Промышленный лизинг
Методички
о со >1 S « • О, eg О cn 00 omooS о M (D - = ~ cn 00 2 о §1 ! t£> о (O <N ж - - 00 £> о S § 5 CO «с -~ 00 о * - о о 00 2" о , gcM 00, - " <N Ю <M to - OO o" о .о - 00 - ю Оа § о га « и g ?i rt я 5 й о о э >, о о о и я • « 3 . 2 га га о о >. т X S • X • -- -J Г7 • S а: .л . S га . а. > га га СП U • о* в к .Е к я о- Я • ,й » СП I* Я . S 3 1 5 га 3 § яа Р га « Ч t- й Hi га « ч д £ . га с о р. о о =к г;! .-J д о о 5 (У л m я х •I S со S« :i CJ 5 J s а
Рис. 22. Кузов тепловоза: a ТЭП70; 6 - ТЭ109 Концевые секции рамы воспринимают продольные силы, для чего в них устанавливают автосцепки СА-3 с поглощающими аппа-рами пассажирского типа ЦНИИ-Н6. К ним же на болтах крепят путеочистители, нижняя часть которых регулируется по высоте. р Средняя секция рамы представляет собой основание для установки дизель-генератора. В нее входят также вварной топливный бак с нишами для размещения аккумуляторных батарей и два канала воздуховода системы охлаждения электрических машин. Промежуточные секции рамы устанавливают между концевыми и средней. В каждой промежуточной секции две поперечные шкворневые балки непосредственно воспринимают силу тяги от тележек и одновременно передают наних вес кузова. Боковые стенки кузова имеют каркас раскосного типа из гнутых тонкостенных элементов, к которому заклепками крепят обшивку из дуралюминия Д16А толщиной 3 мм. Боковые стенки около концевых секций рамы соединяют нижний продольный силовой пояс рамы и верхний пояс боковых стенок с помощью раскосов. При таком решении происходит лучшее распределение сил по элементам кузова, и конструкция лобовой части кабины машиниста становится более жесткой и прочной. Крышу кузова используют для размещения узлов вспомогательного оборудования. Конструктивно крыша с встроенными узлами состоит из пяти отдельных съемных секций, которые устанавливают над машинным помещением, и двух секций над кабинами машиниста. В отличие от тепловоза ТЭП60, в котором рама и каркас боковых стенок выполнены из стали СтЗ или стали 20, на тепловозе ТЭП70 они изготовлены из низколегированной стали 09Г2, а сла- 2 Камаев А. А. и др. 33 бонагружеиные и некоторые силовые узлы - из алюминиевых сплавов. Кузов тепловоза ТЭ109 несущий безраскосного типа (рис. 22, б). Боковые стенки, рама, кабины, топливный бак и несъемные секции крыши образуют единую пространственную систему, все элементы которой участвуют в передаче нагрузок. Крыша над холодильной и высоковольтной камерами, а также дизель-генератором состоит из съемных элементов. Главная рама кузова охватывающего типа образована двумя главными продольными балками замкнутого профиля сечением 320x210x5 мм, двумя шкворневыми балками, поперечными креплениями и топливным баком. Боковые стенки выполнены из тонкостенного набора продольных и вертикальных элементов и стальной гофрированной обшивки толщиной 2 мм. В кузове широко использованы легкие алюминиево-магниевые сплавы АМГ-5, АМГ-6 и пластмассы, из которых изготовлены поперечные диафрагмы, двери, съемные секции крыши и другие слабонагруженные узлы. § 11. РАСЧЕТ РАМ И КУЗОВОВ Общие сведения. Методика расчета рам и кузовов включает несколько последовательно выполняемых этапов. На каждом из этапов учитывают часть свойств несущей системы. При этом последовательно уточняют данные о напряжениях и деформациях отдельных элементов. Необходимость в таком комбинированном расчете обусловлена большой сложностью пространственной конструкции кузова локомотива. Эта сложность повышается вследствие наличия больших и малых вырезов разнообразной формы, расположенных в различных местах несущей системы. Наряду со стержневой основой (каркасом, фермой) в работе участвуют пластины внешней обшивки кузова. Характерной особенностью таких конструкций является возможность потери устойчивости стержней и пластин. Это обстоятельство учитывают в расчетах путем введения редукционных коэффициентов при определении геометрических характеристик поперечных сечений. В процессе проектирования выполняют две группы расчетов. Во-первых, проводят расчеты общей прочности с оценкой устойчивости отдельных элементов и узлов конструкции. Во-вторых, ведут поверочный расчет кузова на разрушающую нагрузку. Расчеты первой группы выполняют с использованием геометрических параметров сечений без учета редукционных коэффициентов. Полученные данные о напряженном состоянии сравнивают с допускаемыми и критическими и делают вывод о прочности и устойчивости отдельных панелей, узлов и несущей системы в целом. Расчеты второй группы выполняют с использованием геометрических характеристик сечений, полученных с учетом редукционных коэффициентов. 34 Расчетные режимы и допускаемые напряжения. На кузов и раму в течение их срока службы действуют вертикальные нагрузки от веса оборудования и металлоконструкций, а также горизонтальные поперечные и продольные нагрузки. Все вместе они представляют сложную систему переменных по величине сил различной продолжительности действия. Поэтому при проектировании учитывают лишь наиболее важные для обеспечения прочности расчетные нагрузки, которые оговаривают специально в технических требованиях на проектирование и изготовление кузовов. К таким нагрузкам относятся нагрузки следующих видов: 1) вес (брутто) с учетом веса топлива, воды и т. д. При этом рассматривают опирание кузова: а) на тележки; б) на домкраты; в) при аварийном подъеме локомотива за автосцепку. Для случая опирания кузова на тележки проводят расчет на кососимметрич-ную нагрузку, вызванную неравномерным распределением реакций по опорам кузова с разницей в 30%; 2) тяговые усилия (наибольшие) в режиме двойной тяги: а) при трогании с места; б) при конструкционной скорости движения. Если есть данные о наличии явно выраженных резонансных колебаниях при некоторой скорости, то расчет сил тяги ведут именно для этой скорости; 3) продольные усилия при растяжении и сжатии вдоль оси автосцепок. Эти усилия обычно принимают равными 2,45 МН для грузовых и 1,96 МН для пассажирских тепловозов; 4) динамические вертикальные нагрузки, возникающие при движении локомотива с конструкционной или резонансной скоростью. Схема приложения этих нагрузок соответствует схеме действия веса. Эти нагрузки определяют умножением статической нагрузки на коэффициент динамики. Для его определения обычно используют приближенную эмпирическую формулу ft« = 0,l + 0,2(vAcr2), где - конструкционная скорость, км/ч; Ад - общий статический прогиб рессорного подвешивания, мм. Действительное значение определяют в процессе динамических испытаний локомотива; 5) нагрузки на кузов при соударении локомотивов со скоростями 5-7 км/ч. Они складываются из продольных сил, направленных по оси автосцепок и равных 2,45 МН для грузовых и 1.96 МН для пассажирских локомотивов, и инерционных сил, пропорциональных массам и ускорениям тележек и агрегатов, закрепленных в кузове. Расчетные ускорения также предусматривают в технических требованиях на проектирование и изготовление кузовов. Обычно их принимают равными 3g при расчете узлов (шкворневые балки, шкворни, тяги, крепления агрегатов к раме и т. п.) конструкции кузова, непосредственно воспринимающих продольные инерционные нагрузки. Расчетные режимы нагружения обусловлены перечисленными выше нагрузками, действуюш,ими в эксплуатации одновременно. Статическую прочность рассчитывают при следующих режимах: трогание с места (нагрузки 1а и 2а); движение в тяговом режиме (нагрузки 1а, 26 и 4); продольное растяжение и сжатие (нагрузки 1а и 3); ремонтно-аварийный (нагрузки 16, 1в). Расчет усталостной прочности выполняют для режима, при котором учитывают действие нагрузок 1а, 26 п 4. В режиме соударения учитывают нагрузки 1а и 5. Прочность и устойчивость элементов несущей системы кузова и главной рамы оценивают путем сравнения соответствующих показателей, полученных в расчете, с допускаемыми. Так, при расчете статической прочности принимают следующие допускаемые напряжения в зависимости от режима нагружения: трогание с места и движение в тяговом режиме [сг] = 0,650; продольное растяжение (сжатие) и ремонтно-аварийный [ст] = == 0,9стт, где ст,, - предел текучести материала. Усталостную прочность оценивают по коэффициенту запаса п, для вычисления которого ЦНИИ МПС и Всесоюзный научно-исследовательский тепловозный институт (ВНИТИ) рекомендуют пользоваться следующей формулой: >2, где ст 1 - предел выносливости образца при симметричном цикле; К - коэффициент, характеризующий понижение предела выносливости детали; г) - коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла; а„ я - соответственно амплитуда и среднее значение напряжений в цикле нагружения. Рекомендуют принимать г) = 0,25-f-0,3 для проката, листов, а также для сварных соединений. Для волокон, работающих на сжатие {а,п < 0), коэффициента]) = O-f-0,1. Среднее значение напряжений Стт цикла вычисляют как сумму статических напряжений при действии нагрузок 1а и 26. Амплитуду ст„ определяют приближенно при помощи коэффициента динамики а„ ка. Коэффициент находят по формуле (1). Коэффициент /С = (kikjytni), где р„ - эффективный коэффициент концентрации напряжений; ki - коэффициент, учитывающий неоднородность материала (для кованого, прокатного и штампованного металла ki = 1,1, для литого ki = 1,2-1,3); - коэффициент, учитывающий внутрей-ние напряжения ( = 1,0ч-1,2); Vi - коэффициент, учитывающий влияние абсолютных размеров детали; для его определения ВНИТИ рекомендует пользоваться графиком (рис. 23); mi - 36 ifO 80 120 160 200l,MM Рис. 23. Зависимость коэффициента 7 от абсолютных размеров поперечного сечения коэффициент, учитывающий качество поверхности детали (для полированной поверхности mi = 1, для чистовой обработки на станке mi= = 0,9, для грубой обработки mi = 0,8-г-0,85, для стального литья после пескоструйной обработки mi=; Эффективный коэффициент концентрации зависит от большого числа факторов и может быть равен 1,5--4. Для определения р„ можно пользоваться следующей эмпирической формулой: рл = 1 + <7 («т - 1). где О < (7 <: 1 - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений (для сталей, применяемых в кузовах, рекомендуется применять q = 0,5-0,8); - теоретический коэффициент концентрации. Его значения определяют по результатам эксперимента либо по справочным данным. Коэффициент запаса прочности для шкворневых узлов, буферных брусьев, тяг, передающих тяговые усилия, вычисляют: при движении в тяговом режиме (цикл нагружения при этом нулевой) > 1; в режиме соударения Ост + «тОу где Oj - напряжения от тяговых усилий; стт - напряжения от вертикальной статической нагрузки (нагрузка Id); Сту - напряжения при соударении (нагрузка 5). Работа, обшивки несущего кузова. Тонкая несущая обшивка вместе с подкрепляющими стержнями образует единую систему, находящуюся под воздействием внешних нагрузок. Сжимающие напряжения достаточной величины могут вызвать потерю устойчивости обшивки и подкрепляющих стержней. Касательные напряжения, действующие в срединной плоскости пластины, также могут стать причиной потери устойчивости. Это явление сопровождается выпучиванием соответствующих участков поверхности кузова. При этом происходит перераспределение внутренних усилий, и конструкция в целом не теряет работоспособность. Однако несущая способность кузова, как правило, ухудшается. Критические напряжения ст„р и t„j„ соответствующие потере устойчивости,, для обшивки. зависят от характера нагружения, 0 1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 |