При разработке угловых соединений балок коробчатой конструкции, например боковин и междурамных креплений, рекомендуется внутри основной балки напротив присоединения к ней поперечной вваривать перегородки, которые должны являться как бы продолжением стенок привариваемой балки. Это позволяет передавать нагрузку сразу всему сечению и повышает прочность зоны сопряжения. По такой схеме, например, на тепловозе ТЭМ7 выполнен узел соединения кронштейна маятниковой подвески с боковиной и поперечной балкой. Здесь кронштейн маятниковой подвески опирается на ребра, приваренные к вертикальному листу боковины, а продолжением этих ребер внутри боковины являются поперечные перегородки, приваренные к обеим вертикальным стенкам боковины. С внутренней вертикальной стенки нагрузка передается на вертикальные стенки поперечной балки, установленные в одной плоскости с перегородками. Подобная конструкция исключила местные деформации листов боковин и высокие местные напряжения.
Обычно в нижнем поясе боковины рамы тележки действуют растягивающие напряжения, в верхнем — сжимающие. Как известно, узлы, на которые действуют переменные нагрузки, обладают большей усталостной прочностью при сжимающих средних напряжениях цикла. Поэтому в зоне сжатия могут быть допущены более высокие динамические напряжения. Целесообразно нижний лист боковины делать более толстым, чем верхний, что приводит к смещению вниз центра тяжести поперечного сечения и увеличению момента сопротивления сечения по нижнему поясу. Так выполнены боковины рам тележек тепловозов 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, ТЭМ7. На нижнем поясе боковин по конструктивным условиям обычно располагают большое число присоединенных деталей: буксовые кронштейны, детали опирания рессорного подвешивания и др. Это требует особого внимания к их оформлению с точки зрения снижения концентрации напряжений. Заслуживающим внимания решением может служить расположение присоединенных элементов на верхнем сжатом поясе, как это выполнено, например, на раме тележки дизель-поезда ДР-1.
Нижний пояс боковины этой рамы практически не имеет концентраторов. Поскольку уровень концентрации зависит от соотношения толщин листа боковины и основания привариваемого элемента, толщину нижнего листа боковины желательно иметь не менее 18—20 мм. Толщину верхнего листа боковины едва ли целесообразно принимать менее 12—14 мм. Даже в этом случае необходимо предусмотреть меры, исключающие возникновение значительных местных деформаций верхних листов в местах опор кузова. При изготовлении поперечных балок рамы, как правило, можно использовать листы меньшей толщины.
Зоны сопряжения поперечных балок с боковинами — это один из ответственных узлов рамы тележки. Напряженное состояние этих узлов определяется совместным действием вертикальных и горизонтальных сил. Уровень напряжений здесь всегда достаточно высок. Поэтому соединение поперечных балок с боковинами должно выполниться так, чтобы обеспечить минимум концентрации напряжений. Рассмотрим три варианта сопряжения нижних листов продольной и поперечной балок: внахлестку, встык с расположением сварного шва вдоль кромки боковины при отсутствии с одной стороны радиуса, а также встык, но с выносом сварного шва на поперечную балку и при наличии в этой зоне радиуса перехода не менее 150 мм. Наименее прочно соединение по первому варианту. Теоретический коэффициент концентрации напряжений (по результатам тензометрирования) достигает здесь значений 2,05—2,8. У второго варианта соединения коэффициент концентрации также достаточно высок: 2,2—2,5. В третьем варианте он не превышает 1,4—1,7. По выполненным во ВНИТИ экспериментам минимальный рекомендуемый радиус сопряжения нижних листов должен быть не менее 0,25 ширины боковины, т. е. 70—80 мм. Стыковой сварной шов, также являющийся концентратором напряжений, отнесен в третьем варианте на поперечную балку в зону минимальных напряжений от вертикальных нагрузок.
Крайне желательно для рам любой конструкции наличие концевых балок. Концевая балка приблизительно в 2 раза снижает напряжения в зоне сопряжения продольных и поперечных балок от действия поперечной горизонтальной силы.
Повышение прочности осей
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.