Расчеты усталостной прочности.

Расчетам на усталость подвергаются:

–рамы тележек, надрессорные балки, промежуточные рамы, корпуса букс;

–хребтовые, продольные боковые, основные поперечные и шкворневые балки, шкворни, стяжные ящики, топливные баки, включенные в несущую систему кузова, узлы крепления подкузовного оборудования;

–траверсы, подвески тяговых двигателей, тяговых приводов, карданных приводов, корпуса редукторов;

–элементы рессорного подвешивания и узлы крепления тормозного оборудования;

–элементы опор кузова на тележки.

Этот перечень может быть дополнен в зависимости от конструкции экипажной части локомотива. Например, у тепловоза ТЭМ21 вместо шкворней для передачи тяговых усилий используются наклонные тяги с торсионным механизмом. Очевидно, что и они должны рассчитываться на сопротивление усталости.

Если напряжения в детали не превышают предел выносливости детали с учетом асимметрии цикла, то, согласно «Нормам», расчет можно выполнять без учета параметров кривой усталости образца в зависимости от наличия данных одним из следующих способов:

–расчет при отсутствии данных о гистограмме распределения амплитуд напряжений нагрузки;

–расчет при наличии данных о гистограмме распределения амплитуд напряжений в эксплуатации.

Если напряжения в детали превышают предел выносливости детали с учетом асимметрии цикла, то помимо учета распределения амплитуд напряжений в эксплуатации при расчете нужно учитывать параметры кривой усталости стандартного образца.

 

Рассмотрим основные положения расчета при отсутствии данных о распределении нагрузок в эксплуатации. Усталостную прочность элементов кузова, главных рам и рам тележек оценивают по коэффициенту запаса п, для вычисления которого используют следующую формулу:

(2.21)

где σ_-1 — предел выносливости образца при симметричном цикле; К_σ — коэффициент, характеризующий понижение предела выносливости детали по отношению к пределу выносливости образца; ψ — коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла; σ_у и σ_m — соответственно амплитуда и среднее значение напряжений в цикле нагружения. При многоосном напряженном состоянии в качестве σ_у и σ_m принимаются главные напряжения. Амплитуду напряжений, если нет экспериментальных данных, можно определить через коэффициента динамики σ_у = К_дσ_m Коэффициент определяют по формуле

 

Способ экспериментальной оценки σ_у регламентируется «Нормами». Средние напряжения в цикле σ_m определяют как сумму напряжений от статических нагрузок (вес) и квазистатических (силы тяги и торможения, силы, действующие при движении в кривой).

Для элементов, работающих на растяжение (σ_m > 0), рекомендуют принимать ψ = 0,3. Для волокон, работающих на сжатие (σ_m < 0), коэффициент ψ = 0. Коэффициент понижения предела выносливости К_σ находят по формуле

(2.22)

где K₁ — коэффициент, учитывающий неоднородность материала (для кованого, прокатного и штампованного металла K₁ = 1,1, для литого K₁= 1,2 — 1,3); К₂ — коэффициент, учитывающий внутренние напряжения (при увеличении поперечных размеров деталей от 250 до 1000 мм К₂ меняется линейно от 1,0 до 1,2); γ— коэффициент, учитывающий влияние абсолютных размеров детали; для его определения можно пользоваться графиком (рис. 2.16); m — коэффициент, учитывающий состояние поверхности детали (для полированной поверхности m=1, для чистовой обработки на станке m = 0,9, для грубой обработки m = 0,8—0,85, для стального литья после пескоструйной обработки m = 0,8—0,75, для поверхности с окалиной m = 0,8—0,65); (β_к — эффективный коэффициент концентрации напряжений. Его значения определяются геометрией узлов конструкции и лежат в пределах 1,0—3,0.

В «Нормах» приведены ориентировочные значения (β_к для некоторых типовых узлов сварных соединений, применяемых в локомотивостроении из малоуглеродистой стали типа Ст3. В остальных случаях следует пользоваться справочной литературой по машиностроению.

 

 

 

 

Для определения β_к можно также применять формулу

(2.23)

где q — коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений (для стали СтЗ q= 0,7, для малоуглеродистых низколегированных сталей q = 1); α_т — теоретический коэффициент концентрации. Его значение определяют по справочным данным либо по результатам эксперимента.

Когда в распоряжении расчетчиков есть гистограммы распределения напряжений, определяющих нагруженность детали в эксплуатации, оценку сопротивления усталости выполняют не с помощью коэффициента запаса, а по условию

(2.24)

где σ_а— наибольшее значение амплитуды динамических напряжений, взятое из гистограммы распределения напряжений; σ_rD — предел выносливости детали с учетом асимметрии цикла. Методика определения σ_rD изложена в «Нормах». Там же приведена методика оценки долговечности, когда напряжения в детали превышают предел выносливости материала детали с учетом асимметрии цикла. При этом используются параметры кривой усталости стандартного образца и гистограмма распределения амплитуд напряжений за назначенный срок службы детали.

 

Кабіна машиніста. Компонувальні схеми тепловозів 2ТЕ116, 2ТЕ10М, ТЕП150, ТЕП70 і електровозів ВЛ80^к,ВЛ10.

 

§2.7. Оборудование кабины машиниста.

Кабины машиниста на тепловозах ТЭ1,ТЭ2, ТЭЗ, ТГ102, 2ТЭ10Л, 2ТЭ116 и других не включены в общую силовую схему кузова, а на тепловозах ТЭ10, ТЭП60 и ТЭ109 они несут нагрузку, являясь составной частью жесткого каркаса кузова. Кабины машиниста тепловозов 2ТЭ10Л и 2ТЭ116 унифицированы. Каркас кабины современных тепловозов выполнен из легких гнутых профилей стали, обладающих большой жесткостью. Обшивка кабины не участвует в передаче и восприятии усилий. На лобовом листе и боковых стенках имеются большие оконные проемы. Для оконных проемов всех тепловозов применяют стекло триплекс толщиной 6 мм, а на тепловозах ТЭП60 органическое стекло. Необходимая форма стекол и пригонка их к проемам обеспечиваются штамповкой в специальных приспособлениях.

В современном тепловозостроении предусматривают специальные меры, обеспечивающие нормальную работу локомотивных бригад, снижение шума до допустимых значений (ОСТ 24.040.01 кривая № 75); уменьшение вибраций;

 

 

 

создание нормальных температурных условий, чистоты, влажности и плотности воздуха; окраска кабины в цвета, не утомляющие зрение и т. д.

Для снижения шума стены, потолок и пол кабины современных тепловозов хорошо изолированы, а в дверях установлены двойные стекла с воздушной прослойкой. В качестве шумоизолирующих материалов для покрытия задней стенки и пола на тепловозе ТЭП60 применяется пенопласт ПХВ-Э, остальные стенки и потолок выполнены из стеклопласта и пенополистирола ПСБ-С. Изоляционный слой кабины машиниста тепловоза 2ТЭ10Л (рис. 2.17) покрыт перфорированной листовой сталью толщиной 0,8 мм с диаметром отверстий 3 мм и расстоянием между ними 4,5 мм. Общая толщина изоляционного слоя около 100 мм.

Для уменьшения вибраций на современных тепловозах отечественной и зарубежной постройки кабину машиниста изолируют от главной рамы резиновыми амортизаторами и от кузова резиновыми прокладками.

В кабинах имеются отопительные устройства: калориферы, через которые проходит часть воды, охлаждающей дизель, или электронагревательные устройства (на отдельных зарубежных тепловозах). В помещении кабины предусмотрены вентиляторы. В зимнее время воздух подается через калорифер. При следовании поезда воздух может поступать в кабину самотеком.

В опытном порядке на тепловозах применены установки для кондиционирования воздуха, обеспечивающие нормальную температуру, давление, чистоту и влажность воздуха.

Кабины машиниста оборудованы пультом управления машиниста, аппаратурой автотормоза и автостопа, светофором локомотивной сигнализации, радиостанцией, противопожарными средствами, приводом к ручному тормозу, теневыми щитками, стеклоочистителями, ящиком для личных вещей бригады и т. п.

Пульт управления машиниста обычно монтируется на наклонном листе, где устанавливаются приборы управления тепловозом и приборы, предназначенные для контроля и наблюдения за работой основных узлов и агрегатов. К этим приборам относятся: рукоятки контроллера и реверсора; дистанционные манометры и термометры, показывающие значения давления и температуры теплоносителей охлаждающей системы; приборы для наблюдения за параметрами электрических машин и аккумуляторов; панель кнопок для включения подкачивающего насоса дизеля, включения и выключения тяговых электродвигателей; манометры автотормозной системы и т. п. Рядом с пультом управления поездной и локомотивный краны машиниста для управления автотормозами, кнопки свистка и песочницы, радиотелефон и т. д. Ведется работа по применению машины централизованного контроля и управления «Дельта», предназначенной для контроля за различными параметрами в системах дизельной автоматики .Машина посредством датчиков обеспечивает измерение контролируемого параметра по запросу машиниста. В результате на пульте управления появляются цифровые показания этого параметра. Одновременно машина типа «Дельта» дает сигнал о неисправности и команды на исполнительные устройства дизельной автоматики, обеспечивая доведение параметров до нормы и пуск дизеля.

На опытном дизель-поезде ДР1П № 55 функции машины «Дельта» были расширены для защиты колесных пар от боксования и диагностики состояния ряда других узлов.

В кабинах установлены мягкие кресла с регулируемой высотой для машиниста и помощника и предусмотрены откидные сиденья. Большое значение имеет место расположения кабины машиниста. Чем меньше угол зрения, образуемый между глазами машиниста и плоскостью основания пути, т. е. чем меньше зрительной информации получает машинист, тем позже наступает его утомление.

 

§2.8. Расположение оборудования на тепловозе.