учебное пособие

-41-

σв.пр, σв.пр – приведенные к симметричному циклу максимальные напряжения асимметричного цикла в кузове вагона, соответственно, для вертикальных и горизонтальных нагрузок.

Для приведения величин динамических напряжений к симметричному циклу нагружения воспользуемся формулой:

ψ– коэффициент (для углеродистых сталей принимается

ψ=0,1÷0,2, для легированных – ψ=0,2÷0,3);

σmax – максимальные напряжения цикла; σmin – минимальные напряжения цикла.

[n] – допустимый коэффициент запаса, для кузовов грузовых вагонов можно принять [n] = 1,3.

Произведем расчет по изложенной выше методике:

1. Найдем максимальные и минимальные значения напряжений для вертикальных нагрузок.

В соответствии с п. 2.1, максимальные вертикальные напряжения составили σmax = 7,772 МПа. В то время как минимальные напряжения этого цикла могут быть найдены по формуле:

-42-

2. Найдем максимальные и минимальные значения напряжений для горизонтальных нагрузок.

В соответствии с п. 2.1, максимальные горизонтальные напряжения составили σmax = 75,67 МПа, в то время как σmin

=0.

3.Отыщем асимметрию цикла для вертикальных и горизонтальных воздействий:

Rв 74,,185772 0,538; Rг 750,67 0.

4. По формуле (2.14) найдем приведенную величину динамических напряжений:

в.пр 7,7722 (1 0,538) 0,2 (1 0,538) 2,991 МПа;г.пр 752,67 (1 0) 0,2 (1 0) 45,402 МПа.

5. По формуле (2.11) определим показатель кривой усталости для материала кузова с учетом концентрации напряжений:

m 0,05 210 1,2 4,7 3,0

6. Найдем число горизонтальных воздействий на кузов вагона за срок его службы по формуле (2.13):

-43-

Nг = 20197·48=0,0969·107.

7. Найдем число вертикальных воздействий на кузов вагона за срок его службы по формуле (2.12):

Nв 365 250 103 48 17,52 107. 25

8. По формуле (2.10) отыщем величину динамических напряжений, возникающих в конструкции:

рассматриваемой конструкции с учетом коэффициента концентрации напряжений по формуле (2.9):

1k 2103,0 70 МПа.

10. Осталось отыскать лишь коэффициент запаса усталостной прочности, который получим по формуле (2.8):

n 2770,63 2,53 n 1,3.

Вывод: из результатов расчета следует, что даже при такой «жесткой» оценке усталостной прочности кузова вагона-цистерны, условие обеспечения этой прочности выполняется.

-44-

3. ПРОВЕРКА СООТВЕТСТВИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ХОДОВЫХ КАЧЕСТВ ВАГОНА ТРЕБОВАНИЯМ СОВРЕМЕННЫХ «НОРМ»

3.1 Общие сведения

Тележки вагонов относятся к числу узлов, которые наиболее интенсивно совершенствуются. Повышение осевых нагрузок, скоростей движения, ужесточение требований по созданию комфортных условий для пассажиров и уменьшению динамических воздействий на перевозимые грузы и путевые устройства в первую очередь отражаются на ходовых частях вагонов. Отдельные элементы тележек, такие как рессорное подвешивание, подвержены достаточно быстрой изменчивости.

Рельсовая колея имеет в профиле и в плане большое число различных коротких и длинных неровностей. Колесные пары при прокатывании по этим неровностям приобретают значительные ускорения, а, следовательно, и испытывают воздействие динамических сил, величина которых зависит от необрессоренной массы деталей вагона, взаимодействующих с рельсовой колеей. В тележках грузовых вагонов необрессоренными оказываются колесные

-45-

пары, буксовые узлы, а также элементы рамы, взаимодействующие с ними, т.е. боковины.

При проектировании новых, модернизации и совершенствовании существующих тележек проблема безопасности движения занимает наиболее важное место. Во-первых, все основные показатели качества хода вагона напрямую связаны с конструктивными решениями, реализованными в тележках. Во-вторых, безопасность во многом зависит от прочности практически всех деталей тележек, так как большинство из них представляют звенья в передаче нагрузок от вагона к пути и наоборот. Следует отметить, что характеристики рессорного подвешивания тележек оказывают влияние на основные показатели качества хода вагона, такие как:

–коэффициенты вертикальной KДВ и горизонтальной KДГ динамики;

–амплитуды ускорений колебательного процесса;

–показатель плавности хода;

–коэффициент запаса устойчивости колеса от вкатывания на головку рельса;

–валкость вагона (устойчивость от опрокидывания).

-46-

3.2 Определение коэффициентов вертикальной и горизонтальной динамики и амплитуды ускорений колебательного процесса

Для упруго-фрикционной связи, которая имеет место в тележках, коэффициенты вертикальной и горизонтальной динамики согласно [1] определяются по формулам:

где f Д амплитуда вертикальных колебаний кузова, м; fСТ статический прогиб рессор тележки, м;

коэффициент относительного трения, φ = 0,08÷0,1; СΣГ – суммарная горизонтальная жесткость рессорного подвешивания тележки, Н/м; СΣВ – суммарная вертикальная жесткость рессорного подвешивания вагона, Н/м;

Y0 амплитуда горизонтальных колебаний кузова вагона, м.

Суммарная вертикальная жесткость рессорного подвешивания вычисляется по формуле:

где nпр – количество двухрядных пружин в рессорном подвешивании всего вагона; св – вертикальная жесткость одной двухрядной пру-

жины в подвешивании грузового вагона, 5,7·105 Н/м. Количество пружин, которые устанавливаются под вагоном, можно определить из условия сохранения постоянной величины статического прогиба рессорного комплекта под груженым вагоном fСТ = 0,05 м, тогда nпр равно:

mоб T Pв.п. nт mТ nт mнб.

mоб 24000 60000 2 5000 2 462 74924 кг.

где mнб масса надрессорной балки, mнб 462 кг; g ускорение свободного падения, g 9,81 м/с2; mТ масса тележки, т; mТ 5000 кг;

nт – количество тележек вагона (для рассматриваемого примера nт = 2).

Зная эти исходные данные, определим потребное количество двухрядных пружин:

nпр 74924 9,815 25 шт. 0,05 5,7 10

-48-

Следует отметить, что невозможно формирование рессорных комплектов с различным количеством пружин в них. Значит нужно скорректировать число пружин под вагоном кратно количеству рессорных комплектов.

Так как рассматриваемый вагон имеет две тележки, каждая из которых включает в себя два рессорных комплекта, то количество пружин должно быть кратно четырем. Определим число пружин в одном рессорном комплекте:

nпр.к = 25/4=6,25≈6 шт. Тогда nпр = 6·4=24 шт.

Суммарная вертикальная жесткость рессорного комплекта, по формуле (3.3) будет равна:

С В 24 5,7 105 13,68 106 Н / м,

а скорректированный статический прогиб рессор под вагоном можно будет определить как:

Суммарная горизонтальная жесткость рессорного подвешивания тележки определяется с помощью выражения:

где сг – горизонтальная жесткость одной двухрядной пружины, сг = 6,135·105 Н/м.

C Г 24 6,135 105 14,724 106 Н/м.

Амплитуда вертикальных колебаний подпрыгивания кузова, для случая условного приведения сухого трения к вязкому, определяется формулой:

где 0 амплитуда возмущающего воздействия (величина вертикальных неровностей пути), 0 0,01 м;

показатель демпфирования;В частота воздействия возмущающей силы, с-1.

где v конструкционная скорость движения вагона, в данном случае примем ν = 120 км/ч ≈ 33,3 м/с;

Lр длина рельсового звена, Lр 25м.

-50-

В 2 3,14 33,3 8,365 с-1; 25

С2 квадрат собственной частоты обрессоренной массы вагона:

Показатель демпфирования вычисляется по формуле:

где экв эквивалентное значение коэффициента вязкого трения;кр критическая величина коэффициента

сопротивления демпферов.

кр 2 С В mоб ;