Динамика электроподвижного состава
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионально образования
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра: «Электрический железнодорожный транспорт»
КУРСОВАЯ РАБОТА
На тему: «Динамика электроподвижного состава»
Вариант 36
Выполнил: студент гр 401
Костина К.Е.
Проверил: ст. преподаватель
Лукин Н.Ф.
Самара 2012
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
. ПОСТРОЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ
. ВЕРТИКАЛЬНАЯ СТАТИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА
. ИЗМЕНЕНИЕ НАГРУЗОК ПРИ РАБОТЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
. ОПРОКИДЫВАЮЩИЙ МОМЕНТ ОТ ДЕЙСТВИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СИЛЫ
. СИЛЫ ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ТЕЛЕЖКУ ПРИ ДВИЖЕНИИ В КРИВОЙ
. БОКОВОЕ УСИЛИЕ МЕЖДУ КОЛЕСОМ И РЕЛЬСОМ В КРИВОЙ
. ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ЭКИПАЖА В КРИВОЙ ПО ВЕЛИЧИНЕ БОКОВОЙ СИЛЫ
. ОЦЕНКА УСЛОВИЙ КОМФОРТА ПО ПОПЕРЕЧНЫМ УСКОРЕНИЯМ
. ОЦЕНКА УСЛОВИЙ КОМФОРТА ПО ВЕРТИКАЛЬНЫМ КОЛЕБАНИЯМ В УСЛОВИЯХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ
Данная курсовая работа по дисциплине «Динамика электроподвижного состава» посвящена оценке безопасности движения экипажа в кривой и условий комфорта работы локомотивной бригады и перевозки пассажиров.
Объектом расчетов является унифицированная тележка электропоезда ЭД4М, чертеж которой приведен в приложении. Безопасность обеспечивается в том случае, если система действующих на экипаж сил не нарушает устойчивости движения и не ведет к высоким напряжениям и деформациям в конструкциях экипажа и пути. Для четкого представления системы действующих сил и упрощения расчетов, а также для более детального ознакомления с тележкой необходимо составить расчетную
схему рамы тележки и определить величину статических и динамических нагрузок от оси колесных пар на рельсы, от собственного веса рамы, тяговых двигателей, кузова и неподрессоренных частей, провести анализ жесткости систем центрального и буксового рессорного подвешивания в условиях динамического нагружения. Затем рассчитываются центробежные силы и реакции при движении экипажа в кривой. После определения по результатам предыдущих пунктов суммарных нагрузок от колес на рельсы, необходимо будет оценить, как обеспечиваются условия безопасности и условия комфорта по величине поперечного ускорения. Далее, после определения жесткости систем центрального и буксового рессорного подвешивания необходимо оценить обеспечение условий комфорта элементами этих систем по вертикальным колебаниям при заданных исходных данных движения рассматриваемого электропоезда.
Задание и исходные данные
Определить действующие статические и динамические нагрузки на раму унифицированной тележки моторного вагона электропоезда ЭД4М (Приложение 1), произвести оценку безопасности движения экипажа в кривой и условия комфорта.
Вариант исходных данных
Радиус кривой?=200 мВозвышение наружного рельсаh=0,15 мСкоростьV=60 км/чСила тягиFк=67 кНМасса кузоваmк=46 тКонтрольное условие безопасности по УБ№ 1
Общие исходные данные
Диаметр бандажей колесной парыДб=1,05 мРасстояние между кругами катания колес2S=1,6 мКоэффициент трения скольжения колес относительно рельсовf=0.25Высота центра масс кузова над уровнем осей колесной парыhск=1,6 мВысота центра тяжести подрессоренных масс тележки над уровнем осей колесной парыhст=0,15 мМасса неподрессоренных частей в расчете на одну колесную паруmнп=2,25 тМасса рамы тележкиmр=4 тМасса тягового двигателяmд=2,2 т
1.Построение расчетной схемы
Расчетная схема строится для проведения расчетов на основании чертежа. В расчетной схеме элементы рамы заменяются стержнями, оси которых проходят через центры тяжести поперечных сечений этих элементов. Все стержни принимаются лежащими в одной плоскости. Кронштейны крепления представлены Г-образными консолями в местах установки пружин буксового рессорного подвешивания. Нагрузки от подвески передаются на консольные балки, закрепленные на шкворневой балке.
Рисунок 1.1 - Расчетная схема
Размер тележки ы тележки
2.Вертикальная статическая нагрузка
Рама тележки находится под действием собственного веса элементов рамы с закрепленными на них кронштейнами и деталями ТРП: веса кузова и элементы центрального подвешивания; веса и крутящего момента от консольно-закрепленных тяговых электродвигателей; реакций рессорных подвесок.
Нагрузка от оси колесной пары на рельс определяется по формуле:
; (2.1)
где g=9,81м/сек2;
- масса вагона в расчете на одну колесную пару.
кН
Масса вагона определяется по сумме масс отдельных частей:
mв=mк+4mнп+4mд+2mр ; (2.2)
где mк - масса кузова;нп - масса неподрессореных частей в расчете на одну колесную пару;д - масса ТЭД ;р - масса рамы тележки.
mв=46+4*2,25+4*2,2+2*4=71,8 (т)
Реакции рессор определяются по формуле:
Пст-mнп*g=4R ; (2.3)
,91-2,25*9,81=4R
.465=R кН
3. Изменение нагрузок при работе ТЭД
При работе тяговых двигателей силы тяги, реализуемые колесными парами, передаются через буксы на боковины рамы тележек. С боковины через центральную поперечную балку тяговое усилие передается на надрессорную балку, а с нее через шкворень на шкворневую балку кузова.
Рисунок 3.1 - Схема сил нажатия колесной пары на рельсы.
Величина касательной силы тяги одной кп - ТЭД определяется по формуле:
16,75 кН
Момент сопротивления кузова определяется по формуле:
Мт=Мк=Fтк1*zш;
где Fтк1 - сила тяги на 1 тележку вагона.
Момент Мт уравновешивается реактивными моментами МR пар сил 2Rт в точках опоры тележки на рельс. Нагрузка каждого переднего колеса уменьшается, а каждого заднего увеличивается на величину Rт.
Уравнение равенства моментов определяется по формуле:
тк1*zш=2Rт*2а; (3.2)
Где Rт - тяговая реакция колеса.
,75*2*1,03=2Rт*2,6 => Rт=6,635 кН
. Опрокидывающий момент от действия центробежной силы
При движении экипажа в кривой на него действуют распределенные по всей массе центробежные силы, которые заменяются равнодействующей , направленной в сторону наружного рельса.
Рисунок 4.1 - Схема действия сил на экипаж при движении в кривой
Центростремительное ускорение определяется по формуле:
Центробежная сила на одной тележке определяется по формуле:
При возвышении наружного рельса центробежная сила частично компенсируется составляющей силы тяжести.
При этом такое же по величине значение центробежной силы в кривой с возвышением Св достигается при большей скорости движения:
Cв=С-С; (4.4)
Cв=49.54-35.18=14,35кН
Опрокидывающий момент от силы Cв:
Моп=Св*hс; (4.5)
Моп=15,61*1,585=24,74 кН м
Считается, что безопасность движения обеспечивается, если опрокидывающий момент нее превышает восстанавливающего момента от силы тяжести на плече S с коэффициентом запаса равным 2
Максимально допустимое по устойчивости от опрокидывания центростремительное ускорение:
В кривой без возвышения
Центробежная сила уравновешивается суммой поперечных реакций рельса. Момент этой пары уравновешен моментом реакций на правых и левых колесах тележки.
кН
Допустимые по опрокидыванию скорости движения в кривой:
Вывод: По результатам проведенных расчетов определили, что условие безопасности при движении в кривой выполняется, опрокидывающий момент не превышает восстанавливающего момента и заданная скорость не превышает расчетные.
. Силы, действующие на тележку при движении в кривой
При входе в кривую на переднее наружное колесо со стороны наружного рельса начинает действовать направляющее усилие У1, которое понуждает экипаж двигаться по окружности вокруг центра кривой.
Угловая скорость скорость находится по формуле:
Где p - радиус вращения
Рисунок 5.1- Схема действия сил на тележку при движении в кривой.
Величина и направление абсолютных скоростей различна, поэтому удобно представить абсолютную скорость каждой точки как сумму переносной и относительной скоростей.
Абсолютная скорость любой точки тележки:
Относительная скорость любой точки тележки:
Скорость движения в кривой с возвышением:
Полюсное расстояние:
При промежуточной установке тележки ее равновесие под действием рассмотренных систем сил выражается двумя уравнениями, а именно: уравнением суммы проекций всех сил на поперечную ось и уравнением моментов относительно полюса.
Таблица 5.1
Решение системы уравнений
Расчетная величина, ед.изм.Значение над заданного хс1234567хс00,81,31,61,81,9х1=хс+а1,32,12,62,93,13,91 1,52,22,73,0083,23,9 0,850,930,950,960,9680,97х2=хс-а-1,3-0,500,30,51,31 1,520,940,80,850,941,53 -0,86-0,5300,350,530,85 00,40,951,311,491,82 00,321,2352,092,684,75 3,043,183,523,854,145,52 3,042,862,281,751,450,77 102,896,7277,1059,1849,0326,04 017,5941,7757,665,5180,02 102,8379,1335,331,58-16,4-53,9Cв=С-С67,6443,940,148-33,6-51,6-89,1 50,739,0717,440,78-8,13-26,6 25,0619,298,6110,38-4,01-13,1 85,9675,450,3810,65-------- 86,0275,4850,4911,15-------- 29,2729,3024,8021,0619,0814,63 23,8124,7122,7020,9620,0717,90Убок кН73,5667,4252,338,1229,9511,41Убок В кН79,0272,0154,438,2228,968,14а м/с25,734,411,960,088-0,09-3,01ав м/с23,772,450,008-1,87-2,88-4,97
График зависимостей Y1 , (V), Xc (V). C(V) представлен в Приложении 2.
Вывод: при движении в кривой возникает дополнительная сила У1 стремящаяся повернуть тележку вокруг оси, путем усилия на колесные пары.
. Боковое усилие между колесом и рельсом в кривой
Нагрузки от колеса на рельсы при движении в кривой изменяются. Соответственно изменяются и силы трения.
Нагрузка на направляющем колесе:
П=Пст+Rc-Rт; (6.1)
П1=87,95+50,77-0,96 =137,76 кН
П2=87,95+39,07-0,96 =126,06 кН
П3=87,95+17,44-0,96 =104,43 кН
П4=87,95+0,78-0,96 =87,77 кН
П5=87,95-8,13-0,96 =78,86 кН
П6=87,97-26,65-0,96 =60,34 кН
Силы трения без возвышения :
21,06
Аналогично рассчитываю и силу трения с возвышением
П1в=87,9+25,06-0,96 =112,05кН
П2в=87,9+19,29-0,96 =106,28 кН
П3в=87,9+8,661-0,96 =95,60кН
П4в=87,9+0,38-0,96 =87,37кН
П5в=87,9-4,014-0,96 =82,97кН
П6в=87,9-13,15-0,96 =73,84кН
Суммарное боковое воздействие между рельсом и первым направляющим колесом:
Убок=У1-Fутр1; (6.3)
График зависимости Yбок(V) и Yбок в (V)в представлен в Приложении 3.
Вывод: С ростом скорости воздействие между колесом и рельсом возрастает.
7. Оценка безопасности движения экипажа в кривой по величине боковой силы
Рисунок 7.1 - Схема действия сил в точке контакта колеса с рельсом.
колесный пара сила опрокидывающий
Под действием вертикальной нагрузки П колесо соскальзывает вниз. Но вследствие прижатия колеса к рельсу силой N в точке контакта действует сила трения, препятствующая этому движению.
=Nf; (7.1)
Уравнения безопасности по вертикальной составляющей:
Уравнения безопасности по горизонтальной составляющей:
Условия безопасности:
. Убок ? 0,69 Пст
2. Убок ?100 кН
. Убок ?45 кН
Вывод: В ходе проведенных расчетов установлено ,что условия безопасности выполняются до скорости:
1.V=61,4 км/чVв=72,2 км/ч
.V=112,9 км/ч Vв=118,8 км/ч
.V=18,6 км/чVв=41,6 км/ч
8. Оценка условий комфорта по поперечным ускорениям
Движение экипажа с высокими скоростями сопровождается колебаниями, которые отрицательно влияют на пассажиров и бригаду. При движении в кривой добавляется длительное действие поперечного ускорения.
Центробежная сила, действующая на пассажиров в кривой, нарушает равновесие силы тяжести и нормальной реакции пола и сидения. Необходимо искать дополнительную опору, дополнительное напряжение мышц и реакции вестибулярного аппарата на поперечное ускорение вызывают неприятное ощущение у человека.
По условию воздействия величина поперечного ускорения не должна превышать :
a?[amax]=0,7м\с2
График зависимости а(V) и ав(V)в представлен в Приложении 4.
Вывод: Условия комфорта для пассажиров и локомотивной бригады удовлетворяют условиям до скорости: V=61 км\ч;Vв=72 км\ч.
9. Оценка условий комфорта по вертикальным колебаниям в условиях динамического колебания
Анализ жесткости пружин центрального подвешивания
При движении экипажа вследствие наличия пружин и неровностей пути у рамы тележки и кузова возникают вертикальные колебания, имеющие периодический характер. В общем случае их вектор направленности, периодичность и амплитуды описываются сложными диф. Уравнениями
Наличие пружин в системах подвески электроподвижного состава вызывает при движении колебательный процесс. Особенно опасно это воздействие на высоких скоростях.
Статический вертикальный прогиб рессорного подвешивания:
При v =1,5 Гц
При v=2,5 Гц
Коэффициент вертикальной динамики:
При v =1,5 Гц, V=60 км/ч:
При v =1,5 Гц, V=120 км/ч:
При v =2,5 Гц, V=60 км/ч:
При v =2,5 Гц, V=120 км/ч:
Динамическая нагрузка на рессорное подвешивание:
При v =1,5 Гц, V=60 км/ч:
При v =1,5 Гц, V=120 км/ч:
При v =2,5 Гц, V=60 км/ч:
При v =2,5 Гц, V=120 км/ч:
Статическая жесткость одной винтовой пружины:
При P=476Н/м:
Жсд==11900Н/м
При Р =500,9Н/м:
Жсд==12522Н/м
При Р = 519Н/м:
Жсд== 12975Н/м
При Р =586Н/м:
Жсд==14650Н/м
Статическая жесткость одной цилиндрической винтовой пружины:
При Dн =0,308 м, dн=0,04, n0=5 витков
При Dн =0,21 м, dн=0,03, n0=8 витков
При Dн =0,14 м, dн=0,02, n0=12 витков
Жстат.пр СУММА =(58+145,7+58)*8=2093кН
Динамическая жесткость одной винтовой пружины:
При V=60 км/ч,k=1,03
При V=120 км/ч,k=1,05
Частота колебания:
Вывод: сравнивая Жсумма ст .и Жд.пр можно сказать, что они лишь немного отличаются по значению; частота, полученная по расчетам, не является опасной для жизни.
Анализ жесткости пружин буксового подвешивания
Система буксового подвешивания имеет ряд из восьми пар винтовых пружин и четырех ГГП, сопротивление которых не зависит от действующих на них сил. При этом анализ жесткости буксового рессорного подвешивания можно произвести на одной колесной паре.
Статическая жесткость пружин:
При Dн=0,206, dн=0,035, no=4
При Dн=0,165, dн=0,02, no=7
Статическая жесткость комплекта пружин с фрикционными гасителями колебаний:
где Жкп.ст - статическая жесткость пружин,
кд,, - коэффициент вертикальной динамики:
Рстат=175,91-2,25*9,81=153,8
Рдин=153,8+153,8*0,25=193,8
µ=F/Рст =5/153.8=0,03
Статический вертикальный прогиб буксового подвешивания:
Частота колебания груза при демпфировании фрикционным гасителем:
Диаграмма нагружения буксового рессорного подвешивания представлена в Приложении 5.
Вывод: В ходе расчетов установлено что частота колебаний, не превышает уровень комфорта пассажиров, а значит данная буксовая система подходит для использования в электропоездах.
Заключение
По результатам проведенных расчетов определили, что условие безопасности при движении в кривой выполняется, опрокидывающий момент не превышает восстанавливающего момента и заданная скорость не превышает расчетные; при движении в кривой возникает дополнительная сила У1 стремящаяся повернуть тележку вокруг оси, путем усилия на колесные пары; условия безопасности выполняются до скорости:
1.V=61,4 км/чVв=72,2 км/ч
.V=112,9 км/ч Vв=118,8 км/ч
.V=18,6 км/чVв=41,6 км/ч
Условия комфорта для пассажиров и локомотивной бригады удовлетворяют условиям до скорости: V=61 км\ч;Vв=72 км\ч. В итоге установлено , что данное рессорное подвешивание пригодно для установки на моторвагонные поезда ЭД-4М.
Приложение 1
Рисунок А1 - Тележка моторного вагона электропоезда ЭД4М:
- рама; 2 - гидравлический гаситель колебаний; 3 - фрикционный гаситель колебаний; 4 - узел буксового рессорного подвешивания; 5 - узел центрального рессорного подвешивания; 6 - буксовый поводок; 7 - тяговый редуктор; 8 - упругая муфта; 9 - тяговый электродвигатель; 10 - поводок тележки; 11 - боковой скользун; 12 - рычажно-тормозная передача; 13 -шкворневой брус
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Добровольская Э.М. Электропоезда постоянного и переменного тока/ Э.М. Добровольская. - М.: Академкнига, 2004. - 359 с.
.Просвирин Б.К.Электропоезда постоянного тока: учеб. Пособ./ Б.К. Просвирин ; утв.Департаментом кадров и учеб. Завед. МПС Росии. - М.: УМК МПС Росии, 2001, - 669с.
.Механическая часть подвижного состава /под ред.И.В. Бирюкова. _ М.: Транспорт, 1992. 265с.
.Вершинский С.В., Динамика вагона: учебник для ж.д. вузов / под.ред. Вершинского С.В. -М.: Транспорт, 1991, - 60с.
.Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Динамика электроподвижного состава» для студентов специальности 190303 «Электрический транспорт железных дорог». - Самара: СамГАПС, 2010. - 28с.
Больше работ по теме:
Предмет: Транспорт, грузоперевозки
Тип работы: Курсовая работа (т)
Новости образования
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ