Четырехосный крытый грузовой вагон, страница 5

М_л = Н₁ • г – (1 – β) (l₄ + l₂) • Р_H1                              (29)

М_л = 49,26 • 0,475 – (1 – 0,7) (0 + 0,228) • 79,68 = 17,95 кН•м

    Определим момент на правой опоре оси

М_п = Н₂ • г = 11,06 • 0,475 = 5,25 кН•м                     (30)

    Определим изгибающие моменты от всех рассматриваемых расчетных нагрузок во всех четырех расчетных сечениях:

М₁ = Р₁ • l₆ + Р_Н1 • (l₄ + l₆) + Нr_i ,                               (31)

где l₆ = 0,089 м – расстояние от середины шейки оси до внутренней кромки заднего роликового подшипника.

М₁ = 170,16 • 0,089 + 79,68 • (0 + 0,089) + 38,2 • 0 = 22,23 кН•м

М₂ = Р₁ • l₃ + Р_Н1 • (l₄ + l₃) + Н • r_{i ,}                                  (32)

где l₃ = 0,1 м – расстояние от середины шейки оси до  задней галтели шейки.

М₂ = 170,16 • 0,1 + 79,68 • (0 + 0,1) + 38,2 • 0 = 24,99 кН•м

М₃ = Р₁ • l₂ + Р_Н1 • (l₄ + l₂) + Н • r_i + М_л                       (33)

М₃ = 170,16 • 0,228 + 79,68 • (0 + 0,228) + 38,2 • 0 + 17,95 = 74,92 кН•м

М₄ = Р₁ • b₂ + Р_Н1 • (l₄ + b₂) + Н • r_i + М_л – N_л  • S + Р_нс • l_7,                (34)

где  b₂  = 1,018 м – расстояние от середины оси до середины шейки оси;

        S = 0,79 м – расстояние от середины оси до круга катания колеса;

        l₇ = 0,264 м – расстояние от середины оси до равнодействующей сил инерции                                средней части оси.  

М₄ = 170,16 • 1,018 + 79,68 • (0 + 1,018) + 38,2 • 0 + 17,95 – 301,43  • 0,79 +

+ 26,31 • 0,264 = 41,1 кН•м

   Изгибающие моменты от статической нагрузки во всех четырех рассматриваемых  сечениях:

М_СТ1 = Р_СТ • l_{6  ,}                                                                                                        (35)

   М_СТ1 = 102,94 • 0,089 = 9,16 кН•м

 М_СТ2 = Р_СТ • l_3,                                                                       (36)

                                            М_СТ2 = 102,94 • 0,1 = 10,29 кН•м

       М_СТ3 = М_СТ4 = Р_СТ • l_2,                                                               (37)

                  М_СТ3 = М_СТ4 = 102,94 • 0,228 = 23,47 кН•м

Напряжение от статической нагрузки в рассматриваемых сечениях:

                             (38)

 ,                            (39)

где - моменты сопротивления изгибу для расчетных  сечений I и II;

      d₁= 0,13 м – диаметр шейки оси типа РУ1 или РУ1Ш.

 ,                      (40)         

где  - момент сопротивления изгибу для расчетного сечения III;

        d₃ = 0,194 м – диаметр подступичной части оси типа РУ1 или РУ1Ш.

,                          (41)          

где  - момент сопротивления изгибу для расчетного сечения IV;

        D₄ = 0,165 м – диаметр середины оси типа РУ1 или РУ1Ш.

   Максимальные коэффициенты перегрузки оси:

                                       (42)

   Для определения напряжений расчетных нагрузок перемножим напряжения от статических нагрузок на соответствующие коэффициенты перегрузки оси:

     

                               .

    При расчете оси колесной пары на выносливость принимается, что повреждающими напряжениями являются не только максимальные, но и все напряжения начиная с половины предела выносливости σ – 1D материала оси в рассматриваемом ее сечении, т.е. максимальные значения коэффициентов перегрузки оси колесной пары определяем по формулам:

                                                    (43)

где == 170 мПа;

       = 140 мПа, = 180 мПа.

   Имея вычисленной   и  можно по номограмме [4, ст 115] определить коэффициенты запасав усталостной прочности:

для I сечения -  n = 2,25 > [n];

для II сечения -  n = 2,05 > [n];

для III сечения -  n = 2,05 > [n];

для IV сечения -  n = 2,35 > [n],

где [n] = 2 – допускаемый коэффициент запаса сопротивления усталости оси для грузовых вагонов.

      Применяемая в тележке ЦНИИ-Х3-О модель 18-100 вагонная ось, изготовленная из стали ОсВ ГОСТ 4728, удовлетворяет условию прочности и может быть использована при проектировании грузового крытого четырехосного вагона с массой брутто 93 т.

6   РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ БОКОВОЙ РАМЫ ТЕЛЕЖКИ ЦНИИ-Х3 НА ВЕРТИКАЛЬНУЮ НАГРУЗКУ ЦНИИ-Х3

   Расчет рамы будем вести в следующей последовательности:

   1. Определение общей расчетной вертикальной нагрузки Р, приложенной к нижнему   горизонтальному поясу рамы.

    2. Составление расчетной схемы, как пространственной, построение эпюр изгибающих моментов, нормальных и поперечных сил.

    3.  Определение напряженного состояния рамы и оценке прочности в наиболее опасных сечениях.

    Будем считать,  что общая расчетная вертикальная нагрузка Р приложена к нижнему горизонтальному поясу боковой рамы и состоит из суммы статической нагрузки   Р_ст, динамической нагрузки  от колебания кузова на рессорах Р_g , сил инерции кузова при торможении или возникающих при ударе в автосцепку Р_и и боковой рамы Р_б , возникающей при действии ветровой нагрузки и центробежной в кривом участке пути, т.е. Р = Р_ст + Р_g + Р_и + Р_б.

  Вертикальная статическая нагрузка:

                                              (1)

где Р_бр = m_бр • g = 93 • 9,81 = 912,33 • 10³ Н;

       m_бр = 93 т – масса вагона брутто.

Р_r = (2m_б + m_кп) • g = (2 • 107 + 1200) • 9,81= 13,87 • 10³ Н,

где m_б = 107 кг – масса буксы;

      m_кп = 1200 кг – масса колесной пары;

      m₀ = 4 – число колесных пар в вагоне;

      m₂ = 4 – число боковых рам в вагоне.

  Вертикальная динамическая нагрузка от колебания кузова на рессорах:

Р_g = Р_ст • К_дв ,                                                            (2)

где  - коэффициент вертикальной динамики,

где  а = 0,15 – эмпирический коэффициент для необрессоренных частей тележки;

       b = 1 – коэффициент учитывающий влияние числа осей в тележке на К_дв;