3474 ЭИ

3474	Министерство транспорта Российской Федерации
	Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электрический железнодорожный транспорт»

МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ЭПС

Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 190300 «Подвижной состав железных дорог»

специализации «Высокоскоростной наземный транспорт» очной и заочной форм обучения

Составители: Н.А. Ефимов А.С. Тычков В.А. Силаев П.В. Шепелин

Самара

2014

1

УДК 629.423.1

Механическая часть высокоскоростного ЭПС : методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 190300 «Подвижной состав железных дорог» специализации «Высокоскоростной наземный транспорт» очной и заочной форм обучения / Н.А. Ефимов, А.С. Тычков, В.А. Силаев, П.В. Шепелин. – Самара : СамГУПС, 2014. – 32 с.

Указания содержат исходные данные для курсовой работы, методику и последовательность расчетов на прочность рамы двухосной тележки моторного вагона высокоскоростного электропоезда.

Утверждены на заседании кафедры 24 апреля 2014 года, протокол №8. Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Составители: Ефимов Николай Николаевич Тычков Александр Сергеевич Силаев Валерий Алексеевич Шепелин Павел Викторович

Рецензенты: к.т.н., доц. кафедры «Локомотивы» СамГУПС А.Ю.Балакин; начальник самарского отдела куйбышевской дирекции пассажирских обустройств А.В.Суханов

Под редакцией составителей

Подписано в печать 22.07.2014. Формат 60x90 116 . Усл. печ. л. 2,0. Заказ 162.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2014

2

ВВЕДЕНИЕ

Выполнение курсовой работы способствует формированию у студентов профессионального мышления, закреплению знаний по предмету, навыков самостоятельно работать. Исходя из требований федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования от 17.01.2011 г. №71 по направлению подготовки (специальности) 190300 Подвижной состав железных дорог специализации «Высокоскоростной наземный транспорт» обучающийся студент в результате изучения дисциплины «Параметры и основы проектирования высокоскоростного транспорта» должен знать:

конструкцию механической части разных видов ЭПС, принцип работы и их эволюцию, физический смысл параметров, характеристик и их связь с техникоэкономическими показателями;

назначение отдельных элементов механической части, режимы и условия их работы;

принципы выбора параметров отдельных элементов механической части;

методы расчета узлов механической части на прочность при действии статических и динамических нагрузок;

свойства материалов, применяемых в транспортных средствах,

уметь:

производить обоснованный отбор параметров и конструкций отдельных узлов механической части;

производить оценку конструкторских решений с точки зрения габарита подвижного состава, безопасности движения, прочности и долговечности;

проводить расчеты механической части ЭПС как сложной механической системы, определять вид и характер связей ее элементов, а также производить их поверочный расчет,

владеть:

методами проведения поверочных расчетов элементов механической части ЭПС;

методами выполнения исследовательских работ в области механической части ЭПС.

Впроцессе изучения данной дисциплины у студентов формируется компетенция ПСК-5.1: способность организовывать эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт высокоскоростного наземного транспорта, его тяговых электрических машин,

систем

автоматизированного

управления

движением,

электронных

и

3

электромеханических систем, производственную деятельность подразделений по техническому обслуживанию и ремонту высокоскоростного электроподвижного состава; способность проектировать высокоскоростной электроподвижной состав и его оборудование, оценивать показатели безопасности движения высокоскоростных поездов и качества продукции (услуг) с использованием современных информационных технологий, систем контроля движения, технического диагностирования и систем менеджмента качества.

В процессе управления поездом машинист часто изменяет режим работы локомотива (разгон, движение при действии силы тяги с низкими или высокими скоростями, выбег, торможение). Движение происходит в различных условиях в зависимости от состояния пути, времени года, профиля пути, наличия кривых разного радиуса и т. д. В зависимости от режима и условий движения силы, приложенные к раме тележки, меняются по величине, направлению и характеру. Учет всего многообразия силовых факторов и некоторых конструктивных особенностей рамы тележки невозможен в рамках курсовой работы, поэтому расчетные схемы составляются с рядом значительных упрощений. Прочность определяется максимальными напряжениями при наиболее неблагоприятном сочетании всех силовых факторов.

Для выполнения работы необходимо внимательно изучить конструкцию тележки и использовать методические указания к ее выполнению. Исходные данные выбираются из таблиц 1, 2, 3 по двум последним цифрам номера зачетной книжки или шифра для студентов заочного обучения.

ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

В курсовой работе предлагается выполнить упрощенный поверочный – оценочный расчет квазистатической, то есть с учетом динамической вертикальной нагрузки, и усталостной прочности рамы двухосной тележки моторного вагона современного высокоскоростного электропоезда «САПСАН» путем расчета коэффициентов запаса прочности. Эти показатели должны иметь достаточную величину, чтобы в течение всего срока службы электропоезда вероятность появления повреждений была близка к нулю.

Чертеж и фото тележки моторного вагона приводятся в приложении А. Используя их, необходимо в соответствии с исходными данными составить расчетную схему рамы тележки, затем определить все ее основные нагрузки, рассчитать напряжения и сделать заключение о прочности рамы тележки и ее пригодности к эксплуатации в заданных условиях.

Вариант выбирается по двум последним цифрам номера зачетной книжки или шифра студента.

4

Таблица 1 – Варианты исходных данных

Сумма двух последних						1		2			3			4			5			6			7		8		9
цифр шифра						10		11			12			13			14			15			16		17		18
База тележки 2а, м						2,8		2,75			2,5			2,55			2,6			2,65			2,7		2,75		2,8
Таблица 2 – Данные для расчета
														Параметры экипажа
						ср, кН/м							400			450			500			550			600		500
	Gрз, кН	ρ, м		h, мм			b2, мм						26			28			24			22			20		26
						2ПСТ, кН							140			150			160			170			180		160
						св, кН/м			b1, мм								Последние цифры шифра
	3,0	4200		70		600				28			01			02			03			04			05		06
	4,0	4300		70		650				30			07			08			09			10			11		12
	5,0	4400		70		700				32			13			14			15			16			17		18
	6,0	4100		80		750				34			19			20			21			22			23		24
	3,0	3800		90		800				36			25			26			27			28			29		30
	4,0	3900		90		600				38			31			32			33			34			35		36
	5,0	4000		90		650				28			37			38			39			40			41		42
	6,0	3700		100		700				30			43			44			45			46			47		48
	3,0	3500		110		750				32			49			50			51			52			53		54
	4,0	3600		110		800				34			55			56			57			58			59		60
	5,0	4100		80		600				36			61			62			63			64			65		66
	6,0	3700		100		650				38			67			68			69			70			71		72
	3,0	3300		120		700				28			73			74			75			76			77		78
	4,0	3400		120		750				30			79			80			81			82			83		84
	5,0	3200		130		800				32			85			86			87			88			89		90
	6,0	3100		140		600				34			91			92			93			94			95		96
	3,5	3000		150		650				36			97			98			99			00			-		-

Таблица 3 – Вероятности эксплуатации локомотива pi с различными среднеинтервальными скоростями

i – номер интервала		1	2	3	4	5
Интервал, км/ч		0…60	60…100	100…160	160…200	200…250
Средняя скорость, км/ч		30	80	130	180	225
Последняя цифра 0–1		0,05	0,2	0,6	0,1	0,05
шифра	2–3	0,05	0,05	0,5	0,2	0,2
	4–5	–	0,1	0,6	0,2	0,1
	6–7	0,05	0,1	0,5	0,25	0,1
	8–9	0,1	0,1	0,6	0,1	0,1
			5

Параметры для расчета прочности рамы тележки:

База тележки 2а, м. Нагрузка на ось 2ПСТ, кН.

Тип тягового двигателя асинхронный Вес тягового редуктора зубчатого Gрз, кН. Толщина листов боковины рамы:

-стенки b1, мм;

-полки b2, мм. Жесткость:

-стальной винтовой пружины св, кН/м;

-резиновой пружины ср, кН/м.

Радиус кривой ρ, м.

Возвышение наружного рельса в кривой h, мм. Вероятности среднеинтервальных скоростей p1…p5.

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Для успешного выполнения и защиты курсовой работы студент должен четко представлять себе физическую сущность проводимых расчетов в каждом разделе, разбираться в них, используя методические указания и рекомендованную литературу. Перед выполнением каждого раздела нужно тщательно прочитать методические указания, осмыслить методику расчетов и порядок их выполнения.

Курсовая работа состоит из расчетной записки и рисунков, графиков к ней, оформленных с учетом требований ЕСКД (ГОСТ 7.32-2001; ГОСТ 7.1-2003; ГОСТ 8.417-2002; ГОСТ 2.004-88; ГОСТ 7.12-93). Записка пишется на одной стороне каждого листа. С правой стороны листа оставляют поля шириной 10 мм, с левой стороны, сверху и снизу – 20 мм. На обложке записки нужно указать название курсовой работы, учебной дисциплины, специальность, курс, на котором учится студент; фамилию, инициалы, вариант. В начале записки отражается содержание курсовой работы, задание и все исходные данные в соответствии с номером варианта.

Расчетная записка оформляется в соответствии с рекомендациями программы, отраженной в методических указаниях по выполнению работы. В ней после номера раздела и его заголовка указывают номер пункта и его заголовок и проводят требуемые расчеты, при этом заголовки подчеркивают или выделяют отдельным шрифтом. В каждом пункте записки приводят необходимые обоснования к выбору расчетной величины, рассуждения и расчетные формулы. Все рассуждения следует излагать только своими словами и как можно короче. Не следует переписывать текст методических

6

указаний или выдержки из учебников. Формулы пишут в общем виде, после чего через знак равенства указывают числовые значения, входящих в нее величин, и затем – результат. Значения символов и числовых коэффициентов, входящих в формулы, расшифрованы в задании. В курсовой работе их повторять не обязательно. Однако при защите необходимо объяснить их значение.

Если на основании расчетной формулы заполняется таблица или графа (строка) таблицы, то записывается формула в общем виде и затем один раз приводится ее численное выражение и результат с указанием значения параметра, для которого результат получен.

Все графики нужно выполнять карандашом на миллиметровой или обычной бумаге в координатной сетке тонкими линиями. Для удобства построения и пользования графиками координатные оси нужно проводить по жирным линиям миллиметровой бумаги. Расчетные точки, через которые проводятся линии графика, должны быть выделены на кривой.

Все таблицы и графики должны иметь нумерацию пункта работы. Они размещаются после ссылки на них в тексте записки или на следующей странице (если выполнены на отдельном листе).

Все расчеты выполняются с точностью до трех значащих цифр. При выполнении расчетов на вычислительной технике производится соответствующее округление.

После получения отрецензированной работы студент должен аккуратно исправить все ошибки и сделать требуемые дополнения. Для исправлений можно использовать обратную сторону предыдущего листа.

Выполнение перечисленных требований к оформлению работы является обязательным условием для допуска работы к защите.

1. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА РАМЫ ТЕЛЕЖКИ

При расчете рама тележки рассматривается как пространственная стержневая система. Примерный вид стержневой системы показан на рисунке 1.1. За начало координат принят центр симметрии рамы.

Стержни системы – это оси элементов рамы, проходящие через центры тяжести площадей поперечных сечений.

Расчет стержневой системы состоит в определении изгибающих и крутящих моментов и перерезывающих сил в сечениях стержней при отдельных видах нагружения; после чего рассчитываются напряжения в опасных сечениях. Напряжения от различных видов нагружения суммируются, так как одновременно на раму тележки могут действовать статические, тяговые и другие нагрузки. По суммарным напряжениям в опасном сечении определяется запас прочности рамы.

7

Рисунок 1.1 – Расчетная схема рамы тележки

В курсовой работе можно рассматривать раму как статически определимую систему, так как нет концевых балок. При отсутствии замкнутых контуров расчет на прочность после определения системы внешних сил производится отдельно для четверти рамы, так как расчетная схема симметрична, и отброшенную часть рамы можно заменить заделкой. При такой расчетной схеме максимальный изгибающий момент будет действовать в заделке. Именно это сечение в средней части боковины по оси промежуточной рамы является опасным, т. е. подлежащим проверке на прочность.

Оформление шага 1

1.На чертеже тележки (приложение, рисунок 1П) показать расчетные оси элементов рамы, систему координат, отсканировать и вклеить его в записку.

2.Из чертежа тележки по расчетным осям элементов рамы определить следующие размеры расчетной схемы: длину стержней 2l, 2b, длину стержней, замещающих среднюю промежуточную шкворневую раму хср , длину половины вогнутой части боковин хв, расстояния до оси шарнира поводка буксы xп. Записать размерные цепи, по которым определяются указанные размеры.

3.Изобразить в масштабе расчетную схему рамы тележки (рисунок 1.1) с указанными размерами в метрах с округлением до трех значащих цифр. На схеме показать пространственную систему координат с выбранным положительным направлением осей.

8

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПАСНОГО СЕЧЕНИЯ

Как видно из чертежа тележки, в расчетном сечении в среднюю часть боковины вварена концевая часть промежуточной шкворневой рамы. Упрощенный расчет прочности можно выполнять для сечения, состоящего только из основных элементов, а именно вертикальных и горизонтальных листов (см. рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Расчетное сечение

Пространственная система сил, действующих на раму тележки при некоторых режимах движения, вызывает изгиб боковины в двух плоскостях, поэтому для расчетного сечения необходимо определить моменты сопротивления изгибу относительно осей y и z. Расчет геометрических характеристик сечения производится табличным методом (таблицы 2.1 и 2.2).

Таблица 2.1 – Расчетные данные моментов инерции сечения относительно оси y

Номер элемента i	Fi, м2	zi, м	zi2 Fi, м4	J y ' i , м4
1
▪
Σ		-
		9

,Таблица 2.2 - Расчетные данные моментов инерции сечения относительно оси z

Номер элемента i	Fi, м2	yi, м	yi2 Fi, м4	J z ' i , м4
1
▪
Σ		–

В таблицах указывают:

1)порядковый номер каждого элемента;

2)площадь его поперечного сечения Fi , м2;

3)произведения y2i Fi и z2i Fi, м4;

4) моменты инерции каждого элемента относительно собственных нейтральных осей, J y ' i ; J z ' i , м4:

	J y '	а с3	, J z ' i		c a3	,	(2.1)
		12			12
	i

здесь а – размер элемента по горизонтали, м;

с– размер элемента по вертикали, м.

Впоследней строке производится суммирование соответствующих величин по столбцам.

Моменты инерции всего сечения определяются суммированием:

J y zi2 Fi			J y ' i ;			(2.2)
J	z	y2 F	J	z ' i	.	(2.3)
		i i

При проверке прочности рамы нас интересуют максимальные напряжения от вертикального и горизонтального изгибающих моментов в волокнах, наиболее удаленных от нейтральных осей сечения, а именно в углах нижнего листа в точках 1, 2, 3, 4 (см. рисунок 2.1). Моменты сопротивления изгибу вокруг горизонтальной оси y для волокон, проходящих через указанные точки равны друг другу:

W		W					J y		.	(2.4)
	y1			y4
							z1
Моменты сопротивления изгибу вокруг вертикальной оси для волокон,
проходящих через те же точки:
W		W				J z		,		(2.5)
	z1		z4
							y1

здесь y1 и z1 – расстояние от точки 1 до горизонтальной и вертикальной нейтральных осей, м.

10