Тележка модели КВЗ ЦНИИ тип I. Определение сил действующих на надрессорную балку. Вертикальное состояние сил инерции при торможении

зависимости от устройства рессорного подвешивания тележки изготавливаются с одно- и двухступенчатым подвешиванием. Тележки грузовых вагонов строятся с одноступенчатым подвешиванием (центральным или буксовым).

По способу нагрузки от кузова тележки различаются: с опиранием кузова на подпятник тележки – в грузовых вагонах; с опирание кузова на подпятник тележки и частично на упругие скользуны; с опирание кузова непосредственно на скользуны тележек и со схемой опирания кузова на упругие элементы тележки.

По способу передачи нагрузки от надрессорной балки на раму тележки изготавливают с непосредственной передачей нагрузки; Безлюлечной конструкции с центральным подвешиванием; с люлькой, когда надрессорноя балка опирается через комплекты рессор на люльку.

По способу связи рамы с колесными парами тележки бывают: с непосредственной связью, когда рама свободно опирается на буксы в тележках грузовых вагонов; с упругочелюстной балансирной связью; с шпинтонно-пружинной безчелюстной связью.

Для того, чтобы тележки обеспечивали требуемые ходовые качества вагону, они должны иметь рациональную конструктивную схему и оптимальные значение параметров рессорного подвешивания. В опорах кузова на тележки должно быть достаточное трение, необходимое для гашения колебаний виляния и ограничения поворота тележки относительно кузова.

Под кузовом пассажирских вагонов находятся в основном двухосные тележки типов ЦМВ с двухступенчатой системой рессорного подвешивания КВЗ-5, КВЗ-ЦНИИ, КВЗ-ЦНИИМ.

Типовой является тележка КВЗ-ЦНИИ , обеспечивающая нормальную эксплуатацию вагонов со скоростью 160 км/ч. Тележка КВЗ-ЦНИИ выпускается двух типов:   КВЗ-ЦНИИ-I и КВЗ-ЦНИИ-II. Первая подкатывается под кузов вагонов с массой брутто 60 т , а вторая – от 60 до 72 т. Различаются эти тележки по жесткости рессорного подвешивания ( у тележки КВЗ-ЦНИИ-II оно более жесткое ) и по конструкции рамы. По внешнему виду тележки отличаются  числом гасителей. У КВЗ-ЦНИИ-I с каждой стороны  ставятся по одному гидравлическому гасителю колебаний , а в КВЗ-ЦНИИ-II- по два.

Тележка КВЗ-ЦНИИ-I состоит из основных узлов(рис.1): рама-1, две колесные пары-2, два комплекта центрального подвешивании-3, четыре комплекта буксового подвешивания-4 и  тормозная рычажная передача-5 с двухсторонним нажатием колонок.

Рисунок 1 – Тележка модели КВЗ ЦНИИ тип I

Рама тележки ( рис.1) сварная H-образной  формы. Она имеет две продольные балки -1, две средние поперечные-2, четыре укороченные концевые поперечные-4, четыре вспомогательные продольные балки-3, предназначенные для крепления тормозной рычажной передачи . Элементы рамы изготавливаются из стали Ст3сп или 09Г2Д .По концам продольной балки рамы приварены планки-5 , служащие для крепления шпинтонов , а по середине кранштейны-9 для крепления гасителей колебания и вертикальные скальзуны-8 , для ограничения поперечного перемещения надрессорной балки . В каждой продольной балке рамы сделано по четыре вертикальных отверстия . Два отверстия-10 предназначены для установки подвесок люльки, а два других-11- для установки предохранительных Т-образных болтов центрального подвешивания .

Надрессорноя балка тележки сварная коробчетого сечения  из  стали Ст-3. Посередине балки размещен подпятник. К балке приварены коробки опорных ( горизонтальных ) скользунов , а также вертикальных скользунов , соприкасающиеся со скользунами на средних поперечных балках рамы тележки. Надрессорная балка воспринимает нагрузку от кузова через горизонтальные скользуны , между подпятником и пятником балки имеется зазор 9 мм .

Определение сил действующих на

      надрессорную балку

1.1.1.  Статическая нагрузка

где  – осевая нагрузка, =230 кН.

– масса колесной пары с буксовыми узлами, =1,392т.

– масса  рамы тележки, =0,403т.

– масса рессорного подвешивания, =0,3376т.

1.1.2.  Динамическая нагрузка

где  – коэффициент вертикальной динамики

где – среднее значение вертикальной динамики;

– параметр распределения, для грузовых вагонов, =1,13

– доверительная вероятность, =0,97;

Среднее значение=

где   – коэффициент равный для кузова, =0,1;

в – коэффициент учитывающий осность тележки, в=1;

 – конструктивная скорость, =45 м/с;

 – статический прогиб, =0,052 м;

 кН

1.1.3 Вертикальное состояние сил инерции при торможении

где – сила тяжести брутто кузова

где – масса тележки, = 4,657т;

 – расстояние от опорной поверхности до центра масс кузова, =1,225 м

– база вагона платформы для контейнеров, =9,72 м.

1.1.4  Суммарная вертикальная нагрузка

           приложенная к подпятнику

1.1.5. Вертикальная нагрузка приложенная к

                  скользуну при прохождении кривых участков

                  пути

где , – соответственно центробежная и ветровая нагрузки;

, – расстояние от точки приложения сил  и  до опоры подпятника, =1,225 м;    =1,6 м;

 – расстояние между осью пятника и скользуном, =0,762м.

Центробежная сила

где  – масса надрессорной балки, =0,521 т.

Ветровая нагрузка:

где  – удельное давление ветра на боковую стенку кузова, = 0,5 кПа;

F – площадь боковой проекции кузова вагона,

1.1.6.  Продольная инерционная сила

1.1.7 Боковая сила действующая вдоль

         надрессорной балки

Поскольку сечение надрессорной балки является достаточно массивным, напряжение сжатия от силы  мало и в расчете не учитывается.

Вопрпос 2 – Расчет на прочность надрессоной балки

                            при движении по прямому участку пути

2.1.1. Расчетная схема надрессоной балки

Расчетная схема надрессорной балки приведена на рисунке 2

Рисунок 2 – Расчетная схема надрессорной балки на вертикальную нагрузку и эпюру изгибающих моментов.

Где 1,018 м;

0,828 м;

0,598 м;

0,218м;

0,104м.

2.1.2. Реакция в опорах

2.1.3. Изгибающие моменты в расчетных сечениях

сечение 1-1

 = 298,6 кН  м;

сечение 2-2

 = 242,8 кН м;

сечение 3-3

= 175,4 кН  м;

сечение 4-4

 = 63,9 кН  м;

сечение 5-5

 = 30,5 кН  м.

2.1.4 Изгибающие моменты надрессорной балки от

          горизонтальной инерционной нагрузки.

Расчетная схема изгибающих моментов от горизонтальной силы  приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Расчетная схема изгибающих моментов от горизонтальной силы .

2.1.5. Изгибающие моменты в расчетных сечениях

сечение 1-1

 = 40,5  кН  м;

сечение 2-2

 = 32,96 кН  м;

сечение 3-3

 = 23,8кН  м;

сечение 4-4

 = 8,6кН  м;

сечение 5-5

 = 4,1 кН  м.

2.1.6 Напряжение в расчетном сечении балки

          пределяется:

– в вертикальной плоскости:

– в горизонтальной плоскости:

Результаты расчетов сводим в таблицу 1 и таблицу 2.

Таблица 1 – Напряжения надрессорной балки от вертикальных сил

Таблица 2 – Напряжения надрессорной балки от горизонтальных сил

Так как наибольшее напряжение в сечении 1-1 =106,5p МПа., то прочность рамы надрессорной балки будет обеспечиваться, если она будет выполнена из стали 20 ГФЛ, так как для стали 20 ГФЛ  МПа

Литература

1.  Пастухов И.Ф. и др. «Вагоны». Под редакцией В.В.Лунина, М.: Транспорт, 1988г.

2.  И.Ф.Пастухов, В.В.Пигунов. «Вагоны» Методические указания, Гомель, 1992г.

3.  И.Ф. Пастухов, В.В.Пигунов «Расчет элементов ходовых частей и автосцепного устройства