Промышленный лизинг Промышленный лизинг  Методички 

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

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:

. 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

1 n Г-1 Ji n г

- n г pL


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