Sa se proiecteze o osie pentru locomotiva diesel-electrica (LDE) de 1550 kW cu urmatoarele caracteristici

Universitatea " Politehnica" din Bucuresti

Catedra: Material Rulant de Cale Ferata

Tema de proiectare :

a)        locomotiva este echipata cu boghiuri static determinate a cate 3 osii pe fiecare boghiu. Actionarea o 313c22d siilor se va face cu motoare electrice de tractiune (MET) si reductoare semi-suspendate si actionare bilaterala ;

b)       cutiile de osie sunt ghidate cu ajutorul ghidajelor cilindrice ;

c)        legatura dintre cutie si boghiu se face prin leagan cu penduli divergenti ;

d)       timoneria de frana este cu saboti cu actiune bilaterala.

Se cunosc :

V_max=120 [km/h] ; masa locomotivei m_L=116-n=107[ t] ; masa suspendata a boghiului m_sb=6990 [kg] ; masa nesuspendata a boghiului m_nb=9120 [kg] ; greutatea MET G_m=3200 [N] ; diametrul rotii D=1100 [mm] ; cota h=400 [mm] ; raza coroanei dintate r₂=500 [mm] ; raza pinionului r₁=123 [mm] ; raportul de transmitere i_T=4,06 ; cota l=890 [mm] ; rigiditatea arcurilor din suspensia fusului de osie : i=nr de osii ; j=nr de fusuri K_1j=1200 [N/mm] ; K_2j=800 [N/mm] ; K_3j=1300 [N/mm] ; distanta dintre 2 fusuri ale aceleiasi osii 2b₀=1980 [mm] ; distanta dintre planurile cercurilor de rulare 2s=1500 [mm] ; ampatamentul locomotivei a_L=10000 [mm]; cota centrului de greutate al locomotivei h_c=1700 [mm] ; cota centrului de greutate a partii suspendate a cadrului de boghiu h_sb=600 [mm] ; cota punctului de legatura intre cutie si boghiu h_r=h_p=700 [mm] ; bratele balansierului longitudinal articulat m=1000[mm] ; n=1200 [mm] ; cota centrului geometric al cutiei h_cv=1800 [mm] ; cota centrului geometric al cadrului boghiului h_bv=650 [mm] ; cota carligului de tractiune H=1050 [mm] ; lungimea pendulului l_p=550 [mm] ; unghiul de inclinare al suspensorului fata de verticala b_s=13^o; latimea cadrului de boghiu 2b=2100 [mm] ; a=200 [mm] ; b=700 [mm] ; a=13 ^o ; b=20 ^o.

raza curbei R_c=250 [m] ; h_s=150 [mm] ; V_c=50+n=55 [km/h] ; coeficientul de suplete S=0,2 ; deplasarea transversala a locomotivei l=30[mm] ; suprafata laterala a locomotivei S_c=40 [m²] ; forta specifica a vantului W=500 [N/m²] ; forta normala de apasare a sabotului pe roata N=100 [kN] ; distanta dintre atarnatori d=1100 [mm] ; coeficientul de suprasarcini dinamice K_s=3+0,n=3,5 ; rigiditatea arcurilor din suspensia cutiei K_c=800 [N/mm].

Punct

X

Y

E₁

E₂

E₃

1. Trasarea caracteristicii de tractiune :

In functie de numarul de ordine, se va determina tonajul locomotivei :

m_L=118-n=118-5=113 [t]

Determinarea fortei de aderenta :

m_a 0,161+7,5/(44+V) ; se variaza viteza de la "035 km/h".

m_a0= ;

m_a5= ;

m_a10= ;

m_a15= ;

m_a20= ;

m_a25= ;

m_a30= ;

m_a35= .

F_a=m_L^. g^. m_a 10³ [N]

F_a0= [N] ;

F_a5= [N] ;

F_a10= [N] ;

F_a15= [N] ;

F_a20 [N] ;

F_a25 [N] ;

F_a30 [N] ;

F_a35 [N] .

P_LDE=F₀^.V=1550 [kW] F₀=P_LDE^.10³/(0,27^.V) ; se variaza V de la 5120 km/h din 5 in 5 km/h..

F₀₅= [N] ; F₀₂₅= [N] ;

F₀₁₀= [N] ; F₀₃₀= [N] ;

F₀₁₅= [N] ; F₀₃₅= [N] ;

F₀₂₀= [N] ; F₀₄₀= [N] ;

F₀₄₅= [N] ; F₀₈₅= [N] ;

F₀₅₀= [N] ; F₀₉₀= [N] ;

F₀₅₅= [N] ; F₀₉₅= [N] ;

F₀₆₀= [N] ; F₀₁₀₀= [N] ;

F₀₆₅= [N] ; F₀₁₀₅= [N] ;

F₀₇₀= [N] ; F₀₁₁₀= [N] ;

F₀₇₅= [N] ; F₀₁₁₅= [N] ;

F₈₀= [N] ; F₀₁₂₀= [N] .

A.Regimul static :

G_c = greutatea cutiei ;

G_b = greutatea suspendata a cadrului de boghiu ;

P_ij = sarcinile pe fusuri ;

m_c = m_L-2(m_sb+m_nb)=113-2(6,889,12)=81 [t] ;

G_c=m_c^.g=81000^.9,81=794610 [N] ;

P_1c=G_c/2=397305 [N] ;

G_nb=m_nb^.g=9,12^.9,81^.10³=89467,2 [N] ;

G_sb=m_sb^.g=6,88^.9,81^.10³=67492,8 [N] ;

P_B,P=P_1C+G_sb=397305+67492,8=464797,8 [N] - sarcina de la nivelul cadrului de boghiu ;

K_p=2(K_1j+K_2j+K_3j)=2(1200+800+1300)=6600 [N/mm] ;

Sageata statica a suspensiei : f= [mm] ;

Reactiunile la nivelul fusurilor vor fi : [N] ;

Sarcinile pe fusuri vor fi : [N] .

B.Regimul dinamic :

;

;

Sageata din etajul secundar va fi : [mm] ;

[mm] ;

Coeficientii dinamici ( pentru V_max=120 km/h ) :

K_dc=a_c+F

;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[mm] ;

[N] ;

[N] ;

Coeficientii dinamici ( pentru V_c=55km/h ) :

;

;

;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[mm] ;

[N] ;

[N] ;

2.Determinarea sarcinilor introduse de actionarea osiilor :

Calculul se va efectua pentru trei viteze :

V_d=5 km/h (viteza de demaraj ) ;

V_c=55 km/h (viteza de circulatie in curba ) ;

V_max=120 km/h (viteza maxima de circulatie ) ;

F_0locd=1148148,148 [N] ;

F_0locc=104377,104 [N] ;

F_locmax=47839,506 [N] ;

F_0osied=F_0locd/6=191358,024 [N] ;

F_0osiec=F_0locc/6=17396,184 [N] ;

F_0osiemax=F_0locmax/6=7973,251 [N].

2.1.Echilibrul osiei :

2.2.Echilibrul carcasei :

2.1.a.Echilibrul osiei pentru V_d=5 km/h ( F₀= [N] ) :

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

2.2.a.Echilibrul carcasei pentru V_d=5 km/h ( F₀=58013,07 [N] ) :

[N] ;

[N];
[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

;

;

[N] ;

[N] ;

2.1.b.Echilibrul osiei pentru V_c=55 km/h ( F₀= [N] ) :

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

2.2.b.Echilibrul carcasei pentru V_c=55 km/h ( F₀=17396,184 [N] ) :

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

;

;

- [N] ;

7643,777 [N] ;

2.1.c.Echilibrul osiei pentru V_max=120 km/h ( F₀= [N] ) :

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

2.2.c.Echilibrul carcasei pentru V_max=120 km/h ( F₀=7973,251 [N] ) :

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

[N] ;

;

;

[N] ;

[N] ;

3.Sarcini redistribuite pe fusuri ca urmare a actionarii osiilor:

m=1000 [mm];

n=1200 [mm].

Pentru :

v=5 [km/h] F_0L=1148148,148 [N] F₀=58013,07 [N] ;

v=v_c=55 [km/h] F_0L=104377,104 [N] F₀=17396,184 [N] ;

v=v_max=120 [km/h] F_0L=47839,506 [N] F₀=7973,251 [N] .

K₁=1200 [N/mm] ; K₂=800 [N/mm] ; K₃=1300 [N/mm].

l₁₂=1950 [mm] ; l₂₃=2150 [mm] ; l₁₃=4100 [mm].

K_e= [N/mm] ;

[mm] ;

a_r=l₁₃-l_f1=4100-1063,63=3036,37 [mm] ;

Coordonatele CMRB :

X_of= [mm] X₀=X_0f+l_f1=

=1257,90+1063,63=2321,53 [mm] ;

Y₀=b₀=990 [mm] ;

Rigiditatile unghiulare :

[Nmm] ;

Pentru v=5 [km/h] :

P_v= [N] ;

;

Fortele care actioneaza in punctele f₁ si f₂ :

P_fi= ;

f_{1 ;} f_{2 ;}

P_f1=1837,97^.[5,71-9,04^.10^-3.(1063,63-2321,53)-3,43^.10^-3.(0-990)]=37623,24 [N];

P_f2=1837,97^.[5,71-9,04^.10^-3.(1063,63-2321,53)-3,43^.10^-3.(1980-990)]=

=25161,80 [N];

P₁₁= [N] ;

P₂₁= [N] ;

P₁₂= [N] ;

P₂₂= [N] ;

Solicitarile care apar pe fusurile osiei 3 :

P_3i=K₃^.[f_z+j_y (x_3i-x₀)+ j_x (y_3i-y₀)] ;

X_3i=l₁₃ ; y₃₁=0 ; x₃₂=l₁₃ ; y₃₂=2b₀ ;

P₃₁=1300^.[5,71-9,04^.10^-3.(4100-2321,53)-3,43^.10^-3.(0-990)]=-9061 [N] ;

P₃₂=1300^.[5,71-9,04^.10^-3.(4100-2321,53)-3,43^.10^-3.(1980-990)]=-17875 [N] ;

Pentru v=v_c=55 [km/h] :

F₀=17396,184 [N] ;

P_v= [N] ;

f_z= [mm] ;

j_y= [rad] ;

j_x= [rad] ;

P_f1=1837,97^.[1,71-2,7^.10^-3.(1063,63-2321,53)-1,03^.10^-3.(0-990)]=11229,99 [N] ;

P_f2=1837,97^.[1,71-2,7^.10^-3.(1063,63-2321,53)-1,03^.10^-3.(1980-990)]=

=7517,29 [N] ;

P₁₁= [N] ; P₂₁= [N] ;

P₁₂= [N] ; P₂₂= [N] ;

P₃₁= [N] ;

P₃₂= [N] ;

Pentru v=v_max=120 [km/h] :

F₀=7973,251 [N] P_v= [N] ;

f_z= [mm] ;

j_y= [rad] ;

j_x= [rad] ;

P_f1=1837,97^.[0,78-1,23^.10^-3.(1063,63-2321,53)-4,72^.10^-4.(0-990)]=5109,55 [N] ;

P_f2=1837,97^.[0,78-1,23^.10^-3.(1063,63-2321,53)-4,72^.10^-4.(1980-990)]=

=3418,62 [N] ;

P₁₁= [N] ; P₂₁= [N] ;

P₁₂= [N] ; P₂₂= [N] ;

P₃₁= [N] ;

P₃₂= [N] ;

4. Influenta fortei de tractiune asupra solicitarii ramei boghiului si a fusurilor de osie :

H=1050 [mm] ; h_r=h_p=700 [mm] ; a_l=10000[mm] ; h₀=D₀/2=550 [mm] ;

Pentru v_d=5 [km/h] :

Cuplul de rotire al cutiei :

C_yc=6F₀^.(H-h_r)=6^.58013,07^.(1050-700)=121827,44 [Nm] ;

Unghiul de rotire al cutiei :

j_yc= [rad] ;

DP_cI= [N] ;

DP_cII=-DP_cI ;

Cuplul de rotire al cadrului de boghiu :

C_yb=3F₀^.(h_p-h₀)=3^.58013,07^.(700-550)=26105,88 [Nm] ;

Constanta echivalenta a arcului :

K_e= [N] ;

[mm] ;

a_r=l₁₃-l_f1=4100-1063,63=3036,37 [mm] ;

Unghiul de rotire a cadrului de boghiu :

j_yb= [rad] ;

Deplasarea pe verticala a cadrului de boghiu :

f_z= [mm] ;

Fortele din punctele f₁ si f₂ :

P_f1=P_f2=

=-3F₀^.

P₁₁=P₁₂=P_f1 [N] ;

P₂₁=P₂₂=P_f1 [N] ;

P₃₁=P₃₂=-3F₀

Reactiunile orizontale :

R_Hij= [N] ; n_g=2 - avem ghidaje cilindrice ;

Fortele orizontale la fusurile de osie :

T_ij= ;

Pentru v_c=55 [km/h] :

Cuplul de rotire al cutiei :

C_yc=6F₀^.(H-h_r)=6^.17396,184^.(1050-700)=36531,98 [Nm] ;

Unghiul de rotire al cutiei :

j_yc= [rad] ;

DP_cI= [N] ;

DP_cII=-DP_cI ;

Cuplul de rotire al cadrului de boghiu :

C_yb=3F₀^.(h_p-h₀)=3^.17396,184^.(700-550)=7828,28 [Nm] ;

Constanta echivalenta a arcului :

K_e= [N] ;

[mm] ;

a_r=l₁₃-l_f1=4100-1063,63=3036,37 [mm] ;

Unghiul de rotire a cadrului de boghiu :

j_yb= [rad] ;

Deplasarea pe verticala a cadrului de boghiu :

f_z= [mm] ;

Fortele din punctele f₁ si f₂ :

P_f1=P_f2=

=-3F₀^.

P₁₁=P₁₂=P_f1 [N] ;

P₂₁=P₂₂=P_f1 [N] ;

P₃₁=P₃₂=-3F₀

Reactiunile orizontale :

R_Hij= [N] ; n_g=2 - avem ghidaje cilindrice ;

Fortele orizontale la fusurile de osie :

T_ij= ;

Pentru v_max=120 [km/h] :

Cuplul de rotire al cutiei :

C_yc=6F₀^.(H-h_r)=6^.7973,251^.(1050-700)=16743,82 [Nm] ;

Unghiul de rotire al cutiei :

j_yc= [rad] ;

DP_cI= [N] ;

DP_cII=-DP_cI ;

Cuplul de rotire al cadrului de boghiu :

C_yb=3F₀^.(h_p-h₀)=3^.7973,251^.(700-550)=3587,96 [Nm] ;

Constanta echivalenta a arcului :

K_e= [N] ;

[mm] ;

a_r=l₁₃-l_f1=4100-1063,63=3036,37 [mm] ;

Unghiul de rotire a cadrului de boghiu :

j_yb= [rad] ;

Deplasarea pe verticala a cadrului de boghiu :

f_z= [mm] ;

Fortele din punctele f₁ si f₂ :

P_f1=P_f2=

=-3F₀^.

P₁₁=P₁₂=P_f1 [N] ;

P₂₁=P₂₂=P_f1 [N] ;

P₃₁=P₃₂=-3F₀

Reactiunile orizontale :

R_Hij= [N] ; n_g=2 - avem ghidaje cilindrice ;

Fortele orizontale la fusurile de osie :

T_ij= ;