Расчет кузова на прочность. Техническая характеристика кузова и исходные данные для расчета вагона на прочность

4    РАСЧЕТ  КУЗОВА  НА  ПРОЧНОСТЬ

4.1. Техническая характеристика кузова и исходные данные для расчета вагона на прочность

Согласно нормам расчета вагонов на прочность, кузова пассажирских вагонов рассчитываются только на основные нагрузки, к которым относятся: вертикальные, боковая и продольная.

Кузов представляет собой тонкостенную оболочку, подкрепленную поперечными и продольными элементами жесткости. Рама вагона имеет хребтовую балку. Толщина обшивки и размеры подкрепляющих элементов верхнего и нижнего поясов указаны на рисунке 4.6 и 4.7. Поперечные сечения простенков даны на рисунке  4.2. Несущие элементы изготовлены из углеродистой стали ВОгЗсп.

Прочность кузова проверяется при действии эксплуатационных нагрузок      (3 режим загружения), вертикальных и продольных.

Величины вертикальных нагрузок определяются следующим образом:

Вертикальная статическая Р_от равна сумме  веса  тары кузова и полезной     нагрузки:

                                            (4.1)                                                                                                     где   - вес тары кузова, включая вес запаса воды, топлива и других                                                                          предметов экипировки,  Н;

Р – средний вес пассажира с багажом, Н;

n – расчетная населенность (вместимость) вагона.

       Вес тары кузова в первом приближении определяем по формуле

  ,                                         (4.2)    

где Т- вес тары вагона, Н;

 - тележки, Н.

454,60 кН .

Вертикальная динамическая нагрузка определяется по формуле

                              Р_д = Р_ст  к _д                                               (4.3)

где  к _д   - расчетный коэффициент вертикальной динамики

                   К_д = а + в                                    (4.4)

а – коэффициент, принимаемый для кузовов 0, 05;

в -  коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке; двумя    двухосными тележками в = 1;

v – конструктивная скорость движения вагона. Конструкционная скорость вагона определена заданием на проектирование и составляет 45 м/с (160 км/ч);

f – статический прогиб упругих элементов подвешивания вагона, м.

Боковая нагрузка определяется центробежной силой, давлением ветра и силами динамического взаимодействия вагона и пути в горизонтальной плоскости.

Вертикальная составляющая от боковых нагрузок

       Рб = Р_ст Кб,                                                   (4.5) коэффициент Кб, учитывающий действие боковых нагрузок, принят равным 0,125. Расчет ведется по Р_ст, а действие Р_д и Р_б учитывается при определении напряжений.

Р_б = 454,60  0,125 =56,8 кН .

Продольные  нагрузки Т - сжимающие и растягивающие - приложены по оси автосцепки и приняты равными 1 МН.

Действие вертикальной и продольной нагрузок рассматривается раздельно. При этом устанавливается величина внутренних усилии в элементах конструкции кузова:  изгибающих моментов, нормальных и поперечных сил.

Прочность элементов кузова оценивается по величине расчетных напряжений, возникающих в них при одновременном действии вертикальных и продольных нагрузок. Расчетные напряжения не должны превышать величину допускаемых напряжений, установленную нормами расчета вагонов.

4.2  Обоснование расчетной схемы

Кузов современных пассажирских вагонов представляет собой оболочку в виде подкрепленной обшивки, расположенной на боковых стенах, раме и крыше. Несущая обшивка в таких кузовах вместе с подкрепляющими стержнями составляет единую систему и под действием внешних сил получает сложную пространственную деформацию и соответствующие напряжения(основные и дополнительные срединные напряжения и напряжения изгиба).

В инженерной практике более широкое применение нашли расчетные схемы, ограничивающиеся определением только основных срединных напряжений. Одной из таких схем является стержневая расчетная схема. Приемлемость такой схемы обусловлена допущением о недеформируемости контура поперечного сечения кузова. Стержневая расчетная схема кузова пассажирского вагона (рис.4.1) образуя линиями 6, 4 и 5, проходящими через центры тяжести поперечных сечений верхнего 1 и нижнего 2 поясов и простенков 3. Участки простенков от оконных вырезов до центров тяжестей поясов   в   силу их большой жесткости принимаются абсолютно жесткими (на схеме они выделены более жирными линиями). Такая расчетная схема является Зn - раз статически неопределимой системой (где n - число оконных и дверных вырезов одной стороны вагона) и поэтому может быть решена только с помощью ЭВМ.

6       5       4        3         2         1

Рисунок 4.1- Модель простенка расчетной схемы кузова