Контрольная работа по теме Расчет вагонов

Содержание  

1. Рессорное подвешивание

 

2. Конструкция пружин

 

3. Рессоры

 

4. Гасители  колебаний

 

5. Способы увеличения прочности  и долговечности  рессор и пружин

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.   Рессорное подвешивание 

         Кузов вагона передает нагрузку на буксы колесных пар через промежуточную систему, называемую рессорным подвешиванием, которую образуют упругие элементы (рессоры, пружины, амортизаторы, гасители колебаний) и соединительные детали (рессорные подвески, валики и т.д.) связывающих колесные пары с рамой тележки или кузова вагона.

          Рессорное подвешивание обеспечивает смягчение толчков и ударов, передаваемых колесами кузову, а также гашение колебаний, возникающих при движении вагона. В результате этого ослабляется действие толчков на пассажиров, уменьшается износ подвижного состава и железнодорожного пути. В качестве упругих элементов применяют винтовые пружины, листовые рессоры, пневматические, торсионные, кольцевые и другие типы рессор, а также резинометаллические элементы.

         В рессорном подвешивании вагонов большое распространение получили витые цилиндрические пружины. В сравнении с листовыми рессорами они позволяют получить необходимые упругие характеристики при меньших массах и габаритных размерах, а в сочетании с гасителями колебаний обеспечивают более спокойный ход вагона. Кроме того, пружины смягчают горизонтальные толчки и удары. Они проще и дешевле в изготовлении и ремонте, чем листовые рессоры.

         Рессоры и пружины характеризуются геометрическими размерами и гибкими свойствами.

         К основным размерам относятся: высота рессоры или пружины в свободном состоянии без груза и высота под грузом, длина рессоры, диаметр пружины, диаметр прутка, число рабочих витков пружины. Разность между высотой рессоры или пружины в свободном состоянии без груза и высотой под грузом называется прогибом рессоры.

        Гибкие свойства рессор (пружин) определяются коэффициентом гибкости (или просто гибкостью) либо коэффициентом жесткости (жесткостью). Жесткость — величина, обратная гибкости. Гибкость и жесткость рессор (пружин) зависят от их основных размеров. При увеличении длины рессоры или при уменьшении числа и сечения листов гибкость ее увеличивается, а жесткость уменьшается. У пружин с увеличением среднего диаметра витков и их числа и с уменьшением сечения прутка гибкость увеличивается, а жесткость уменьшается.

        Рессорное подвешивание, шарнирно соединяющее раму вагона или тележки с установленной на буксе рессорой, называют надбуксовым рессорным подвешиванием. В тележках, кроме надбуксового, применяется еще центральное подвешивание, при котором рессоры или пружины расположены посередине рамы тележки и упруго соединяют ее с рамой  вагона. 

         Центральное рессорное подвешивание, работая последовательно с надбуксовым, увеличивает общую гибкость упругого подвешивания вагона.

         Рессоры и пружины могут располагаться параллельно и последовательно. В зависимости от количества последовательно соединенных систем рессор подвешивание бывает одинарным, двойным и тройным. Если между рамой вагона или рамой тележки и буксой установлена одна система параллельно работающих рессор, подвешивание называется одинарным; если установлены две или три системы рессор, работающих параллельно, подвешивание называется соответственно двойным или тройным. На пассажирских вагонах наиболее широко распространено двойное рессорное подвешивание — центральное и надбуксовое.

        Безопасность и плавность движения вагонов зависят от упругих свойств, прочности и качества конструкции рессор, пружин и гасителей колебаний. 

       В рассматриваемом пассажирском вагоне межобластного сообщения, где базовой тележкой является двухосная тележка модели КВЗ-ЦНИИ-I (рис. 1), состоящая:  1 - надбуксовая пружина; 2 - тормозное устройство; 3 - рама тележки; 4 - валик люлечной подвески;  5 - подпятник; 6 - карданный вал; 7-буксовый узел; 8 - серьга центрального подвешивания; 9 - поддон центрального подвешивания; 10 - генератор; 11- муфта карданного привода; 12 - гидравлический гаситель колебаний; 13 – поводок. 

        

Рис 1. Тележка  типа КВЗ-ЦНИИ I: 

2. Конструкция пружин

 

       Упругий элемент, изготовленный из отдельного прутка или полосы завивки, называется пружиной.

        В настоящее время в основном применяют пружины, которые по сравнению с рессорами значительно проще по конструкции и технологии изготовления, а в сочетании с гасителями колебаний обеспечивают более плавный ход   вагона при повышенной   скорости движения. Пружины изготовляют из прутков стали круглого, квадратного или прямоугольного сечения. 

       Цилиндрические винтовые пружины (рис. 2) широко применяются в рессорном подвешивании и в ударно-сцепных устройствах вагонов. Эти пружины представляют собой завитый по винтовой линии пруток стали с одинаковыми просветами между витками. За счет этих просветов пружина   может под нагрузкой изменять свою высоту. 
 

  

  Рис. 2 Цилиндрическая пружина 
 
 
 

     Чтобы последняя была устойчивой в рабочем положении, перед навивкой концы прутков нагревают и оттягивают в виде клина для получения плоской опорной поверхности. Длина каждого оттянутого конца делается равной ³/₄ длины окружности витка.

      Пружины характеризуются диаметром d прутка (или размером   его сечения), диаметром средней линии пружины Д_ср или наружным диаметром Д_нар, высотой Н_св в свободном состоянии, высотой при наибольшем   сжатии (до соприкосновения витков) К_гр и   числом рабочих витков n_р.  Число   рабочих   витков обычно меньше общего числа на 1,5 витка.

   В зависимости  от воспринимаемой на грузки цилиндрические пружины делают однорядными и двухрядными (две пружины, вставленные одна в другую). В двух рядных наружная пружина изготовляется из прутка большего диаметра, но с малым числом витков,   внутренняя — из более тонкого   прутка и с большим числом витков.

   Чтобы при сжатии витки внутренней пружины не зажимались наружной,  завивка   пружин  производится  в  разные  стороны.

   Цилиндрические  винтовые пружины изготовляют путем  навивки прутка — заготовки в  горячем состоянии на специальном  станке с роликами, поступательное перемещение которых создает заданный шаг пружины.

   Двухрядные  пружины применяются в тележках грузовых и пассажирских вагонов, а  также в поглощающих аппаратах. 

       
 

      Спиральные пружины, (рис. 3) предназначенные для восприятия больших усилий, навиваются из полосовой стали прямоугольного сечения с большим отношением сторон так, что каждый виток входит внутрь соседнего витка, образуя в плане спираль.

 

    Конические  пружины (рис. 4) в отличии от цилиндрических имеют переменный диаметр витков, который возрастает от верхнего конуса к нижнему. С уменьшением диаметра шаг витка постепенно уменьшается. Однако могут быть пружины и с постоянным шагом. У конических пружин при нагрузке расстояние между витками изменяется неодинаково сначала сжимаются витки большого диаметра, а затем постепенно витки меньших диаметров. Конические пружины имеют переменную жесткость, возрастающую с увеличением нагрузки. Если цилиндрические пружины в предельно сжатом состоянии могут занимать самую минимальную высоту Н_гр = nd, то коническая пружина с круглым сечением витка может быть сжата до предельной высоты, равной диаметру прутка Н_гр = d.

   

   Упругие свойства элементов рессорного подвешивания оценивают с помощью силовых  характеристик и коэффициентом  жесткости (жесткостью) или коэффициентом гибкости (гибкостью).

    На (рис. 5) показаны простейшие графики  силовых характеристик: линейность, которую имеет цилиндрическая пружина и нелинейность типичная для конических пружин. 
 

   Силовые характеристики пружин: 

   Жесткость упругого элемента численно равна силе, вызывающей прогиб этого элемента, равного единице длины:

   

                                                                                                                                ,                  (1)

                                      

   где Р – внешняя сила, действующая на рессору:

          f  - прогиб рессоры м от силы; 

   Гибкость  упругого элемента – величина обратная жесткости, численно равна прогибу  под действием силы, равной единице  длины:

   

                                                                                                                                  ,                  (2)        
 

   Для упругих  элементов с линейной характеристикой  жесткость постоянна (c = const).

   Для элементов  с линейной характеристикой она  изменяется по мере роста силы и прогиба и в общем случае определяется зависимостью  

   

                                                                          ,                   (3) 

   Если  известно уравнение р(f) силовой характеристики легко вычисляется жесткость.

   В системе  рессорного подвешивания упругие элементы могут быть соединены параллельно  или  последовательно. Рассмотрим тип  параллельного соединения рессоры (пружины) нагруженные общей силой  р рессоры имеют постоянные гибкости соответственно λ₁, λ₂ и λ₃ и жесткость с₁, с₂ и с₃. Силы приходившиеся на каждую из рессор, обозначим p₁, p₂ и p₃, а прогиб каждой рессоры – соответственно f₁, f₂ и f₃. в данном случае общий прогиб рессор f  равен прогибу каждой рессоры в отдельности. 

                                   f  =  f₁ = f₂ = f₃  

   Согласно  формуле имеем

   

   

;               ;            ;                   (4) 
 

   Сила  р равна сумме сил, действующих на каждую рессору т.е. 

                                           p  = p₁ + p₂ + p₃                          (5) 

   Учитывая  равенство прогибов упругих элементов  и подставляя значение p₁, p₂ и p₃, в последнее уравнение получим: 

     
 
 

Общая гибкость комплекта

                                     

                                    ,           (6) 
 

Выражая силы через жесткость и прогибы рессор, имеем: 

                  p₁ = f с₁ ;      p₂ = f с₂ ;       p₃ = f с₃ ;      p  = f с ;         

   Подставляя  эти значения в уравнения получим  формулу для расчета жесткости  подвешивания:   

                                         с = с₁ + с₂ + с₃.                    (7)