Расчет на прочность фитинговых креплений, установленных на платформе модели 23-469

Настоящий расчет выполнен с целью оценки прочности  креплений фитингов, установленных на платформе модели 23-469 , в соответствии с проектом 469M3-00.00.00.000 разработки НВЦ «Вагоны».

Расчет производится в соответствии с "Нормами для расчета и проектирования вагонов, железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)" (далее по тексту «Нормами...») существующей редакции.

Прочность фитинговыв упоров в соответствии с  «Нормами...» оценивается  при двух расчетных режимах:

-  По первому расчетному режиму рассматривается относительно редкое сочетание экстремальных нагрузок. Основное требование при расчете на прочность по этому режиму - не допустить появление остаточных деформаций (повреждений) в узле или детали. В эксплуатации первому режиму расчета соответствует осаживание и трогание тяжеловесного состава с места, соударение вагонов при маневрах, в том числе при роспуске с сортировочных горок, экстренное торможение в поездах при малых скоростях движения;

-  По третьему расчетному режиму рассматривается относительно частое возможное сочетание умеренных по величине нагрузок, характерное для нормальной работы вагона в движущемся поезде. Основное требование при расчете по этому режиму – не допустить усталостного разрушения узла или детали. В условиях эксплуатации третий расчетный режим соответствует случаю движения вагона в составе поезда по прямым и кривым участкам пути и стрелочным переводам с допускаемой скоростью вплоть до конструкционной при периодических служебных регулировочных торможениях, периодических умеренных рывках и толчках, штатной работе механизмов и узлов вагона.

1 Исходные данные для расчета

1.1 Элементы фитингового крепления изготавливаются и устанавливаются в соответствии с конструкторской документацией 469M3-00.00.00.000 разработки НВЦ «Вагоны».

1.2 Материалы и допускаемые напряжения, принимаемые согласно «Нормам…», приведены в таблице 1. Исходные данные необходимые для расчета приведены в таблице 2.

1.3 Модуль упругости, для всех используемых марок стали,  принимается равным 2.1·10⁵ МПа, коэффициент Пуассона принимается равным 0.3.

  Таблица 1 - Материалы и допускаемые напряжение

Наименование элемента конструкции	Марка стали	Допускаемые напряжение,  МПа
		I режим (удар)	III режим
Элементы рамы платформы	низколегированная сталь 09Г2Д ГОСТ 19281-89	295	195
Элементы  фитингового крепления, кроме упора	сталь Ст3 ГОСТ535-88	255	165
Фитинговый упор	10ХСНД ГОСТ 19281-89	390	250

Таблица 2 - Исходные данные

Наименование параметра	Обозначение	Числовое значение
1	2	3
Масса  контейнера брутто 1AA, т		30,5
Масса контейнера брутто 1CC, т		24
Высота контейнера  1АА, м		2,591
Высота контейнера 1CC, м
Ширина контейнера 1AA, м		2,438
Ширина контейнера 1СС, м
Длина контейнера 1AA, м		11,985
Длина контейнера 1CC, м		5,853
Нормированная величина продольного ускорения контейнера установленного на платформе для I режима, м/с2		3,5g
Нормированная величина продольного ускорения контейнера установленного на платформе для III режима, м/с2		1,0g
	Продолжение таблицы 1
1	2	3
Параметр распределения, принимается согласно «Нормам…»		1,13
Доверительная вероятность, с которой определяется коэффициент вертикальной динамики, принимается согласно «Нормам…»		0,97
Конструкционная скорость движения, м/c		33,3
Статический прогиб рессорного подвешивания, для тележки модели 18-100, м		0,05
Коэффициент, принимается согласно «Нормам…»		0,05

2  РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ФИТИНГОВОГО КРЕПЛЕНИЯ И ПРИНЯТЫЕ ДОПУЩЕНИЯ

2.1 Фитинговые крепления, установленные на лобовой балке, состоят из опорной плиты с упором, плита жестко  связана с лобовой балкой, с боковой балкой и промежуточной балкой платформы, снизу плита подкреплена ребрами.

2.2 Фитинговые крепления, установленные в зоне шкворневой балки, состоят из опорной плиты с упором, плита жестко  связана с боковой балкой, промежуточной балкой и раскосом  платформы, снизу плита подкреплена ребрами.

2.3 Откидные фитинговые крепления состоят из откидной плиты с упором. В рабочем положении откидная плита с упором лежит на опорной плите жестко связанной с боковой и промежуточной балкой платформы.  Cнизу опорная  плита подкреплена ребрами.

2.4 Расчет прочности фитинговых упоров производится методом конечных элементов, с использованием известного конечно-элементного пакета COSMOS WOKS, версия 6.0.

2.5 Для расчета используется объемная конечно-элементная модель фитингового крепления.

2.6 Конечно-элементная модель упора, установленного на лобовой балке, включает 35520 конечных элементов и 135654 узлов. Конечно-элементная модель упора, откидного упора, установленного под контейнеры 1СС, включает 32769 конечных элементов и 128816 узлов. Конечно-элементная модель откидного упора, установленного под контейнеры 1АА, 61650 конечных элементов и 215937 узлов.

2.7 При расчете учитывалось возможное поперечное смещение фитинга контейнера из центрального положения на 25 мм поперек вагона и 38 мм вдоль вагона.

Рисунок 1 - Кинематические и граничные условия для откидного упора под контейнер 1СС (I режим (удар))

Рисунок2- Кинематические и граничные условия для откидного упора под контейнер 1СС (III режим )

Рисунок 3 - Кинематические и силовые граничные условия для откидных фитинговых креплений, под контейнеры 1АА (I режим (удар))

Рисунок 4 - Кинематические и силовые граничные условия для откидных фитинговых креплений, под контейнеры 1АА (III режим (удар))

Рисунок 5 - Кинематические и силовые граничные условия для упоров установленных на лобовой балке (I режим (удар))

Рисунок 6 - Кинематические и силовые граничные условия для упоров установленных на лобовой балке (III  режим)

3 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ФИТИНГОВОГО КРЕПЛЕНИЯ

3.1 В соответствии с «Нормами…» вагон рассчитывается на первый и третий режим нагружения.

3.2 При расчете по первому расчетному режиму принимается следующее сочетание нагрузок действующих на фитинговое крепление:

¾  сила  тяжести, складывающиеся из собственного веса фитингового крепления и силы тяжести груза (груженого контейнера), действующая на фитинговый упор;

¾  продольная сила инерции, действующая со стороны контейнера;

¾  вертикальная составляющая от продольной силы инерции контейнера.

3.3 Величины нагрузок и расчетные формулы для первого режима приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Расчет нагрузок для I режима