Расчёт элементов подвижного состава городского электрического транспорта

Министерство образования и науки Украины

Харьковская национальная академия городского хозяйства

Кафедра «Электрический транспорт»

Курсовой проект

по дисциплине «Механическое оборудование подвижного состава»

Выполнил: студент гр. ЕТЕР2007-1

Белевцов Н. А.

Проверил: Скурихин В. И.

Харьков 2010

Содержание

Введение 3

1. Определение весовых нагрузок на ходовые части 4

2. Определение дополнительных нагрузок на ходовые части 9

2.1.Перераспределение нагрузок на ходовые части при движении в кривую 9

2.2.Дополнительные вертикальные динамические нагрузки 10

2.3.Дополнительные нагрузки на ходовые части от уклона пути 11

2.4.Дополнительная нагрузка на ходовые части от действия сил инерции

вдоль экипажа 12

3. Индивидуальное задание. Расчёт листовой рессоры заднего моста 13

Заключение 17

Список литературы 18

Спецификация 19

Введение

Обычно элементы подвижного состава городского электрического транспорта рассчитывают при наиболее невыгодных сочетаниях и максимальных нагрузках, которые могут возникнуть при разных режимах работы.

Проектирование механического оборудования подвижного состава, имеющего необходимую прочность и долговечность, минимальный вес, требует тщательной оценки напряженного состояния каждого элемента конструкции. Кроме расчетов на прочность при проектировании деталей и узлов подвижного состава выполняют расчеты на долговечность, усталость, нагревание, устойчивость и тому подобное. Величина нагрузок, которые воспринимаются элементами конструкции подвижного состава в разных режимах работы, обусловливается для пассажирского подвижного состава числом пассажиров, состоянием дорожного покрытия, профилем пути в плане и по вертикали, динамикой движения, сцеплением колеса с рельсом (дорогой) и рядом других факторов, которые когут изменяться в широких пределах.

Важным этапом расчета является выбор расчетной схемы проектируемых элементов конструкции. Действительное напряженное состояние конструкции очень сложно, потому вводят ряд допущений, которые упрощают расчетную схему, но обеспечивают безопасность эксплуатации подвижного состава при минимально необходимых запасах прочности.

Нагрузки, которые действуют на элементы механического оборудования подвижного состава, подразделяют на статические и динамические. К статическим нагрузкам относится собственный вес экипажа, который находится в покое, и полезная (пассажирская) нагрузка.

Во время движения на подвижной состав действуют динамические нагрузки, которые возникают от взаимодействия между ходовыми частями и путем (рельсом), от действия сил инерции при пуско–тормозных режимах, при колебаниях, от взаимодействия между отдельными частями поезда. Механическое оборудование ПС поддаётся также влиянию нагрузок, связанных с работой тяговой передачи, механических тормозов, а также с технологией изготовления и сборки оборудования.

Исходные данные:

Вид подвиж-ного состава	Д (длина ПС)	Ш (ширина ПС)	Количество дверей дв./ од.	Радиус кривой	Уклон(і)	Высота центра тяжести	Конструкционная скорость	Коэффициент вращения масс
троллей-бус	12	2,5	3/0	16	15	0,8	55	1.16

1.
Определение весовых нагрузок на ходовые части.

1.1.

Определим площадь занимаемую пассажирами:

(1.1)

Где - полная площадь салона;

- площадь занимаемой кабиной (для троллейбуса );

–
площадь, занимаемая стенками;

– площадь, занимаемая подножками.

1.2.

Определим полную площадь подвижной единицы:

(1.2)

1.3.

Определим площадь стенок:

(1.3)

Где - толщина стенки(

1.4.

Определим площадь подножек:

(1.4)

Где - количество одинарных дверей;

- площадь подножек одинарных дверей (

- количество подножек двойных дверей;

– площадь подножек двойных дверей (

Площадь, занимаемая пассажирами:

1.5.

Определим количество сидящих пассажиров:

(1.5)

Где β – соотношение между количеством сидящих и стоящих пассажиров(для троллейбуса β = 2);

– площадь, занимаемая одним сидящим пассажиром ();

–
площадь, занимаемая одним стоящим пассажиром ().

1.6.

Определим полный вес пассажиров :

(1.6)

Где - вес пассажиров;

- количество сидящих пассажиров;

- средний вес пассажира (.

1.7.

Определим площадь, занимаемую сидящими и стоящими пассажирами:

(1.7)

(1.8)

1.8.

Определим базу экипажа:

1.9.

Произведем предварительное размещение для пассажиров и дверей салона, исходя из следующих соображений:

1) Ширина сиденья двойного – 0,9 м; одинарного – 0,5 м;

2) Ширина двери: двойной ≥1,2 м; одинарной – 0,65 м;

3) Ширина проходов между сиденьями >0,6 м;

4) Необходимо учесть, чтобы двери не совпадали с мостами или тележками (ходовыми частями).

1.10.

Определим площадь, занимаемую отдельными группами пассажиров:

(1.10)

(1.11)

1.11.

После предварительной планировки определяем вес отдельных групп стоящих и сидящих пассажиров:

Вес і–той группы стоящих пассажиров определяется :

(1.12)

Где - площадь і-той группы пассажиров (берется из планировки);

– коэффициент наполнения площадок стоящими пассажирами. Принимается

γ = 10 .

-
средний вес одного пассажира ≈70 кг.

Определяем вес сидящих пассажиров:

1.12.

Определим вес тары:

(1.14)

где Т – собственный вес тары приходящийся на одно место для сидения (для троллейбуса Т = 200 – 260 кг), принимаем 240 кг

1.13.

Определим реакцию в опорах кузова:

они будут равны нагрузкам на соответствующие ходовые части и находятся из условия равенства весовых моментов относительно опор кузова

(1.15)

(1.16)

(1.18)

Для двухосных троллейбусов нагрузка на передний мост должна составлять 36%, на задний мост 64%, поэтому

2.
Определение дополнительных нагрузок на ходовые части
.

2.1.
Центробежная сила вагона с пассажирами при движении в кривой.

где g – вес вагона с пассажирами, g = 9,8

– скорость движения в кривой

(2.2)

R – радиус поворота

(2.3)

Дополнительная вертикальная нагрузка на мосты от боковых сил.

Рис.2.1 – схема боковых нагрузок и вызванных ими дополнительных вертикальных и горизонтальных сил

Таким образом:

(2.4)

(2.5)

Где - боковое давление ветра;

Д – длина подвижного состава;

- высота кузова;

р = 0,5 - расчетное удельное давление ветра;

= 0,8 м - расстояние между элементами реостатного подвешивания;

-
высота центра тяжести.

2.2.
Дополнительная вертикальная динамическая нагрузка.

Коэффициент вертикальной динамической нагрузки определяется по имперической формуле:

Где – коэффициент инерции;

- конструкционная скорость;

-
статический прогиб рессорной подвески (прогиб под собственным весом).

(2.8)

2.3.
Дополнительные нагрузки на ходовые части от уклона пути (спуск, подъём):

Рис.2.2. – схема дополнительной нагрузки на ходовые части от уклона.

Горизонтальные и вертикальные составляющие от силы веса.

(2.9)

(2.10)

где і = = 0,15- уклон.

Допустимая вертикальная и горизонтальная нагрузка от уклона определяется по условию равновесия в продольной вертикальной плоскости.

(2.12)

2.4.
Дополнительные нагрузки на ходовые части от действия сил инерции вдоль экипажа.

Сила инерции кузова с пассажирами.

Рис.2.3. – схема перераспределения нагрузок на ходовую часть подвижного состава под действием инерции вдоль экипажа.

ht;"> (2.13)

(2.15)

Где - величина ускорения или замедления (зависит от вида передвижения);

- коэффициент сцепления для колеса катящегося по дороге, принимаем 0,5;

–
коэффициент инерции вращения масс.

3.
Индивидуальное задание. Расчёт листовой рессоры заднего моста.

Листовые рессоры, используемые на подвижном составе, изготовляют из кремнистой стали.

Рессора состоит из стальных листов, имеющих одинаковую ширину и различную длину выгнутой формы, собранных вместе. Кривизна листов не одинакова и зависит от их длины. Она увеличивается с уменьшением длины листов, что необходимо для плотного прилегания их друг к другу в собранной рессоре.

Взаимное расположение листов в собранной рессоре обеспечивается стяжным центральным болтом или посредством специальных выдавок, сделанных в средней части листов. Кроме того, листы скреплены хомутами, которые исключают боковой сдвиг одного листа относительно другого и передают нагрузку от коренного (верхнего) листа на другие листы при обратном прогибе рессоры. Верхний лист, которым соединена рессора с рамой кузова или тележки, называют коренным, остальные – наборными. Верхний лист из них называют подкоренным, он предназначен для поддержания концов коренного листа на случай его разрушения

Коренной лист имеет наибольшую длину.

От способа крепления рессоры зависит форма концов коренного листа. Они могут быть плоскими, отогнутыми под углом 90°, загнутыми в форме ушков, со съемными коваными или литыми ушками.

Рессора устанавливается вдоль транспортного средства и по способу заделки и форме может быть полуэллиптическая, кантилеверная или четвертная.

Полуэллиптическая рессора способна воспринимать и передавать на несущую конструкцию автомобиля не только нормальные, но и продольные и боковые реакции дороги, а также моменты от тормозного механизма или главной передачи (при ведущем мосте), следовательно, не требует специального направляющего устройства.

Четвертная и кантилеверная рессоры плохо приспособлены для передачи толкающих усилий, т. е. требуют направляющих устройств.

В целях уменьшения напряжений растяжения применяют профили листов специальной несимметричной формы — трапециевидного или Т-образного сечения. Рессорные профили со специальной формой сечения не только повышают долговечность листов, но и обеспечивают экономию металла.

Эллиптические рессоры представляют собой полуэллиптические элементы, повёрнутые согнутыми сторонами друг к другу.

Вертикальная упругая характеристика листовой рессоры имеет вид, показанный на рис. 3.1.

Из него видно, что линии нагрузки ОБ и разгрузки ГО не совпадают и образуют петлю гистерезиса. Площадь петли (ОГБО) численно равна разности половины работы сил нагрузки (ОБЕО) и разгрузки (ОГЕО) и характеризует работу сил трения между листами или потери энергии во время цикла «нагрузка – разгрузка».

Рис. 3.1 –Конструкция полуэллиптической рессоры

1 – хомут

2 – коренной лист

3,4 – наборные листы

Рис. 3.2. – Вертикальная нагрузочная характеристика листовой рессоры.

Прочностной расчёт листовой рессоры выполняют из условия прочности по известным зависимостям сопротивления материалов, рассматривая её при этом как балку равного сопротивления, находящуюся на двух опорах. Благодаря ступенчатому строению напряжение во всех сечениях рессоры одинаковое и равняется

s = [s] (3.1)

где Pдин
– динамическая нагрузка, Н

b - ширина листа, мм;

h - толщина листа, мм;

l - длина рессори, мм;

– количество коренных листов;

- количество листов наборной части

Pдин
= Pст
(1+Kд
) (3.2)

Pст
– статическая нагрузка

Kд
– коэффициент вертикальной динамики, определяемый эмпирической формулой:

где V – конструкционная скорость

fст
– статический прогиб рессоры

Рессора удовлетворяет условие прочности во время динамической нагрузки в случае, если sн
< [s], где допустимое напряжение изгиба во время динамической нагрузки

[s] =1000 МПа.

При расчёте листовой рессоры используем следующие исходные данные:

Pст
= = = 56916,6 Н (3.4)

b = 88,8 мм

h = 11,8 мм

l = 1520 мм

= 1

= 5

V = 55 км/ч

fст
= 100 мм

Pдин
= 56916,6(1+0,21) = 68869,086 Н

s = 4233,123 МПа > 1000 МПа

Из результатов расчёта делаем вывод, что рессору от троллейбуса ЗИУ-682 нельзя использовать на проектируемом троллейбусе, поскольку напряжения в ней будут больше допустимых.

На ЗИУ-682 возможно использование этой рессоры, так как в нём используется пневматическая подвеска, на которую приходится большая часть вертикальной нагрузки, а листовые рессоры используются в основном в качестве направляющих устройств.

Заключение

При выполнении курсового проекта:

- разработана планировка салона

- произведены расчёты весовых нагрузок на ходовые части

- определены дополнительные нагрузки на мосты троллейбуса от действия боковых сил

- рассчитаны дополнительные вертикальные и горизонтальные нагрузки

- определены нагрузки от уклона пути

- определены дополнительные нагрузки на ходовые части от действия сил инерции вдоль экипажа

- произведён расчёт листовой рессоры.

Список литературы

1. Скурихин И. Л., Зубенко Д. Ю. Методические указания к курсовому проекту по теории и расчёту механического оборудования подвижного состава городского электрического транспорта. – Харьков: ХГАГХ, 2001.

2. Ефремов И. С., Гущо-Малков Б. П. Теория и расчёт механического оборудования подвижного состава городского электрического транспорта. – М: Стройиздат, 1970.

3. Ефремов И. С. Троллейбусы. – М, 1969.

4. Скуріхін І. Л., Міренський І. Г., Мінєєва Ю. В. Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «Механічне обладнання рухомого складу міського електричного транспорту» ч. 1. – Харків: ХДАМГ, 2002.

5. http://www.mbm.by

Спецификация

Позиция	Наименование
1	Заливная пробка
2	Полуось
3	Балка
4	Кронштейн
5	Ось тормозной колодки
6	Тормозная колодка
7	Стопорный болт
8	Рукав
9	Сальник
10	Кольцо
11	Переходник
12	Стопорное кольцо
13	Опора коронной шестерни
14	Стопорная пластина
15	Стопорный болт
16	Сливная пробка
17	Шпилька
18	Гайка
19	Заливная пробка
20	Солнечная шестерня
21	Упорный палец
22	Упорная шайба
23	Сальник
24	Шарик
25	Крышка
26	Ось сателлита
27	Водило
28	Сателлит
29	Коронная шестерня
30	Гайка полуоси
31	Ступица колеса
32,38	Подшипники
33	Распорная втулка
34	Проставочное кольцо
35	Гайка колеса
36	Регулировочные прокладки
37	Болт
39	Болт
40	Пружина
41	Тормозной барабан
42	Колесо в сборе
43	Разжимной кулак
44	Опора разжимного кулака
45	Тормозной рычаг
46	Центральный редуктор
47	Прижим