Kurs ishi Fan: “Vagonlarning tuzilishi va loyihalashtirilishi” Mavzu: To’rt o’qli 12-119 modeldagi yarimvagon(полувагон)ni loyihalashtirish

4. Определение сил, действующих на вагон
В процессе эксплуатации вагоны подвергаются действию различных нагрузок (собственного веса, веса перевозимого груза, сил взаимодействия с верхним строением пути и со смежными вагонами или локомотивом поезда, сил, вызываемых способами загрузки или выгрузки, технологией изготовленияили ремонта и пр.).
Все нагрузки, действующие на вагон, делятся на постоянно действующие, или статические, и нагрузки, зависящие от времени действия, — переменные, или динамические.
К постоянно действующим нагрузкам относятся: тара вагона и вес перевозимого в нем груза, давление сыпучих или навалочных грузов на стенки вагона и гидростатическое давление жидкости на стенки котла цистерны.
К динамическим нагрузкам относятся: силы взаимодействия ходовых частей вагона с верхним строением пути, силы взаимодействия между вагонами и локомотивом и силы инерции.
Действию ветровой нагрузки вагоны могут подвергаться как в состоянии покоя, так и при движении. В практике прочностных расчетов различных частей и узлов вагонов обычно принимают наиболее невыгодное сочетание действующих на них нагрузок.
Вертикальная нагрузка, учитываемая при расчете несущих элементов вагонов, состоит из тары вагона, веса, перевозимого в нем груза и динамических нагрузок, возникающих при колебаниях кузова вагона на рессорах из-за неровности рельсового пути.
Динамическая нагрузка определяется путем умножения тары и полезной нагрузки или напряжений, полученных от этих нагрузок, на коэффициент вертикальной динамики.
Боковая нагрузка перпендикулярна продольной плоскости симметрии вагона и обусловливается действием центробежной силы, силы давления ветра и сил динамического взаимодействия вагона и пути в гори­зонтальной плоскости.
Центробежная сила, возникающая при движении в кривых участках пути, приложена к центру тяжести вагона и направлена горизонт- 54 зонных величин принимают для определения сил инерции на уровне рамы кузова вагона, а на уровне крыши (верхней части кузова). Для промежуточных уровней вычисляют по линейной интерполяции.
Силы в тормозной системе определяют исходя из максимального усилия на штоке поршня тормозного цилиндра при коэффициенте полезного дейст­вия рычажной передачи, равном единице.
Наряду с расчетами на прочность производят расчеты вагонов на ус­тойчивость против выжимания из состава поезда. Соответствующие методы расчета, расчетные продольные силы и режимы приведены в книге.
Статическая сила тяжести груза (полезная нагрузка):
Р_ст=m_{r } =73.3_{ }9,8 = 719.073 кН;
Собственная сила тяжести конструкции вагона от тары равна:
Т=m_{r } =20.6 _{ }9,8 = 202.086 кН;
Сила тяжести вагона брутто:
Р_бр = Р_ст + Т = 73.3+20.6 = 93,9 т = 920,22 кН
Среднее значение коэффициента вертикальной динамики определяется по формулам:
- при скорости движения _{ } 15м/с (55 км/ч):
К_д.в. = α + 3,6 _{ }10^-4b _{ }
При скорости <15м/с:
К_д.в. = α _{ }
Где
α – коэффициент, равный для элементов кузова 0,05; для обрессоренных частей тележки 0,1; для необресоренных частей тележки 0,15;
_{ } – скорость движения вагона;
_{ } – статический прогиб рессорного подвешивания, м (для грузовых вагонов 0,055м)
b – коэффициент, учитывающий влияние числа осей n_t в тележке под одним концом вагона
b = _{ }
b = _{ } = 1
К_д.в. = 0,1 + 3,6 _{ }10^-4_{ }1_{ } = 0,22
Как показывают результаты поездных динамических испытаний, максимальное значение К_{д.в.,мах} для грузовых вагонов больше среднего значения в 1,87 раз, а для пассажирских – в 2,11 раз.


К_{д.в.,мах} = 0,22 _{ } 1,87 = 0,41
Центробежная сила, направленная по горизонтали, и приложенная в центре тяжести вагона возникает при движении по кривому участку:
С = _{ }
Где R – радиус кривой (300 – 600м)
С = _{ } = 21,23 кН




Рис. 4.1 – Схема действия сил на вагон


Для уменьшения действия центробежной силы на подвижной состав и путь в кривых, расположенных на перегонах, наружный рельс укладывают выше внутреннего. Вследствие этого боковая нагрузка Н_ц со­ставит разность проекций силС и Р_бр на поперечную ось вагона:

Н_ц=С · соsα_ц-Р_брsinα_ц

В приближенных расчетах можно принять:
соsα_ц=1;
sinα_ц=h_р/2s;
sinα_ц = 0,04 / 1,58 = 0,0253
где h_р — возвышение наружного рельса над внутренним,


устанавливается ПТЭ и зависит от радиуса кривой (макс. – 150 мм, предварительно возьмем 40мм)
2s — расстояние между кругами катания колесной пары, 1580мм (1,58 м)
Таким образом:
Н_ц=С · соsα_ц-Р_брsinα_ц = 21,23 · 1 – 93,9 · 0,0253 = 21,23 - 2,375 = 19,855 кН

Равнодействующую силу давления ветраН_в (Н) определяют поформуле: