учебное пособие

-61-

Кдв 0,75 КДВ 0,75 0,539 0,404.

Определим коэффициент динамики для колебаний боковой качки:

НР

Согласно «Нормам…» [1] для порожнего вагона она может быть определена по формуле:

гдеqoп статическаяосеваянагрузкадляпорожнеговагона, кН;

qoп T g 24 9,81 58,86 кН; m 4

δ – коэффициент, учитывающий тип ходовых частей вагона, для вагонов на безлюлечных тележках δ = 0,003.

-62-

Нр 58,86 1 0,003 5 33,3 6,763 кН.

Перейдем к подсчетам значений по формулам 3.15-3.17.

PБ 6,763 0,25 16,18 10,81 кН.

Зная эти величины, определим значение коэффициента запаса устойчивости колеса от вкатывания его гребня на головку рельса по формуле 3.14:

Вывод:

Результаты расчетов показывают, что коэффициент запаса устойчивости колеса от вкатывания на головку рельса для рассматриваемого порожнего вагона больше допускаемого значения [Кус]=1,4. Следовательно, по этому показателю качества хода вагон удовлетворяет требованиям

«Норм…».

-63-

4. РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ ВАГОНА

4.1. Боковая рама тележки

У тележек с одинарным надбуксовым рессорным подвешиванием на средней поперечной балке устанавливаются опорные устройства для кузова – подпятник и скользуны. Если тележки имеют одинарное центральное подвешивание, то их рамы могут объединяться

вединую конструкцию с помощью колесных пар и их буксовых узлов, а также надрессорной балки. В этом случае боковые балки могут смещаться относительно друг друга вдоль и поперек продольной оси вагона на величину зазоров

вузлах взаимодействия с буксами и надрессорной балкой. Такие рамы тележки называются нежесткими. Из-за условий компоновки элементов рессорного подвешивания продольные балки нежестких рам представляют собой плоские рамы, подверженные пространственному нагружению. Они носят название боковых рам тележек вагонов или боковин. Боковины нежестких рам чаще бывают литыми.

Литые боковые рамы тележек с нежесткими рамами при углубленном исследовании их напряженно-деформиро-

-64-

ванного состояния относятся к числу объектов строительной механики вагонов, моделирование которых представляет исключительно сложную и трудоемкую задачу. В то же время, на первый взгляд, боковую раму тележки 18-100 можно рассматривать как стержневую систему, состоящую из верхних и нижних горизонтальных и наклонных поясов и двух колонок.

q

2

Рис. 4.1. Расчетная схема боковой рамы тележки

1– верхний горизонтальный пояс;

2– нижний горизонтальный пояс;

3– верхний наклонный пояс;

4– нижний наклонный пояс;

5– колонка.

-66-

Так как даже при поверхностном анализе полученной расчетной схемы видно, что задача является статически неопределимой (есть замкнутые контуры), то для поиска продольных усилий и изгибающих моментов в стержнях необходимо применить какой-либо из методов раскрытия статической неопределимости. В данном случае воспользуемся методом сил.

Заменив реакции пружин силами Х1 и Х2, получим основную систему метода сил:

Продольные усилия и изгибающие моменты примут вид: Для первого стержня, имеющего длину l1:

N1 Х1 ; M1 0 .

Для второго стержня, имеющего длину l2:

N 2 0; M 2 Х1l5 ql2 l3 x qx22 , 0 x l2 .

Для третьего стержня, имеющего длину l3:

N3 Х2 ; M3 0 .

-67-

Для четвертого стержня, имеющего длину l4:

N 4 0; M 4 ( Х 2sin ql2 cos ) x , 0 x l4 .

Для пятого стержня, имеющего длину l5:

N 5 0; M 5 (X1 X 2) x , 0 x l5 .

Найдем неизвестные силы Х1 и Х2. Энергия деформации равна:

где U энергия деформации конструкции; M i изгибающий момент в i-ом стержне; Ni продольное усилие в i-ом стержне; E модуль упругости первого рода;

Ji момент инерции i-го стержня при изгибе; Fi площадь поперечного сечения стержня.

Применив принцип Кастильяно (принцип минимума дополнительной энергии), получим:

систему линейных алгебраических уравнений метода сил:

E можно сократить, учитывая, что стержни изготовлены из одного материала.

Приведем формы поперечных сечений поясов и их характеристики:

-69-

– расстояние до наиболее удаленной точки поперечного сечения от его центра тяжести. Подсчитаем коэффициенты уравнений метода сил:

2 p q 32,1 54,5 42,4 69,05 1728,826q .

3 977,18

Подставляя получившиеся значения в систему уравнений

(4.3), найдем Х1 и Х2:

Распределенная вертикальная нагрузка qIII для III-го расчетного режима «Норм…» получается как отношение к длине 2l2 следующих составляющих:

-70-

–нагрузки от массы вагона, приходящейся на одну боковину; условно примем, что это величина осевой нагрузки (для рассматриваемого примера qo = 21 т);

–10% от осевой нагрузки, условно учитывающих действия боковых сил;

–добавки от вертикальной динамики, т.е. коэффициент вертикальной динамики для груженого вагона (в соответствии с расчетами пункта 3.2 – KДВ = 0,358).

Учет этой совокупности нагрузок предусмотрен при расчете по III-му расчетному режиму «Норм»:

qqo (1 0,1 КДВ) g

III2 l2

В результате получаем, что:

X1 26,755 4,679 125,2 кН;

X 2 25,917 4,679 121,3 кН.

Рассчитаем все продольные усилия и изгибающие моменты, действующие в узловых сечениях каждого стержня: