Дипломная (вкр): Грузовой тепловоз мощностью 3000 кВт. Дизель-генератор

Таким образом, в конструкции тележки перспективного электровоза используются: рама тележки с пониженными боковинами и сниженной массой, использование пружин Flexicoil в кузовной ступени подвешивания, использование наклонных тяг в качестве устройств передачи сил тяги и торможения, модернизированная тормозная система.

РАЗДЕЛ 3. РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ И ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЛЕЖКИ

3.1 Взаимодействие пути и колесно-моторного блока в горизонтальной плоскости

При составлении математической модели, за основу принимаются идеи, изложенные в научных трудах отечественных и зарубежных ученых [14, 15, 16]. Вместе с тем мы исходили из необходимости учесть поперечные перемещения колесно-моторного блока, его поворот вокруг вертикальной оси, угловые перемещения якоря тягового двигателя и колесной пары, а также отжатия рельсов.

Что бы определить нужные величины, за обобщенные координаты принимаем:  - поперечное перемещение колесно-моторного блока,  - поворот колесно-моторного блока вокруг вертикальной оси проходящей через его центр тяжести,  - угловые перемещения ротора тягового двигателя,  - угловые перемещения колесной пары,  - отжатия рельсов.

Абсолютную систему координат  разместим в центре масс колесно-моторного блока как показано на рис. 3.1. Подвижные системы координат совместим с центрами масс колесно-моторного блока, якоря тягового двигателя, колесной пары и рельсами [17].

Таким образом, абсолютные координаты любой точки колесно-моторного блока определятся уравнениями:

          (3.1)

где     - косинусы направляющих углов;

 - абсолютные координаты начала подвижной системы;

 - относительные координаты любой точки колесно-моторного блока.

Значения косинусов направляющих углов с точностью до первых степеней малых количеств приведены в таблице 3.1. Направляющие углы выбраны по способу академика А.Н. Крылова [18], благодаря чему они малы. Поэтому косинусы углов принимаются равными единице, а синусы - углам.

Рис. 3.1. Кинематическая схема тягового привода с опорно-осевой подвеской тягового двигателя

Таблица 3.1.

Для определения отжатия рельсов, необходимо определить поперечное перемещение колесно-моторного блока в точке касания гребня с рельсом. Таким образом, принимая , с учетом табл. 3.1, система (3.1) примет вид:

   (3.2)

Дифференцируя (3.2) по времени, определим скорость поперечного перемещения колесно-моторного блока в точке его контакта с рельсом, в проекциях на оси абсолютной системы координат:

   (3.3)

Проекции векторов мгновенных угловых скоростей масс системы на оси подвижных систем координат равны [17]:

  (3.4)

и могут рассматриваться в виду их малости как угловые скорости вокруг подвижных осей.

Так как , то система (3.4) принимает вид:

     (3.5)

Ротор тягового двигателя совершает сложные перемещения: как вместе с колесно-моторным блоком, так и собственное вращение. В этом случае целесообразно сначала определить координаты любой точки ротора в системе координат связанной с колесно-моторным блоком, а затем, подставив полученные соотношения в (3.1), получить выражения для определения координат любой точки ротора в абсолютной системе координат.

Таким образом, координаты любой точки ротора в системе координат колесно-моторного блока определяются соотношениями:

        (3.6)

где     - косинусы направляющих углов,

 - координаты начала системы связанной с ротором в системе координат колесно-моторного блока,

 - относительные координаты любой точки ротора.

Условия связей, налагаемые на движение ротора тягового двигателя относительно колесно-моторного блока имеют вид:

  (3.7)

где     - расстояние от центра тяжести колесно-моторного блока до центра тяжести ротора тягового двигателя.

Косинусы направляющих углов приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2.

С учетом условий (3.7) и табл. 3.2, система (3.6) примет вид:

         (3.8)

Абсолютные координаты любой точки ротора тягового двигателя в абсолютной системе координат получим, подставляя (3.8) в (3.1):

       (3.9)

Дифференцируя (3.9) по времени и полагая что , получим проекции скорости центра тяжести ротора тягового двигателя на оси абсолютной системы координат:

    (3.10)

Проекции вектора абсолютной угловой скорости ротора тягового двигателя на собственные оси координат определяются уравнениями:

,        (3.11)

где    - проекции вектора мгновенной угловой скорости ротора на оси системы координат, связанной с ним в его вращательном движении вокруг       этих же осей, с учетом условий (3.7) определяются соотношениями:

,    (3.12)

 - проекции вектора мгновенной угловой скорости ротора на оси координат, связанной с ним в его вращательном движении вместе с колесно-моторным блоком, определяются соотношениями (3.5)

Таким образом, с учетом (3.5), (3.12) и таблицы 3.2, соотношения (3.11) примут вид:

           (3.13)

Соотношения, характеризующие движение колесной пары выводятся аналогично соотношениям, полученным для ротора тягового двигателя.

Колесная пара вращается в моторно-осевых подшипниках представляющих одно целое с колесно-моторным блоком, следовательно, в пространстве она совершает те же перемещения, что и колесно-моторный блок, плюс собственное вращение, поворот на угол , который может быть как угодно велик.

Таким образом, сначала определим координаты любой точки колесной пары в системе координат колесно-моторного блока:

,   (3.14)

где     - косинусы направляющих углов,

 - координаты начала подвижной системы связанной с центром тяжести колесной пары в системе координат колесно-моторного блока,

 - относительные координаты любой точки колесной пары.

Условия связей налагаемых в данном случае на движение колесной пары относительно колесно-моторного блока:

,        (3.15)

где  - расстояние от центра тяжести колесно-моторного блока до центра тяжести колесной пары.

Значения косинусов направляющих углов приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3.

С учетом условий (3.15) и таблицы 3.3 система (3.14) примет вид:

        (3.16)

Абсолютные координаты любой точки колесной пары определяются уравнениями (3.2) после подстановки в них значений (3.16):

      (3.17)

Дифференцируя (3.17) по времени и полагая что  получим проекции скорости центра тяжести колесной пары на оси абсолютной системы координат:

   (3.18)

Проекции вектора абсолютной угловой скорости колесной пары на собственные оси координат определяются соотношениями:

,      (3.19)

где    - проекции вектора мгновенной угловой скорости ротора на оси системы координат, связанной с ним в его вращательном движении вокруг       этих же осей, с учетом условий (3.15) определяются соотношениями:

,          (3.20)

 - проекции вектора мгновенной угловой скорости ротора на оси координат, связанной с ним в его вращательном движении вместе с колесно-моторным блоком, определяются соотношениями (3.5)

Таким образом, соотношения (3.19) с учетом (3.5), (3.20) и табл. 3.3, принимают вид:

   (3.21)

Абсолютные координаты любой точки рельсов определяются соотношениями:

,      (3.22)

где    - абсолютные координаты начал систем координат связанных с левым и правым рельсом соответственно;

 - косинусы направляющих углов;

 - относительные координаты любых точек рельсов.

Соотношения (3.22) можно значительно упростить исходя из следующих соображений.

Очевидно, что отжатие рельса происходит в точке его контакта с гребнем, колеса и определяется, в основном, поперечным перемещением колесно-моторного блока. Поэтому представляется целесообразным разместить начало системы координат связанной с рельсом, именно в точке контакта. На движения рельсов, наложим ограничения, позволяющие совершать им при взаимодействии с колесно-моторным блоком только поперечные перемещения (вдоль оси ), т.е.:

     (3.23)

С учетом (3.23) в соотношениях (3.22) принимаем .

Поскольку для нас необходимо определение максимальной величины отжатия рельса, т.е. поперечного смещения начала координат системы связанной с рельсом в соотношениях (3.22) можно принять .

Так как продольные и вертикальные смещения не оказывают влияния на отжатия рельсов, принимаем в соотношениях (3.22), .

Таким образом, для каждого рельса система уравнений (3.22) сводится к уравнениям:

         (3.24)

Соответственно проекции скорости начала системы координат рельсов на оси абсолютной системы будут равны:

     (3.25)

Поскольку мы условились считать, что отжатие рельса начинается в момент касания его с гребнем, т.е. в случае, когда выбран один из зазоров в колее. Это обстоятельство должно быть учтено при составлении математической модели и в процессе моделирования должны отслеживаться моменты времени, в которые имеет место контакт гребня с рельсом.

Таким образом, в модели должны быть заданы условия вида:

, (3.26)

которые позволяют точно определять время начала и прекращения контакта гребня с рельсом и соответственно вводить в расчет или выводить из него соотношения описывающие перемещения приведенной массы колесно-моторного блока и рельсов в поперечной плоскости.

Представим углы поворота колесной пары и ротора тягового двигателя в виде суммы двух углов. Первый угол соответствует углу поворота при вращении с постоянной угловой скоростью, а второй угол, малый по величине, представляет изменение первого угла в колебательном процессе. Таким образом, мы можем перейти от больших обобщенных координат к малым.