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

H_B=w·F=500 · 42,5 = 21250 Н = 21,25 кН
где w — давление ветра, перпендикулярное боковой стене вагона, согласно нормам – 500 Н/м²;
F— площадь боковой проекции кузова, м² (при длине 15174 и высоте 2802 мм площадь стены составит: 15,174 · 2,802 = 42,5м)
Равнодействующую силу давления ветра прикладывают в центре тяжести этойплощади параллельно поперечной оси вагона.



5. Расчет новых колесных пар вагонов
Схема сил, действующих на колесную пару, приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема сил, действующих на колесную пару
Длина шейки оси l_ш=0,19 м.
Длина предподступичной части оси l_пп=0,076 м.
Длина подступичной части оси l_п=0,25 м.
Длина средней части оси l_с=1,184 м.
Расстояние от точки приложения вертикальной силы Р₁:
- до расчетного сечения 1-1l₁=0,072 м;
- до расчетного сечения 2-2 l₂=0,09 м;
- до расчетного сечения 3-3 l₃=0,228 м;
- до расчетного сечения 4-4l₄=1,018 м;
- до расчетного сечения 5-5l₅=0,44 м.
Диаметры:
- расчетного сечения 1-1 d₁=0,13 м;
- расчетного сечения 2-2 d₂=0,13 м;
- расчетного сечения 3-3 d₃=0,194 м;
- расчетного сечения 4-4 d₄=0,182 м;
- расчетного сечения 5-5d₅=0,182 м.
Диаметр предподступичной части осиd_пп=0,165 м.
Диаметр колеса d_к=0,95 м.
Расстояние между точками приложения сил Р₁ и Р_н1, Р₂ и Р_н2 е₁=е₂=-0,01 м.
Расстояние от точки приложения силы Р_нс до расчетного сечения 4-4 l₆=0,263 м.
Расстояние между кругами катания колес 2s=1,58 м.
Расстояние между точками приложения вертикальных расчетных сил Р₁ и Р_­2 2l=2,036 м.
Радиус шейки оси r_ш=0,07 м.

4.2. Определение сил, действующих на колесную пару.

Вертикальные расчетные силы, передающиеся:

- на левую шейку оси
Р₁=Р_ст+Р_д+Р_ц+Р_в, (58)
- на правую шейку оси
Р₂=Р_ст-Р_ц-Р_в, (59)
где Р_ст – вертикальная статическая сила груженого вагона (брутто),
приходящаяся на шейку оси;
Р_д – вертикальная динамическая сила от колебаний кузова на рессорах;
Р_ц – вертикальная составляющая на шейку оси от действия
центробежной силы;
Р_в – вертикальная составляющая на шейку оси от действия ветровой
нагрузки, учитываемая при расчете только оси пассажирского
вагона. Для оси грузового вагона Р_в=0.
Вертикальная статическая сила на шейку оси определяется по формуле


(60)
где Р_бр – вес вагона брутто;
m₀ – осность вагона, m₀=4;
m_кп – масса колесной пары, m_кп=1,210 т;
m_ш – масса консольной части оси (от торца оси до плоскости круга
катания), m_ш=0,045 т;
g – ускорение свободного падения, g=9,81 м/с²;
λ – коэффициент использования грузоподъемности вагона, λ=0,9.
Вес вагона брутто

Р_бр=m₀·p₀, (61)

где р₀ – допускаемая осевая нагрузка, р₀=206кН.

Тогда
Р_бр=206·4=824 кН
Р_бр=824кН.

Значит
(62)

Вертикальная динамическая сила от колебаний кузова на рессорах
Р_д=Р_ст·К_дв, (63)
где К_дв – коэффициент вертикальной динамики, который определяется по
формуле


(64)
где λ_в – величина, зависящая от осности вагона, λ_в=1;
А – величина, зависящая от типа вагона и гибкости рессорного
подвешивания, А=0,03;
В – величины, зависящие соответственно от гибкости рессорного подвешивания и типа вагона, В=6·10^-4;
υ – расчетная скорость движения вагона, υ=120 м/с;
f_ст – статический прогиб рессорного подвешивания, f_ст=0,05.
Тогда

Значит
Р_д=111,065·1,47,
Р_д=163,266кН.
Вертикальная составляющая от центробежной силы при прохождении вагоном кривых
(65)
где γ_ц – допустимое непогашенное центробежное ускорение вагона в кривой,
γ_ц=0,07·g, то есть
γ_ц=0,07·9,81,
γ_ц=0,6867;

h_ц – расстояние от продольной оси колесной пары до центра тяжести

полностью загруженного вагона за вычетом веса колесных пар,
h_ц=2 м;
2l – расстояние между точками приложения вертикальных расчетных сил

Р₁ и Р₂ к шейкам оси, 2l=2,036 м.

Значит

Определяем вертикальные расчетные силы по формулам (58) и (59)
Р₁=111,065+163,266+15,274+0,
Р₁=289,605 кН,
Р₂=111,065-15,274-0,
Р₂=95,791кН.
Горизонтальные (боковые) силы от центробежной силы и давления ветра вместе с усилиями взаимодействия колес с рельсами при движении вагона по кривой приводятся к следующим силам:
- поперечной составляющей силе трения, возникающей в месте
контакта правого колеса с рельсом
Н₂=µ·R_B, (66)
- поперечной рамной силе (реакции рамы тележки)
(67)
- боковому давлению, приложенному к колесу, движущемуся по
наружному рельсу кривой (горизонтальной реакции наружного
рельса)
Н₁=Н+Н₂, (68)
где µ - расчетный коэффициент трения скольжения колеса по рельсу в
поперечном направлении, µ=0,25;
R_В – вертикальная реакция внутреннего рельса от суммарной расчетной
нагрузки;
К_Г – коэффициент горизонтальной динамики, который определяется по
Формуле

К_г=λ_г·δ·(40+F·υ), (69)

где λ_г – величина, зависящая от осности вагона, λ_г=1;

δ, F – величины, зависящие от типа вагона, δ=1·10^-3 и F=3,9.
Тогда
К_г=1·1·10^-3·(40+3,9·120),
К_г=0,508
.
Вычисляем по формуле (4.9) реакцию рамы тележки



Вертикальные реакции внутреннего и наружного рельсов определяются
из условий равновесия колесной пары (смотри рисунок 4.1)
ΣМ_В=0,
ΣМ_А=0,
(70)
(71)
где Р_н1 иР_н2, Р_нк и Р_нс – вертикальные инерционные силы на левую и правую
шейку, от левого колеса на рельс и на среднюю часть оси соответственно;
l₃ – расстояние от точки приложения вертикальной силы Р₁ до расчетного
сечения 3-3, l₃=0,228 м;
2s – расстояние между кругами катания колес, 2s=1,58 м;
е₁ и е₂ – расстояние между точками приложения сил Р₁ и Р_н1, Р₂ и Р_н2,
е₁=е₂=-0,01 м;
r_к и r_ш – соответственно радиус колеса и шейки оси, r_к=0,475 м. и
r_ш=0,065м.
Вертикальные инерционные силы:
- на левую шейку
Р_н1=m₁·j₁, (72)
- на правую шейку
Р_н2=m₂·j₂, (73)
- от левого колеса на рельс
Р_нк=m_к·j_к, (74)
- на среднюю часть оси
Р_нс=m (75)
где m₁, m₂ – масса необрессоренных частей, опирающихся на левую и правую
шейки соответственно, включая собственную массу шейки;
m_к – масса колеса, m_к=0,402 т;
m_с – масса средней части оси (между кругами катания), m_с=0,312 т;
j₁, j₂, j_к, j_с – соответственно ускорения левого и правого буксовых узлов,
левого колеса и средней части оси.
Масса необрссоренных частей определяется по формуле
m₁=m₂=m_ш+m_б+m_нч, (76)

где m_ш – масса колесной части оси, m_ш=0,045 т;

m_б – масса буксы и жестко связанных с ней необрессоренных деталей,

m_б=0,1 т;
m_нч – масса необрессоренных частей, опирающихся на буксу, m_нч=0,031 т.
Тогда
m₁=m₂=0,045+0,1+0,031,
m₁=m₂=0,176 т.
В расчете принимаются два условия:
- наличие вертикального ускорения одного колеса (левого) и отсутствие ускорения другого (правого), то есть условие, обычно возникающее при движении колесной пары по неровностям пути;
- изменение ускорений по длине оси производится по линейному закону (рисунок 4.2). Поэтому, вычислив одно из них (j₁), по графику изменения ускорений можно определить все остальные.



Рисунок 4.2 – График изменения ускорений по длине оси
Ускорение левого буксового узла определяется по эмпирической
формуле
(77)

где D – коэффициент, зависящий от типа вагона и скорости движения,

D=130;
1000 – множитель для перевода массы в килограммы;
m_нк – масса необрессоренных частей, приходящихся на рельс, которая
определяется по формуле
m_нк=0,5·m_кп+m_б+ m_нч, (78)
Значит
m_нк=0,5·1,21+0,1+0,031,
m_нк=0,736 т.
Тогда

Ускорение (из подобия треугольников на рисунке 4.2):

- левого колеса
(79)
- правого буксового узла
(80)
- средней части оси
(81)

Тогда

Определяем вертикальные инерционные силы по формулам (72) – (75)
Р_н1=0,176·648,752,
Р_н1=114,18 кН,
Р_н2=0,176·81,5,
Р_н2=14,344 кН,
Р­_нк=0,402·565,
Р_нк=227,13 кН,
Р_нс=0,312·282,5,
Р_нс=88,14 кН.
Находим вертикальные реакции внутреннего и наружного рельсов по формулам (70), (71)

R_н=660,1 кН
Определяем оставшиеся горизонтальные силы по формулам (66) и (68)
Н₂=0,25·22,88185,
Н₂=5,72 кН,
Н₁=122,469+5,72,
Н₁=128,189кН.

4.3. Расчетные силы и сечения оси колесной пары.

Расчетная схема оси (рисунок 4.3) представляет собой балку, которая опирается на две опоры, лежащие в плоскости круга катания.

Рисунок 4.3 – Расчетная схема оси и положение расчетных сечений

Вместо удаленных колес в опорных местах оси прикладываются силы Н₁ и Н₂ и моменты:

- на левой опоре
М_л=Н₁·r_к-(1-β)·Р_н1·(е₁+l₃), (82)
- на правой опоре
М_п=Н₂·r_к, (83)
где β – коэффициент передачи инерционных нагрузок (буксового узла) на
внутренние сечения оси (между кругами катания колес), β=0,7.
Тогда

М_л=122,469·0,475-(1-0,7)·114,18·(-0,01+0,228),

М_л=50,7кН·м,
М_п=5,72·0,475,
М_п=2,717кН·м.
Вертикальные реакции в опорах оси определяются из условий равновесия оси (смотри рисунок 4.3)
ΣМ_С=0,
ΣМ_D=0,
(84)
(85)
Тогда

R_D=27,9955кН.