учебное пособие

-71-

–стержень 1: N1 = 125,2 кН; M1 = 0.

–стержень 2: N2 = 0;

M2 (x 0) 125,2 54,5 4,679 32,1 42,4 0

4,679 02 455,1 кН см; 2

M2 (x l2 32,1) 125,2 54,5 4,679 32,1 42,4 32,1

4,679 32,12 1956 кН см. 2

–стержень 3: N3 = 121,3 кН; M3 = 0.

–стержень 4: N4 = 0;

M 4 (x 0) [121,3 sin(52,118 )4,679 32,1 cos(52,118 )] 0 0;

M 4 (x l4 69,5) [121,3 sin(52,118 )

4,679 32,1 cos(52,118 )] 69,5 244,1 кН см.

–стержень 5: N5 = 0;

M5 (x 0) (125,2 121,3) 0 0 ;

M5 (x l5 54,5) (125,2 121,3) 54,5 212,5 кН см.

-72-

Построим эпюры продольных усилий N (для верхних поясов) и изгибающих моментов М:

– эпюра N, кН – общий вид.

– эпюра М, кН·см – общий вид.

-73-

Находим напряжения для соответствующих стержней при расчете по III-му расчетному режиму:

Вывод:

Боковая рама тележки удовлетворяет требованиям прочности, так как напряжения, полученные в ее поясах, меньше допускаемого уровня [σ]III = 170 МПа.

Упрощенный расчет боковой рамы тележки грузового вагона на нагрузки I-го расчетного режима "Норм..."

При расчете по I-му режиму к нагрузке на боковину следует добавить вертикальную нагрузку, догружающую переднюю по ходу тележку при ударе силой 3500 кН.

-74-

Расчетная схема по определению вертикальной составляющей от удара имеет вид:

N – продольная сила, приходящаяся на кузов при ударе в автосцепку, при силе удара равной 3500 кН.

N3500 Qкуз P ;

ТР

Rb – реакция, догружающая ближний со стороны удара пятник.

Rb N h ;

2lб

Qкуз Т nт mт 24 2 5 14 т.

Определение распределенной нагрузки, приходящейся на нижний пояс, от сил, учитываемых в I расчетном режиме.

l2 – половина длины нижнего пояса тележки, l2 = 32,1 см.

-75-

Чтобы не пересчитывать раннее полученные напряжения, вычислим поправочный коэффициент, который позволит подсчитать напряжения I-го режима:

Находим напряжения для соответствующих стержней по I-му расчетному режиму:

Вывод:

Боковая рама тележки удовлетворяет требованиям прочности и по I-му расчетному режиму, так как напряжения, полученные в ее поясах, меньше допускаемого уровня [σ]I = 210 МПа.

-76-

4.2 Колесные пары ходовых частей вагона

Следует отметить, что колесные пары относятся к числу главнейших элементов ходовых частей. Они взаимодействуют с путевыми структурами, передавая нагрузки от вагона. При движении через них вагоном воспринимаются воздействия путевых структур, вызывающие колебания его элементов, они направляют движение вагона по рельсовой колее. Это стандартные узлы, выбор их обусловлен типом вагона, в тележке которого будут работать колесные пары, осевой нагрузкой, буксовыми узлами, которые предполагает принять конструктор.

Безопасность движения вагонов во многом зависит от прочности элементов колесных пар. Расчет прочности вагонных колес (обода, диска, ступицы) представляет исключительно сложную и трудоемкую задачу. Решается она на основе различных модификаций метода конечных элементов с использованием универсальных и специализированных программных комплексов, предусматривающих решение трехмерных задач теории упругости. В рамках этого пособия нет возможности привести описание какого-либо варианта такой оценки прочности колеса. Кроме того, колеса относятся к числу стандартных деталей

-77-

вагона, и проведение их расчетов с использованием программных комплексов имеет смысл лишь при внесении изменений в стандарты либо при экспертизе причин отказов вагонов из-за повреждений колес.

Общие рекомендации к колесам заключаются в том, что диаметр их по кругу катания целесообразно, по условиям контактной прочности, выбирать по формуле:

qo – максимальная статическая нагрузка от оси на рельсы, кН; для цистерны 15-1443 – qo = 206 кН.

3,8·206=782,8 < 900

Расчеты по оценке прочности осей менее сложны, чем расчеты колес, и потому более отработаны. «Нормы...» рекомендуют два подхода к расчету осей при их проектировании или экспертизе соответствия оси предполагаемым условиям эксплуатации. Как принято считать, наиболее прогрессивный – вероятностный метод расчета, в котором оценочным критерием служит коэффициент запаса усталостной прочности оси по отношению к ее пределу усталости и вероятность безотказ-

-78-

ной работы. Другой метод – так называемый условный. В нем оценка прочности осуществляется по допускаемым напряжениям. Покажем этот метод, учитывая его простоту и потребность небольшого объема для изложения.

Суть метода в том, что в качестве расчетной нагрузки принимаются вертикальная статическая нагрузка Q на обе шейки оси от массы вагона брутто с учетом коэффициента динамики и боковая горизонтальная нагрузка Н как доля (0,5) от осевой нагрузки qo, приложенная в центре тяжести кузова, расположенном от центра оси на расстоянии hк=у0+0,432 м; y0=1,643м взято из результатов расчета п.2.1.

hк=1,643+0,432=2,075 м.

Из условия равновесия оси, рассматриваемой как двухконсольная шарнирно опертая балка (рис. 4.3), определяются изгибающие моменты в трех расчетных сечениях: шейка оси у внутренней галтели, подступичная часть в плоскости круга катания и середина оси соответственно:

-79-

Рис. 4.3 Расчетная схема оси колесной пары

2b2 – расстояние между точками приложения сосредоточенных нагрузок 0,5Q к шейкам оси;

Q – нагрузка на ось с учетом коэффициента вертикальной динамики;

l1 – длина шейки оси, м;

2s – расстояние между кругами катания колес, м; rк – радиус колеса, м.

-80-

Таблица 4.1

По моментам MI, MII, MIII и при известном диаметре находим напряжения для соответствующих сечений:

где i = I, II, III – номера сечений; d – диаметр сечения, м.