учебное пособие

-131-

ha – расстояние от уровня головок рельсов по продольной оси автосцепок, м; hагр 1,04м, hапор 1,08м;

К и Т – суммарные, параллельные плоскости головок рельсов перемещения центров тяжести кузова и тележки по отношению к центральной вертикальной оси поперечного

δ – максимально возможный зазор между скользунами с одной стороны вагона, δ = 0,015 м;

f – дополнительный прогиб рессор с догружаемой стороны вагона и такой же подъем рессор с разгружаемой стороны при действии боковых сил;

hп и hресс – расстояния от уровня головок рельсов до плоскости опорной поверхности пятника на надрессорную балку и до верхней плоскости рессорных комплектов, соответственно, м; hресс = 0,55 м;

-132-

и 2b – поперечные расстояния между центрами скользунов и центрами рессорных комплектов, 2SСК=1,55 м, 2b =2,036 м;

FK и FT – центробежные силы, действующие на кузов и тележку. В случае опрокидывания наружу кривой:

F m 2 G hP , R 2S

где m и G – масса и сила тяжести соответствующего элемента вагона;

hр – возвышение наружного рельса; v – скорость движения, v = 33,3 м/с.

В случаях опрокидывания во внутрь кривой:

представляющие собой равнодействующую давления ветра на кузов и тележку вагона:

FВК = SВ·РВ,

где РВ – удельное давление ветра, РВ =500 Н/м2; SВ – площадь продольного сечения кузова, м2.

Площадь продольного сечения кузова определяем по следующей формуле:

SВ = 2Lк·Нк,

где 2Lк – длина вагона по раме, м;

Нк – высота кузова вагона (для цистерн – диаметр), м. Значения величин hц, hр, 2S, hп и 2Lсц берутся из п.7.1.

-134-

PNB N 2ah 1400 01,,088 62,22кН.

6. Также найдем поперечную составляющую продольных сил, действующих через автосцепки на вагон:

PNП N LRсц 1400 6300,01 28,05 кН.

7.Найдем площадь продольного сечения рассматриваемого вагона:

SВ = 2Lк·Нк = 10,8·3,0 = 32,4 м2.

8.Отыщем равнодействующую силы ветра на кузов и

тележку рассматриваемого вагона, соответственно:

FВK = SВ·РВ = 32,4·500 = 16200 Н = 16,2 кН.

С учетом того, что продольная площадь элементов тележки мод.18-100, воспринимающих ветровую нагрузку, составляетSТ≈2,5м2, ееравнодействующая приметзначение:

FВТ = SТ·РВ = 2,5·500 = 1250 Н = 1,25 кН.

9. Координата точки приложения равнодействующей ветровой нагрузки относительно уровня верха головок рельсов с учетом полной высоты вагона Нв примет значение:

hВК = Нв – Нк/2 = 4,615–3,0/2=3,115 м.

10. Найдем величину смещения центра тяжести кузова при боковом наклоне кузова за счет зазора между скользунами:

11. Вычислим дополнительный прогиб рессор с догружаемой стороны вагона при действии боковых сил:

-135-

12. Величина смещения центра тяжести кузова при боковом наклоне кузова за счет одностороннего прогиба рессор под действием боковых сил составит:

6 bf hц hресс 0,101289,018 (2,55 0,55) 0,02532м.

13.Определим суммарное параллельное плоскости головок рельсов перемещение центра тяжести кузова по отношению к центральной вертикальной оси поперечного сечения вагона по формуле:

К = ∑Δi = 0,012 + 0,01 + 0,03387 + 0,02532 = 0,08119 м.

14.Отыщем статическую вертикальную силу давления

колеса на рельс:

РСТ 824,5 2 62,22 87,51кН. 2 4

15. Найдем динамическую вертикальную силу давления колеса на рельс:

РДИН 68,96 2,55 2 4,659 0,8 16,2 3,115 2 1,25 0,5 4 1,58

2 28,05 1,04 726,4 0,08119 2 49,08 0,008 55,87кН.

16. Остается найти лишь значение коэффициента запаса устойчивости вагона от опрокидывания в кривой:

В виду громоздкости расчетов, а также многократной их повторяемости, для лучшего восприятия информации сведем вычисления по другим расчетным случаям в таблицу 7.1.

Таблица 7.1 Расчет коэффициента запаса устойчивости вагона от опрокидывания

Вывод: из сравнения рассчитанных значений коэффициента запаса устойчивости вагона от опрокидывания с их допускаемыми величинами видно, что для большинства случаев устойчивость вагона обеспечивается. Но для одного из расчетных случаев условие не выполняется. Это случай, когда на порожний вагон в кривой воздействуют растягивающие силы, а сам вагон движется с очень малой скоростью. Выходом из сложившегося положения может являться ограничение минимальной скорости состава в кривых малого радиуса, а также конструктивное понижение центра тяжести исследуемого вагона.

-137-

Приложение

Применение Microsoft Excel для вычисления рациональной длины вагона по осям сцепления автосцепок

Разобьем написание программы на несколько этапов:

1.Составление программы вписывания вагона в габарит для различных параметров его длины по осям сцепления.

2.Подбор оптимального значения длины вагона по осям сцепления для заданной номенклатуры перевозимых грузов.

3.Графический вывод результатов расчетов.

1. Начнем с первого этапа Для расчета мы будем использовать исходные данные.

Запись исходных данных производим следующим образом: В столбце А записываем условные обозначения данных исходных величин для того, чтобы в последующем было проще производить их поиск. В столбце В записываем значения исходных данных (напротив их обозначений), а также результаты расчета величин, для которых не требуется формировать диапазон значений, зависящих от длины вагона. Начиная со столбца D, будем записывать в строке 1 обозначения величин, для которых требуется формировать диапазон значений, а, начиная со строки 2, их значения. В программе (рис. П4) жирным шрифтом

-138-

обозначены значения, зависящие от типа выбранного габарита подвижного состава, жирным курсивом обозначены значения, которые являются уникальными для рассматриваемого вагона (цистерны), курсивом выделены значения, которые меняются в зависимости от исходных данных.

Итак, запишем следующие исходные данные:

Sк-dг – максимальный разбег изношенной колесной пары между рельсами (0,027 м);

q+w – горизонтальные поперечные смещения, из-за износов и зазоров в узлах вагона (0,031 м);

lт = 0,925 м – для грузовой тележки мод 18-100 и ее модификаций;

R – радиус кривой 250 м для международных габаритов, 200 м для отечественных габаритов;

k1 – величина дополнительного поперечного смещения, из-за выносов подпятника надрессорной балки тележки k1=lт2/(2*R) <<=В3^2/2/В4>>;

k2 – коэффициент, зависящий от расчётного радиуса кривой k2=1/(2*R) <<=1/2/В4>>;

k – величина, на которую допускается выход подвижного состава, проектируемого по габаритам 0-ВМ, 02-ВМ и 03-ВМ за очертания этих габаритов в кривых участках пути R = 250 м, мм; k = 0,075 м;

k3 – величина уширения пути в кривой, определяемая

-139-

по выносам расчетного вагона при R=200м, k3 = 0,18 м (коэффициент k3 – это некоторое уширение габарита приближения строений и межпутевых расстояний, которое закладывается при проектировании и прокладке кривых участков пути железнодорожных линий России. Это значение характеризует выносы вагонов, имеющих длину по раме вплоть до 25 м, таким образом обеспечивается более эффективное использование ширины габарита);

Bг – полуширина габарита (для габарита 02-ВМ

Bг=1,575 м);

Аа – вылет автосцепки (0,61 м);

nк(min) – минимальная длина консоли из условия расположения стандартных ударно-тяговых приборов и ходовых частей (1,5 м – для 4хосных вагонов);

hд – вылет эллиптического днища цистерны (0,61 м), для крытых вагонов и полувагонов в этом месте записывается Hкв – полезная высота кузова вагона, т.е. высота, на которую загружается вагон;

qo – уровень осевой нагрузки (может быть взят для вагона-прототипа или записан в задании на проектирование вагона) (для вагона модели 15-1443: qo=21 тс/ось);

m – количество осей колесных пар в вагоне (4 шт. для четырехосного вагона);

Твп – тара вагона-прототипа (24 т);

2Lк_вп – длина рамы вагона-прототипа (10,8 м);

-140-

mт – масса одной тележки (5 т);

mуд – масса одного комплекта ударно-тяговых приборов (0,9 т);

mтор – масса торцевых элементов с одного конца кузова вагона (торцевые стены для полувагона и крытого вагона - 0,5 т; эллиптическое днище цистерны - 0,5 т; лобовая балка у платформы - 0,15 т);

А0 – условно постоянная масса тары вагона вычисляется по формуле: mт*m/2 + mуд*2 + mтор*2 <<=B17*B14/2+B18*2+B19*2>>

А1 – меняющаяся в зависимости от длины тара вагона:

(Твп-А0)/2Lк_вп <<=(B15-B20)/B16>>

Введем обозначения характеристик грузов, перевозимых вагоном, и запишем их величины. Для примера примем, что рассматриваемый вагон перевозит три груза: 1) бензин, 2) керосин, 3) дизельное топливо, тогда:

a1, a2, a3 – доля каждого из грузов в общем объеме перевозок (40,2; 22,3; 37,5 соответственно).

l1, l2, l3 – средняя дальность перевозок для каждого из грузов (696; 900; 700 км соответственно).

v1, v2, v3 – удельный объем каждого из перевозимых грузов (1,361; 1,25; 1,212 м3/т соответственно).

Теперь в столбце D задаем диапазон значений длин вагона поосямсцепления(от10,2 м до17,2 м с шагом 0,25 м).

В столбце E вычислим диапазон длин вагона по раме,