5. Расчёт прочности рамы

5.1 Силы, действующие на раму тележки

Рама тележки представляет собой сложную пространственную систему, которая подвергается воздействию больших сил и нагрузок:

- вертикальной статической нагрузки;

- вертикальной динамической нагрузки;

- центробежной силы и давления ветра;

- усилий, возникающих при работе тяговых двигателей;

- усилий, возникающих при торможении электровоза;

- кососимметричной нагрузки;

- продольной инерционной силы при ударе в автосцепку;

- усилий, возникающих при выкатке колёсных пар.

В зависимости от условий эксплуатации и режима работы электровоза перечисленные силы могут появиться отдельно или в совокупности.

При расчётах на прочность рамы тележек современных электровозов рассматриваются как статически неопределимые системы и расчёты выполняются методом сил.

Для приближённой оценки прочности рамы её можно рассматривать как статически определимую систему, состоящую из отдельных балок.

Расчёт на прочность сводится к определению изгибающих моментов и напряжений в характерных сечениях элементов рамы тележки.

Для определения напряжений, кроме изгибающего момента, необходимо знать геометрические характеристики сечений.

5.2 Определение геометрических характеристик

К геометрическим характеристикам поперечных сечений элементов рамы относятся момент инерции и момент сопротивления. В зависимости от назначения, конструкции и типа рам поперечные сечения элементов могут иметь разнообразные формы.

На рисунке 5.1 приведено расчетное поперечное сечение боковины сварной рамы тележки электровоза ВЛ10.

Рисунок 5.1 - Поперечное сечение концевой балки тележки ВЛ10

Параметры сечения ; ; ; ;

Ввиду несимметричности сечения относительно горизонтальной оси расчет геометрических характеристик будем производить табличным методом. Вспомогательную ось Y^| проведем через середины элементов 3 и 4. Результаты расчетов заносим в таблицу 5.1

Таблица 5.1- Расчет геометрических характеристик

В таблице 4.1 приводятся:

1) порядковый номер каждого элемента;

2) площадь сечения элемента;

3) расстояние от центра тяжести площади элемента до вспомогательной оси Y^|;

4) статический момент площади элемента относительно

вспомогательной оси;

5) расстояние от нейтральной оси сечения до центра тяжести площади сечения каждого элемента;

6) произведение F_i *Z_i²;

7) момент инерции сечения каждого элемента относительно собственной нейтральной оси.

Расстояние Z_С от вспомогательной оси до нейтральной оси всего сечения

, (5.1)

мм

Момент инерции всего сечения определяется путем суммирования величин, заключенных в столбцах 6 и 7 (см. таблицу 5.1)

, (5.2)

мм⁴

Расстояние от нейтральной оси до наиболее удаленной точки сечения

, (5.3)

мм

Момент сопротивления сечения изгибу

, (5.4)

мм³