,33 м², S_ст = 0,2 м².

 м².

Площадь подножек S_П, м², находим по формуле

,

где n_о, n_д - количество одинарных и двойных дверей соответственно;

S_По, S_Пд - площади подножек у одинарной и двойной двери соответственно, S_По = 0,4 м² и S_Пд = 0,7 м².

Принимаем S_МК = 0,3 м², S_КВ = 2,5 м².

Тогда

 м².

Габаритная длина кузова Д, м

,

где Ш - габаритная ширина троллейбуса, Ш = 2,5 м.

м.

Так как габаритная длина менее 12 м, то выбираем двухосный троллейбус с жестким кузовом.

База троллейбуса Б, м, рассчитывается по формуле

м.

Выполняем эскиз планировки салона. Принимаем величину переднего свеса С₁ = 2,1 м.

В результате решения планировочной задачи окончательно принимаем планировку, изображённую в приложении А. При этом количество мест для сидящих пассажиров получилось равным Е_сид = 28. Свободная площадь пола S_СВ = 12,125 м² обеспечивает 61 мест для стоящих пассажиров при коэффициенте наполнения α = 5 чел/м². Вместимость машины Е = 89 чел., длина Д = 11 м, S_ГАБ = 27,55 м².

1.2 Распределение масс кузова по ходовым частям

Массу пассажирской нагрузки М_ПАС, кг, находим по формуле

,

где α - коэффициент наполнения троллейбуса, α = 8 чел/м²;

m_пас - расчетная масса одного пассажира, m_пас = 70 кг.

кг.

Масса тары экипажа М_Т, кг

,

где k_s - масса тары экипажа, приходящаяся на 1 м² габаритной площади, k_s = 300 кг/м².

 кг.

Нагрузка от массы тары G_Т, H

,

где g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с².

Массу троллейбуса М (при коэффициенте наполнения салона α=8 чел/м²), кг, находим по формуле

кг.

Нагрузка от массы троллейбуса G, H

;

кН.

Масса кузова без пассажиров М_К, кг, находим по формуле

,

где  - масса мостов ходовой части, масса переднего моста m₁=850кг (G_1M = 8,3 кН); масса заднего моста - m₂=1600 кг (G_2M=15,7 кН).

кг.

Нагрузка от массы кузова G_К, H

,

кН.

1.3 Определение положения мостов под кузовом

Задний свес троллейбуса С₂, при котором ходовые колёса имеют одинаковые нагрузки, определяем по формуле

,

где k_z - отношение реакций z₂ к z₁ колес мостов ходовой части.

,

где n₁ и n₂ - количество колес под передним и задним мостом соответственно, n₁ = 2, n₂ =4.

.

Пользуясь приложением А для дальнейших расчетов, определяем площади элементов пассажирской нагрузки S_i, количество мест на i-ом элементе E_сид, координаты элементов пассажирской нагрузки Д_i и элементы пассажирской нагрузки G_i, которые определяем по следующим формулам

,

.

Результаты сводим в таблицу 1.

Таблица 1 - Расчет элементов пассажирской нагрузки

Подсчитаем значения членов, входящих в формулу определения заднего свеса С₂

 кН;

кН;

кН.

Тогда

м.

Найденное значение практически совпадает с принятым ранее свесом и равным 3,1 м. Поэтому расположение мостов оставляем без изменений.

Определяем долю нагрузки, приходящей на передний мост при максимальном расчётном наполнении в соответствии с формулами

;

 кН.

.

Так как ∆Z не превышает 36% общей нагрузки троллейбуса, то планировку пассажирского салона можно считать удовлетворительной.

2. Расчет ведущего моста

.1 Расчет статических и динамических нагрузок

Коэффициент вертикальной динамики k_д

,

где А - коэффициент подрессоренности оборудования; А=0,1;

V - конструкционная скорость, км/ч; V = 70 км/ч;

f_СТ - статический прогиб упругого подвешивания; f_СТ = 22 см.

.

Вертикальная нагрузка при движении троллейбуса Р_в, Н

,

где М_ПС - масса экипажа кг, при коэффициенте наполнения салона α=5чел/м²;

М_i - масса i-го моста, кг;

n_i - количество шин на i-ом мосту;

n_о - количество мостов; n_о = 2.

 ;

кг.

Н.

2.2 Расчет нагрузок от действия боковых сил

Суммарная боковая сила Н_б, Н, рассчитывается по формуле

;

Н.

Боковая сила, действующая на один мост Р_б, Н

,

где k_б - коэффициент, учитывающий увеличение нагрузки на мост за счет сил трения при вписывании в кривую k_б = 1,1.

 Н.

.3 Построение эпюры изгибающих моментов

При построении эпюры учитываем, что боковая сила оказывает догружающее влияние на одну часть моста и разгружающее на другую. Вертикальная нагрузка распределяется между пневмоэлементами и пружинами соответственно как 40% и 60 %.

Момент на левом колесе ведущего моста , Н·м

,

где r_к - радиус колеса, м; r_к = 0,508 м;

,

где z₂ - нагрузка на ось ведущего моста, Н;

f - расчетный коэффициент сцепления, f = 0,6;

к₂ - колея моста, м; к₂ = 1,86 м;

h_д - высота центра тяжести троллейбуса относительно дна кузова, м; h_д=1,1885 м.

,

где G_ПС - нагрузка от массы экипажа, Н.

;

Н.

Н.

Н.

Н·м.

Определяем величины нагрузок и реакции опор.

Н;

Н;

Н;

Н;

Н;

Н.

Строим эпюру изгибающих моментов (рисунок 1).

Рисунок 1 - Эпюра изгибающих моментов

Определяем изгибающие моменты в указанных сечениях ведущего моста

Н·м;

Н·м;

Н·м;

Н·м;

Н·м;

Н·м.

2.4 Расчет нагрузок от действия сил инерции при торможении

Замедление ПС, м/с²

,

где ψ - коэффициент сцепления колес с дорожным покрытием; ψ=0,8;

γ - коэффициент, учитывающий инерцию троллейбуса; γ = 0,15.

 м/с².

Сила инерции при торможении Р_И, Н

;

Н.

Рисунок 2 - Расчетная схема для определения нагрузок от сил инерции при торможении

,

где h_с - высота центра тяжести троллейбуса относительно дорожного покрытия, м; h_с=1,4285 м;

Б - база троллейбуса, м; Б = 5,8 м.

 Н.

2.5 Расчет нагрузок от действия тормозных устройств

2.5.1 Расчет тормоза с разнесенной платформой

Расчетная тормозная сила Т_К, Н

;

Н.

Расчетный тормозной момент М_ТОР, Н·м

,

где D - диаметр колеса, м; D = 1,016 м.

Н·м.

Коэффициент эффективности торможения k_Э

,

где μ - коэффициент трения колодок о барабан колеса; μ = 0,35.

.

Силы, возникающие в тормозном барабане при реализации расчетного момента P_∑

,

где V_S - расчетный радиус действия тормозных сил, м; V_S = 0,24 м.

Н.

Сила неуравновешенности тормозных механизмов Р_К

Н.

.5.2 Эпюра нагрузок ведущего моста

Эпюра строится в горизонтальной плоскости

,

где l - расстояние от колеса до пневмоэлемента, м; l = 0,28 м.

Н·м.

Н·м.

3. Расчет упругого подвешивания

где f_СТ - статический прогиб упругого подвешивания, см; f_СТ = 22 см.

Гц.

Требуемая гибкость упругого подвешивания j-го моста, λ_j, с²/кг

с²/кг;

 с²/кг.

Суммарная гибкость упругого подвешивания

кг/с²;

 с²/кг.

Производим проверку устойчивости при крене.

В нашем случае имеем двухступенчатое подвешивание, состоящее из пружин и пневмоэлемента. Для определения коэффициента валкости определяем гибкость упругих элементов для каждого моста с учетом распределения нагрузок (40% на пневмоэлемент, 60% на пружину).

где  - коэффициент валкости пневмоэлемента j-го моста;

коэффициент валкости пружины j-го моста.

,

где  - расстояние между пневмоэлементами, м;  = 1,3 м;

М_И - масса троллейбуса при номинальной нагрузке (при коэффициенте наполнения салона α=5чел/м²), кг;

М_И = М_ПС = 14468 кг;

h_o - расстояние от оси моста до центра тяжести троллейбуса, м; h_o=0,9205 м.

 ;

.

,

где  - расстояние между пружинами, м;  = 0,86 м.

;

.

;

.

Суммарный коэффициент валкости 

;

.

Поскольку суммарный коэффициент валкости значительно больше 2, то устойчивость кузова обеспечена.

Определяем предельное значение частот собственных колебаний кузова при максимальном наполнении n_max, Гц

где М_max - масса троллейбуса при коэффициенте наполнения салона α=8чел/м²), кг; М_max = М = 17015 кг.

 Гц.

Предельное значение частот собственных колебаний кузова при минимальном наполнении n_min, Гц

,

где М_min - масса троллейбуса при минимальном наполнении салона, кг.

М_Т - масса тары экипажа, кг; М_Т = 8265 кг;

m_в - масса водителя, кг; m_в = 70 кг.

 кг.

Гц.

4. Расчет пружины

Расчетная нагрузка на пружину Р_пр, Н

,

где k_п - конструктивный запас прочности; k_п = 0,05.

Н.

Диаметр пружины витка d, м

,

где С_п - индекс пружины; С_п = 8;

η_пр - коэффициент Чернышова; η_пр = 1,17;

[τ] - допустимое напряжение на кручение и сдвиг, Па; [τ]=800·10⁶Па.

 м.

Средний диаметр витка D, м

м.

Рабочее число витков пружины n

,

где f_p - расчетный прогиб, м;

τ - модуль сдвига, Па; τ = 8·10¹⁰ Па.

м.

.

Полученное из расчета n округляем до целого большего числа, т.е. n=7.

Высота пружины при сжатии до соприкосновения её витков Н_сж, м

 м.

Свободная высота ненагруженной пружины Н_св, м

кузов мост тормоза платформа

м.

Так как условие d < 40 мм и D < 320 мм выполняется, то данная однорядная пружина подходит, и расчет двурядной пружины не производим.

Заключение

В результате решения планировочной задачи окончательно приняли планировку. При этом количество мест для сидящих пассажиров получилось равным Е_сид = 28. Свободная площадь пола S_СВ = 12,125 м² обеспечивает 61 мест для стоящих пассажиров при коэффициенте наполнения α = 5 чел/м². Вместимость машины Е = 89 чел., длина Д=11 м, S_ГАБ = 27,55 м². Нагрузки на ходовые колеса для принятой планировки пассажирского салона не превышают допустимые показатели.

При расчетах заданных узлов ходовой части подвижного состава (расчет ведущего моста, расчет упругого подвешивания, расчет пружины) все необходимые условия выполняются, обеспечивается прочность моста, устойчивость кузова (), однорядная пружина подходит по всем параметрам (d = 21 мм < 40 мм, D = 168 мм < 320 мм).

Список использованных источников

1. Ефремов И.С., Гущо-Малков Б.П. Теория и расчет механического оборудования подвижного состава ГЭТ. - М.: Стройиздат, 1970. - 480 с.