Четырехосный крытый грузовой вагон, страница 4

  = 1200 кг – масса колесной пары,

  = 50 кг – масса консольной части оси (шейки),

  g = 9,81 м/с² – величина ускорения свободного падения,

  λ = 0,895 – коэффициент использования грузоподъемности вагона.

Коэффициент вертикальной динамики:

                                                 (11)

где λ = 1 – расчетный параметр, зависящий от осности тележки,

      В = 5,94 – расчетный параметр,  зависящий от типа вагона,      

      V = 33,3 м/с – расчетная скорость движения вагона,

 А = 8,125 • (f_ст – 0,0463) = 8,125 (0,05 – 0,0463) = 0,03 – расчетный коэффициент для грузовых вагонов,

f_ст – 0,05 м – величина статического прогиба рессорного подвешивания для грузовых вагонов с тележками ЦНИИ-Х3.

Динамическая нагрузка, действующая на шейку оси от вертикальных колебаний кузова:

Р_д = К_д • Р_ст ,                                                          (12)

Р_д = 0,426 • 102,942 • 10³ = 43,853• 10³  Н

Динамическая нагрузка, действующая на шейку оси от центробежной силы в кривых участках пути:

                                                      (13)

где = 2 м – расчетное расстояние от оси колесной пары до точки приложения центробежной силы;

      В₂ = 1,018 м – расстояние от середины шейки оси до середины оси в продольном сечении;

      = 0,075 – расчетный коэффициент.

Динамическая нагрузка, действующая на шейку оси от давления ветра:

                                                  (14)

где  ω = 500 Н/м² – удельное давление ветра [7, стр 5];

       2 В₂ = 2,036 м – расстояние между серединами шеек оси [7, стр 5];

F = Н_кр • 2L = 3,39 • 15,75 = 53,4 м² – площадь проекции боковой поверхности вагона на плоскость, проходящую вертикальную через продольную ось симметрии вагона;

      Н_кр = 3,39 м – высота кузова вагона [2, ст.8];

     2L = 15,75 м – длина кузова вагона по концевым балкам [2, ст.8];

     - расчетное расстояние от оси колесной пары до точки приложения ветровой нагрузки.

  Суммарное значение вертикальных нагрузок для левой шейки оси:

Р₁ = Р_ст + Р_д +Р_ц + Р_в                                                    (15)

Р₁ = 102,942 + 43,853 +15,168 + 8,196 = 170,16 Н

  Суммарное значение вертикальных нагрузок  для правой шейки оси:

Р₂ = Р_ст - Р_ц - Р_в                                                                                         (16)

Р₂ = 102,942 -15,168 - 8,196 = 79,58 кН

  Ускорение левого буксового узла от сил инерции необрессоренных масс:

                                                        (17)

где  D = 12,9 – расчетный параметр, соответствующий грузовому четырехосному вагону [7, стр 6].

m_н = 0,5 • m_кп + m_б + m_р = 0,5 • 1200 + 107 + 240 = 947 кг

  Ускорение правого буксового узла:

                                                           (18)

где ₂ = 0,228  м – расстояние от оси середины шейки оси до круга катания колеса;

     2 S = 1,58 м – расстояние между кругами катания колес [7, стр 5].

  Ускорение колеса:

                                                            (19)

Вертикальная инерционная нагрузка от необрессоренных масс для левой шейки оси:

Р_Н1 = m₁• j₁ = 397 • 200,7 = 79,68 • 10³ Н ,                           (20)

где  m₁ = m₂ + m_р + m_б +m_ш = 240 + 107 + 50 = 397 кг – сумма необрессоренных масс для правой шейки оси;

         m_ш = 50 кг, m_б = 107 кг, m_р = 240 кг

   Вертикальная  инерционная нагрузка от необрессоренных масс для правой шейки оси:                                              Р_Н2 = m₂ • j₂                                                  (21)

Р_Н2 = 397 • 25,31 = 10,048 • 10³ Н                      

   Вертикальная сила  инерции массы средней части оси:

Р_нс = 0,5 • m_c • j_к,                                                    (22)

где m_c = 300 кг – масса средней части оси [7, стр 5].

Р_нс = 0,5 • 300 • 175,39 = 26,31• 10³  Н

   Вертикальная сила инерции, действующая со стороны левого колеса:

Р_нк.лев =  m_к • j_к,                                                                                 (23)

где m_к = 400 кг – масса колеса [7, стр 5].

Р_нк.лев = 400  • 175,39 = 70,16 • 10³  Н

Для правого колеса принимаем Р_нк.пр = 0.

    Горизонтальная динамическая нагрузка, действующая на ось колесной пары:

Н = Р₀ • k_r ,                                                       (24)

где Р₀ – 23,25 • 10⁴ Н – допускаемая осевая нагрузка по условию проектирования;

      k_r = 0,0038 • λ_r • δ (10 + ν) = 0,0038 • 1 • 1 (10 + 33,3) = 0,1645 – коэффициент динамики;

      λ_r = 1 – расчетный коэффициент, зависящий от осности тележки;

      δ = 1 – расчетный коэффициент, зависящий от гибкости рессорного подвешивания.

Н = 23,25 • 10⁴ • 0,1645 = 38,2 • 10³ Н                      

   Вертикальная реакция в левой опоре оси:

   (25)

где  β = 0,7 – коэффициент, учитывающий восприятие сил инерции диском колеса за счет его упругости;

       r – 0,475 м – радиус колеса по кругу катания;

       r₁ – 0,65 м – радиус шейки оси.

   Вертикальная реакция в правой опоре оси:

         (26)

    В опорных местах оси приложены горизонтальные силы Н₁ и Н₂:

Н₁ – направляющая сила,  приложенная к колесу, движущемуся по нагруженному рельсу кривого участка пути;

Н₂ – сила трения, возникающая в точке контакта второго колеса с рельсом

    Определим эти силы:

Н₂ = μ • N_n  ,                                                       (27)         

где,  μ = 0,25 – расчетный коэффициент трения скольжения колеса о рельс.

Н₂ = 0,25 • 44,25 = 11,06 кН

Н₁ = Н + Н₂                                                      (28)

Н₁ = 38,2 + 11,06 = 49,26 кН

    При  переносе горизонтальных сил Н₁ и Н₂ в опорные места оси колесной пары возникают следующие моменты:

    Определим момент на левой опоре оси: