Главная >> Подвижной состав >> Вагоны промышленного железнодорожного транспорта

Нагрузки - Вагоны промышленного железнодорожного транспорта

Оглавление
Вагоны промышленного железнодорожного транспорта
Исторический очерк развития вагонного парка
Элементы конструкций вагонов, характеристика
Колесные пары
Колеса и их типы
Буксы
Буксы с подшипниками скольжения
Упругие элементы и гасители колебаний
Особенности конструкций гасителей колебаний
Тележки грузовых вагонов
Двухосные тележки
Многоосные тележки
Конструкция тележек специализированных вагонов промышленного транспорта
Ударно-тяговые устройства
Механизм автосцепки СА-3
Расцепной привод, ударно-центрирующее и упряжное устройства
Поглощающие аппараты автосцепки
Вагоны общего назначения
Назначение и устройство вагонов типа хоппер
Назначение и конструкции полувагонов
Типы транспортеров
Назначение и общая характеристика цистерн
Устройство цистерн общего назначения
Специальные цистерны
Специализированные вагоны промышленного транспорта
Конструкция полувагонов с глухим полом, вагонов для перевозки щепы, нефтебитума и леса в хлыстах
Назначение и типы вагонов-самосвалов
Платформы для перевозки горячего чушкового чугуна и тяжеловесной обрези
Технологический подвижной состав
Назначение чугуновозов
Назначение и устройство коксотушильных вагонов, вагонов-трансферкаров
Конструктивные особенности специальных тележек для изложниц и мульд
Сведения о зарубежных вагонах промышленного транспорта
Сведения о европейских вагонах промышленного транспорта
Обоснование выбора типов и параметров грузовых вагонов
Назначение габаритов вагонов
Нагрузки
Материалы, применяемые в вагоностроении

Глава 1 2 ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ВАГОНОВ НА ПРОЧНОСТЬ

Нагрузки, действующие 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 изготовления или 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.
Коэффициент вертикальной динамики грузовых вагонов определяется по следующим формулам:
для скоростей движения 14—28 м/с
(12.1) для скоростей движения 28—33 м/с
(12.2)
где а — коэффициент, равный 0,05 для элементов кузова, 0,1 — для обрессоренных частей тележки и 0,15 — для необрессоренных частей тележки (за исключением колесных пар);
b — коэффициент, учитывающий осность вагона:
(12.3)
шт — число осей тележки; v—максимальная скорость движения вагона, устанавливаемая техническим заданием;
fст — статический прогиб рессорного подвешивания вагона под нагрузкой брутто.
Боковая нагрузка для всех частей вагона, за исключением колесных пар, определяется действием центробежной силы и давлением ветра. При этом центробежная сила определяется по формуле
(12.4)
где Рбр — вес брутто вагона; v — скорость вагона; g — ускорение силы тяжести;
R — радиус кривой;
hр — возвышение                наружного рельса;
2S — расстояние между кругами катания колес.
Ветровая нагрузка
HB = wF,                                       (12.5)
где ω = 500Н/м2 — удельное давление ветра на проекцию боковой поверхности вагона;
F — площадь проекции боковой поверхности вагона.
В расчете необходимо учитывать отдельно центробежные силы кузова и
тележки [14]. Для предварительных расчетов вагонов рекомендуется принимать центр тяжести тележки на уровне оси колесной пары, а центр тяжести кузова — на расстоянии 180 см от уровня осей колесных пар.
При расчете на прочность отдельных элементов тележки вагона от боковой нагрузки необходимо определять усилия в этих элементах, возникающие при одновременном действии боковой и вертикальной нагрузок брутто. При этом должны быть учтены деформации рессор и перемещения конструкции подвешивания.
При расчете боковых стен и шкворневых балок грузовых вагонов влияние боковых нагрузок учитывается путем увеличения нагрузки брутто на 10% или добавлением напряжений на 10%.
Кроме рассмотренных выше боковых нагрузок, вагон подвергается действию поперечных сил инерции, возникающих от боковых толчков при входе вагона в кривую. Эти силы, по данным экспериментальных исследований, принимают равными Рбр для грузовых вагонов, т. е. соответствующими ускорению lg.
В соответствии с нормами расчета вагонов на прочность для железных дорог СССР продольные нагрузки, учитываемые при расчете всех вагонов, представляют собой сжимающие и растягивающие ударно-тяговые силы, возникающие в поезде при различных режимах его движения. Значения продольных сил в совокупности с остальными, действующими на вагон нагрузками, принимаются, исходя из двух основных режимов работы вагона в эксплуатации:
I — трогание с места, осаживание или торможение поезда при малых скоростях движения, соударения вагонов при маневровой и сортировочной работе на станциях (продольная сила равна ±2 МН);
Ill — движение поезда с наибольшей допускаемой скоростью (продольная сила равна ±1 МН).
При торможении вагона возникают силы инерции и силы тормозной системы. Силы инерции при торможении определяются по формуле
N = ητР бр,                                                                              (12.6)
где ητ — коэффициент торможения:
ητ =j/g;                                       (12.7)
j— замедление при торможении;
g — ускорение силы тяжести.
При плавном торможении ητ = 0,2, т. е. равен коэффициенту сцепления между колесом и рельсом. При соударении вагонов ητ = 3 на уровне рамы и ŋ1,5 — в верхней части кузова.
Оборудование вагона и его крепления рассчитывают на силы инерции при торможении с учетом соударения вагонов по формуле (12.6), в которую вместо Рбp подставляют вес соответствующей части оборудования. Значение ητ принимают для уровня, в котором расположен центр тяжести этой части. Допускается условно силы инерции прикладывать вдоль хребтовой балки (60%) и вдоль боковых балок грузовых вагонов (40%). Сила инерции, прикладываемая к боковой балке, распределяется между поперечными балками рамы пропорционально их жесткости на изгиб в горизонтальной плоскости.
При расчете цистерн помимо двухсторонней тяги и сжатия учитывается еще продольная сила инерции котла, приложенная к центру его днища:
Nи = 250Рк/Рбр,                               (12.8)
где Рк — вес груженого котла цистерны;
Рбр — вес цистерны брутто.
На эту нагрузку должно быть рассчитано крепление котла к раме и вызываемая ею добавочная вертикальная нагрузка на тележку, определяемая формулой
(12.9)
где h — расстояние от продольной оси котла до оси автосцепки;
21 — база вагона.
Кроме того, при расчете тележек должна учитываться сила инерции, приложенная к пятнику шкворневой балки, равная утроенному весу тележки. Полученные в этом расчете напряжения суммируются с напряжениями от статической нагрузки брутто.
Нагрузки при вписывании вагона в кривые определяются из условий равновесия тележки при движении ее по кривой. При определении указанных нагрузок коэффициент трения между колесом и рельсом принимается равным 0,25.
Силы в тормозной системе определяются, исходя из максимального усилия на штоке поршня тормозного цилиндра при коэффициенте полезного действия рычажной передачи, равном единице. Внутреннее давление в резервуарах пневматического тормоза при расчетах на прочности принимается равным 0,6 МН/м2 (6 кгс/см2).
Внутреннее давление, принимаемое для расчета котлов цистерн, определяется как сумма давлений паров жидкости или газа и давления, развиваемого при гидравлическом ударе. Давление паров жидкости принимается 0,15 МН/м2 (1,5 кгс/см2) по регулировке предохранительных клапанов.
Давление, возникающее при гидравлическом ударе, определяется давлением силы инерции жидкости в котле цистерны на площадь вертикальной проекции днища. Для I режима загружения сила инерции жидкости определяется по формуле (12.8), в которой вместо Рк подставляется Рж — вес жидкости в котле.
Таблица 12.1. Значения углов естественного откоса и насыпных масс для различных грузов


Груз

Насыпная масса, т/м3

Угол естественного откоса, градус

Руда

2,5

35

Каменный уголь

0,9

30

Кокс

0,5

35

Песок

1,8

40

Торф

0,5

50

Зерно

0,8

25

Известняк кусковой

1,5

55

Штыб угольный

0,85

40

Бокситы дробленые

1,25

40.

Известь

0,75

35

Щебень гранитный

.1,6

45

Щебень известковый

1,4

45

Усилия, обусловленные технологическими факторами, учитываются в расчете элементов вагона, подвергаемых деформации. К таким усилиям относятся силы, возникающие при запрессовке, горячей посадке и при других видах сборки с предварительным натягом. Усилия, возникающие в результате сварки и деформации деталей в процессе их изготовления, в расчете не учитываются.
Нагрузка распора сыпучих тел на вертикальную стенку кузова вагона определяется по формуле
, (12.10)
где у — насыпная масса сыпучего груза;
у — расстояние от поверхности груза до точки, в которой определяется давление; а — угол естественного откоса.
Значения углов естественного откоса и насыпные массы сыпучих грузов для I режима принимаются по табл. 12.1.
При учете сил по III режиму насыпная масса принимается по табл. 12.1 и умножается на (1+Кд), где Кд — коэффициент вертикальной динамики, а угол естественного откоса принимается равным нулю. В этом случае допускаемые напряжения принимаются равными 0,85 предела текучести материала. Усилия, возникающие при погрузке и выгрузке вагона, устанавливаются техническим заданием на проектирование.
Полувагоны должны рассчитываться на вертикальную равномерно распределенную по длине 800 мм нагрузку, приложенную в любом месте верхнего пояса боковой стенки. Эта сила принимается равной 10 тс для четырехосного и 15 тс для шестиосного вагона.
Пол вагонов, для разгрузки которых предусматривается использование автопогрузчиков, должен рассчитываться на сосредоточенную силу 2,2 тс.
В качестве основных расчетных усилий, прикладываемых к вагону при его ремонте, принимаются такие, которые возникают при подъеме груженого вагона под один конец шкворневой балки тележки для смены рессорного комплекта:
(12.11)
где fст — статический прогиб рессорного комплекта;
С — жесткость одного рессорного комплекта;
Δ — высота предохранительных бонок или буртов против выпадения рессор.
При диагональном подъеме порожнего грузового вагона двумя домкратами возникает момент, который является расчетным и определяется по формуле
(12.12)
где Ρτ — вес порожнего кузова вагона;
bо — расстояние от оси пятника до опорной площадки домкрата.
Напряжения в элементах конструкции вагона, возникающие при механизированных погрузках и выгрузках и при ремонте вагонов, не должны превышать допускаемых для I режима загружения.

Нагрузки, действующие на раму и кузов вагона

При расчете рам и кузовов вагонов на прочность учитываются следующие силы, действующие на них:
вертикальная статическая, состоящая из полезной нагрузки и собственного веса кузова;
вертикальная динамическая, определяемая как произведение вертикальной статической нагрузки на коэффициент вертикальной динамики;
боковая, определяемая центробежной силой и ветровой нагрузкой;
продольные силы, передаваемые на кузов через автосцепку;
скручивающие (кососимметричные), обусловленные несимметрией реакций опор или возникающие при несимметричном подъеме кузова домкратами;
распор сыпучего груза; усилия от установленного на раме вагона тормозного оборудования.
Прочность и эксплуатационная надежность несущих конструкций рам и кузовов вагонов оцениваются:
по сравнению максимальных напряжений в элементах несущей конструкции при наиболее невыгодном сочетании действующих на них сил;
по устойчивости сжатых элементов несущей конструкции;
по прогибам элементов несущей конструкции;
по вибрационной устойчивости, т. е. по сравнению собственных частот колебаний с частотами возмущающих сил, и устранению опасных резонансов;
по предельным нагрузкам, определяемым пластическим состоянием элементов конструкции (например, концевых стоек в пассажирских вагонах, служащих для повышения безопасности при авариях);
по эмпирическим нормам для отдельных элементов, для которых расчетным путем не удается определить напряжения.
Для определения напряжений составляются расчетные схемы несущей конструкции кузова, которые представляются либо стрежневыми системами, либо оболочками, либо в виде смешанной системы.
Оценку устойчивости сжатых элементов выполняют сравнением критических напряжений или критических сил с действующими в элементе сжимающими напряжениями или силами.



 
« Вагоны метрополитена   Вагоны промышленного транспорта »
железные дороги