Нагрузки, действующие на вагон и его части
Ср.к. = 7(Сн + Св) (4.10)
где Сн, Св – жесткость наружной и внутренней пружин соответственно.
Жесткость любой пружины с круглым сечением прутка можно рассчитать по формуле:
С = Gd4/8Д3np (4.11)
где G – модуль сдвига, равный 8×104 МПа;
d – диаметр прутка пружины, м;
Д – средний диаметр пружины, м;
nр– число рабочих витков.
Для наружной пружины:
dн=0,03 м,
Д=0,17 м,
nр.н=4
Сн=8×104×0,034/8×0,173×4=0,41 МПа×м
Для внутренней пружины:
dв=0,021 м;
Дв =0,111 м;
nр.н =6,45
Св=8×104×0,0214/8×0,1113×6,45=0,22 МПа×м.
Суммарная жесткость рессорного комплекта:
Ср.к. = 7(0,41+0,22)=4,41 МПа×м.
Вертикальные динамические нагрузки на элементы кузова:
а =0,05:
fст=22,18×10-2/4,41=0,5 м.
=0,05+3,6×10-4× (33,3-15)/ 0,05=0,18,
кд.в=1,87×0,18=033,
Рд=43,64×0,33=14,69 тс.
Вертикальные динамические нагрузки на обрессоренные части тележки:
а=0,1:
=0,1+3,6×10-4 × (33,3-15)/ 0,05=0,23,
кд.в.=1,87×0,23=0,43
Рд=22,18×0,43=9,54 тс.
Вертикальные динамические нагрузки на необрессоренные части тележки:
а=0,15:
=0,15+3,6×10-4× (33,3-15)/ 0,05=0,28,
кд.в.=1,87×0,28=0,52
Рд=23,54×0,52=12,33 тс.
Суммарная вертикальная нагрузка
Эта нагрузка считается действующей статически на любую деталь тележки и складывается из вертикальной статической и вертикальной динамической нагрузок:
Рверт.=Рст+Рд=Рст(1+кд.в.). (4.12)
На подпятник:
Рверт.= 14,69+43,64=58,33 тс.
На рессорный комплект:
Рверт.= 9,54+22,18=31,72 тс.
На боковую раму:
Рверт.= 12,33+23,54=35,87 тс.
Боковая нагрузка
Боковая горизонтальная нагрузка, действующая на подпятник тележки и возникающая при движении вагона по кривому участку пути, складывается из центробежной силы и давления ветра на кузов:
Н = 0,5(Нц+Нв), (4.13)
где Нц – центробежная сила, направленная наружу кузова вагона;
Нв – равнодействующая сила давления ветра на кузов вагона.
Центробежная сила, действующая на все части вагона, определяется с учетом возвышения наружного рельса над внутренним по формуле:
Ну = (Рбр-Рч)(v2/gR – hp/2S), (4.14)
где v – скорость движения, м/с;
g – ускорение силы тяжести, м/с2;
R – радиус кривой, м;
hp – возвышение наружного рельса над внутренним;
2S – расстояние между кругами катания колесной пары, м.
Обозначив
ηц = (v2/gR – hp/2S) (4.15)
и подставив в формулу (4.14), получим:
Нц = ηц(Рбр – Рч). (4.16)
Если в технических требованиях не оговорены особые условия движения в кривых, то ηц = 0,075 для грузовых вагонов.
Нц=0,075×(96-2∙4,8)=64,8 кН.
Равнодействующая сила давления ветра Нв определяется по формуле:
Нв = ωF, (4.17)
где ω – удельное сопротивление ветра, перпендикулярное боковой стене вагона, принимаемое согласно нормам расчета на прочность равным 50 кгс/м2;
F – площадь боковой проекции кузова, м2.
При определении площади боковой поверхности кузова не учитывается, что в поперечном сечении круглый:
F = 2LpHmax(k), (4.18)
где Hmax(k) – максимальная высота кузова с учетом рамы вагона, Hmax(k)=2,896 м.
F =20,4× 2,896=59,08 м2,
Нв =500×59,08 = 29,5 кН.
При расчете универсальных платформ и полувагонов вместо боковой проекции кузова принимают боковую проекцию груза (лесоматериалов), погруженных с полным использованием высоты габарита подвижного состава, а для платформ, предназначенных для перевозки большегрузных контейнеров, максимальная высота контейнеров 3-го поколения принимается равной 2896 мм.
Боковая горизонтальная нагрузка:
Н = 0,5(64,8 + 29,5)= 47,15 Н.
Нагрузки, обусловленные силами инерции
грузовой вагон колесный рельсовый колея
Силы инерции, возникающие при торможении, вызывают дополнительное загружение подпятников обеих тележек в горизонтальной плоскости и вертикальное загружение передней по ходу движения тележки и такую же разгрузку задней.
Инерционная нагрузка при торможении приложена в центре тяжести кузова вагона и определяется по формуле:
Тк= (Рк/g)×j, (4.19)
где Рк = Рбр – 2×Рт =96 – 2×4,8 = 86,4 тс – масса кузова с грузом;
Рт – масса тележки, Рт=4,8 т;
g – ускорение силы тяжести, м/с2;