Нагрузки, действующие на вагон и его части

При расчете на прочность вагонов и их частей (согласно нормам МПС) должны учитываться: вертикальная и боковая нагрузки; продольные силы; усилия, связанные с торможением; усилия распора сыпучих и навалочных грузов; усилия, прикладываемые к вагону при ремонте. Все перечисленные нагрузки при расчете условно принимаются действующими статически.

При выполнении данного раздела курсового проекта необходимо определить:

1) вертикальные статические и динамические нагрузки, действующие на подпятник надрессорной балки, рессорный комплект и боковую раму тележки;

2) боковые нагрузки, действующие на подпятник тележки;

3) дополнительные вертикальные и продольные нагрузки, действующие на переднюю по ходу движения тележку и обусловленные силами инерции.

Вертикальные нагрузки, действующие на детали тележки

Вертикальная статическая нагрузка на любую деталь вагона при расчете на прочность рассчитывается с учетом ее собственного веса:

Рст = (Рбр – Рч)/m, (4.1)

где Рбр – сила тяжести вагона брутто, тс;

Рч – масса частей и укрепленного на них оборудования, через которые передается нагрузка от рассчитываемой детали вагона на рельсы, тс;

m – число одноименных, параллельно загруженных деталей.

Исходя из этого, вертикальная статическая нагрузка на подпятник тележки определяется по формуле:

Рстподп = [Рбр – (Рк.п.(б) mо + Рб.р. nб.р. + Рр.к. nр.к.)]/m1, (4.2)

где Рк.п.(б) =1,4 т − масса колесной пары с буксами;

Рн.б.=0,57 т − масса надрессорной балки;

Рб.р. =0,42 т − масса боковой рамы тележки;

Рр.к. = 0,36 т − масса рессорного комплекта тележки;

nб.р. = 4 – число боковых рам в тележках под вагоном;

nн.б. =4 – число надрессорных балок;

nр.к. = 4 – количество рессорных комплектов под вагоном;

m1 = 2 – количество подпятников на вагоне.

Рстподп = [96– (1,4 ×4 + 0,42×4 + 0,36×4)]/2=43,64 тс.

Вертикальная статическая нагрузка на рессорный комплект определяется по формуле:

Рст(р.к.) = [Рбр – (Рк.п.(б) mо + Рб.р. nб.р )]/nр.к., (4.3)

Рст(р.к.)= [96 – (1,4×4+0,42×4)]/4=22,18 тс,

на боковую раму тележки:

Рст(б.р.) = [Рбр – Рб.р nб.р.]/nб.р. (4.4)

Рст(б.р.)=(96 −0,42.4)/4=23,54 тс.

Вертикальная динамическая нагрузка

Вертикальная динамическая нагрузка Рд возникает при движении вагона по рельсовому пути вследствие ускорения массы вагона и груза при колебаниях на рессорах и прохождении неровностей пути. Она определяется умножением статической нагрузки на коэффициент вертикальной динамики кд.в.:

Рд = Рсткд.в. (4.5)

Расчетный коэффициент вертикальной динамики рассчитывается по формуле:

кд.в. = , (4.6)

где – среднее значение коэффициента вертикальной динамики;

β – параметр распределения, для деталей грузовых вагонов при существующих условиях эксплуатации β = 1,13;

Р(кд.в.) – доверительная вероятность, при расчете на прочность по допускаемым напряжениям рекомендуется принимать Р(кд.в.) = 0,97.

После подстановки в (4.6) значений β и Р(кд.в.), получаем следующее выражение для коэффициента вертикальной динамики для грузовых вагонов:

кд.в. = =1,87×,

кд.в. =1,87× (4.7)

Среднее значение определяется по формулам:

при U ≥ 15 м/с (≈ 55 км/ч)

= а + 3,6в×10- 4× (V-15)/fст, (4.8)

где а =0,05 – коэффициент, принимается равным для элементов кузова 0,05; для обрессоренных частей тележки = 0,1; для необрессоренных частей тележки (за исключением колесных пар) =0,15.

в = =1- коэффициент, учитывающий осность тележки;

тт – число осей в тележке;

v=33,3 – скорость движения вагона, м/с;

fст – статический прогиб рессорного подвешивания, м.

Статический прогиб рессорного подвешивания рассчитывается конкретно для проектируемого вагона исходя из нагрузки, действующей на рессорный комплект, и жесткости рессорного комплекта Ср.к.:

fст = Рст(р.к.)/Ср.к. (4.9)

Исходя из того, что в каждом рессорном комплекте двухосной тележки устанавливается по семь двухрядных пружин, работающих параллельно, суммарная жесткость рессорного комплекта: