Расчет нагрузок, действующих на вагон и его части
При расчете на прочность вагонов и их частей, согласно нормам МПС, должны учитываться следующие нагрузки: вертикальная нагрузка; боковая нагрузка; продольные силы; усилия, связанные с торможением; внутреннее давление в резервуарах; усилия распора сыпучих и скатывающихся навальных грузов; усилия, возникающие при механизированной погрузке и выгрузке вагона; усилия, прикладываемые к вагону при ремонте.
Вертикальные нагрузки, действующие на кузов и тележки
Статическая нагрузка
Статическая нагрузка на любую деталь вагона определяется по формуле[2]:
, (4.1)
где - вес брутто вагона, = 872 кН;
- вес частей и укрепленного на них оборудования, через которые передается нагрузка от рассчитываемой детали вагона на рельсы, кН;
m - число одинаковых, параллельно загруженных деталей.
Для определения статических нагрузок необходимо знать вес следующих элементов вагона: - вес рессорного комплекта, = 3,312 кН;
- вес боковой рамы, = 3,822 кН;
- вес буксового узла, = 0,725 кН;
- вес колесной пары, = 12,289 кН;
- вес двухосной тележки, = 47,824 кН;
- вес четырехосной тележки, = 98,000 кН.
Статическая нагрузка, действующая на кузов[2]:
(4.2)
Статическая нагрузка, действующая на надрессорную балку:
Статическая нагрузка, действующая на одну двухрядную пружину:
Статическая нагрузка, действующая на боковую раму:
Статическая нагрузка, действующая на буксовый узел:
Статическая нагрузка, действующая на колесную пару:
Вертикальная динамическая нагрузка
Вертикальная динамическая нагрузка определяется умножением статической нагрузки на коэффициент вертикальной динамики[2]:
(4.3)
где - коэффициент вертикальной динамики.
Коэффициент вертикальной динамики определяется по формуле[2]:
, (4.4)
где - среднее вероятное значение коэффициента вертикальной динамики;
- параметр распределения (уточняется по экспериментальным данным), для грузовых вагонов при существующих условиях эксплуатации параметр = 1,13;
При оценке прочности по допускаемым напряжениям, принятым согласно расчетным режимам, расчетная вероятность принимается = 0,97.
Среднее вероятное значение коэффициента вертикальной динамики определяется по формуле:
,
где a - коэффициент, принимаемый на основании обработки результатов теоретических и экспериментальных исследований равный для элементов кузова вагона - 0,05; для обрессоренных частей тележки – 0,1; для необрессоренных частей тележки – 0,15;
b - коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке (n) группе тележек под одним концом вагона на величину коэффициента динамики[2]:
; (4.5)
v - расчетная скорость движения вагона , v = 33 м/с;
- статический прогиб рессорного подвешивания , = 0,05 м.
Определим вертикальную динамическую нагрузку, действующую на:
- кузов вагона:
- надрессорную балку:
- рессорный комплект:
- боковую раму:
- буксовый узел:
- колесную пару:
Вертикальная суммарная нагрузка
После определения вертикальной статической и вертикальной динамической нагрузок необходимо определить суммарную вертикальную нагрузку по формуле[2]
(4.6)
Определим суммарную нагрузку, действующую на:
- кузов:
- надрессорную балку:
- рессорный комплект:
- боковую раму:
- буксовый узел:
- колесную пару:
Боковые нагрузки
Боковая горизонтальная нагрузка
Боковая нагрузка, возникающая при движении вагона по кривому участку пути, складывается из центробежной силы и давления ветра на кузов и равна[2]:
, (4.7)
где - центробежная сила, направленная наружу кривой, кН;
- равнодействующая сила давления ветра на кузов вагона, кН.
Величина центробежной силы определяется с учетом возвышения наружного рельса над внутренним. В упрощенном виде ее можно выразить как[2]
, (4.8)
где - коэффициент, определяемый по формуле[2]
(4.9)
где v - скорость движения вагона, м/с;
R - радиус кривой, м;
h - возвышение наружного рельса над внутренним, мм;
2s - расстояние между кругами катания колесной пары, мм;
Если в технических требованиях не оговорены особые условия движения в кривых, то = 0,075 для грузовых вагонов.
Равнодействующую силу давления ветра определяют по формуле
где - удельное давление ветра, перпендикулярное боковой стене вагона, согласно нормам расчета на прочность, = 500 Н/м ;
F- площадь боковой проекции кузова вагона, м ;
Площадь боковой проекции платформы можно определить по формуле
где - длина вагона по раме, м;
- высота крытого вагона, м;
Определим равнодействующую давления ветра по формуле
Определим боковую горизонтальную нагрузку по формулам на:
- кузов:
- надрессорную балку:
- рессорный комплект:
- боковую раму:
- буксовый узел:
- колесную пару:
Вертикальные составляющие боковых нагрузок
Боковые нагрузки вызывают дополнительное вертикальное нагружение частей тележек с одной стороны вагона и соответствующее разгружение с другой. Величина такого дополнительного нагружения рассчитываемой детали находится по формуле [2]
, (4.10)
где - вертикальные расстояния от места приложения до точек приложения сил соответственно, м,
m1 - число одноименных, параллельно загруженных элементов, расположенных с одной стороны вагона;
2b2 - расстояние между точками приложения дополнительного загружения и разгружения рассчитываемой детали, 2b2 = 2,036 м.
Определим вертикальные составляющие боковых нагрузок на:
- надрессорную балку[2]:
, (4.11)
где - расстояние от точек приложения силы до подпятника, = 1,983 м;
- расстояние от точек приложения силы до подпятника, = 2,012 м.
- рессорный комплект:
где - расстояние от точек приложения силы до опорной поверхности рессорного подвешивания, = 2,226м;
- расстояние от точек приложения силы до опорной поверхности рессорного подвешивания, = 2,258 м.
- боковую раму:
где - расстояние от точек приложения силы до опорной поверхности нижнего пояса боковой рамы, = 2,426 м;
- расстояние от точек приложения силы до опорной поверхности нижнего пояса боковой рамы, = 2,458 м.
- буксовый узел:
где - расстояние от точек приложения до оси колесной пары, = 2,258 м;
- расстояние от точек приложения до оси колесной пары, = 2,290 м.
- колесную пару:
Дата добавления: 2019-02-08; просмотров: 1289;