Определение параметров вагона – самосвала. Описание конструкции. Вписывание вагона – самосвала в габарит 1–Т. Расчет кузова на прочность

Распределение вертикальной нагрузки между элементами верхней рамы

Для определения реакций в опорах используется уравнение 3-х моментов

Рисунок 4.1 – Расчетная схема верхней рамы в поперечном сечении

Нагрузка на боковую балку

                                               .                                       (4.1)

Рисунок 4.2 – Схема половины верхней рамы

Нагрузка на среднюю балку

                                        .                                           (4.2)

                                               ;                                  (4.3)

                   кН/м;

                ;

Тогда по формулам (4.1-4.2) найдем нагрузку на боковую и среднюю балки

кН;

.

F = 21,11 см²;  I_хо = 1259 см⁴

Рисунок 4.3 – Сечение боковой продольной балки

Рисунок 4.4 – Сечение центральной продольной балки

Таблица 4.1 – Определение геометрических характеристик

№ элемента	Сечение	F, см2	Y, см	Fy, см3	Fy2, см4	I0, см4
1		26	0	0	0	707
2	2 ´ 8 ´ 0,4	6,4	7,2		332	» 0
Σ		32,4		0	332	707

;

;

;

;

Рисунок 4.5 – Сечение концевой балки

Таблица 4.2 – Определение геометрических характеристик

№ п/п	Сечение	Кол.	F, см2	Y, см	Fy, см3	Fy2, см4	I0, см4
1	Швеллер № 18	3	62,1	0	0	0	3270
2	ë 75 ´ 75 ´ 6	1	8,78	2,94	25,81	75,88	46,6
3	0,3 ´ 8,5	1	2,55	5,15	13,13	67,61	» 0
å			73,4		» 40	143,5	3317

;

;

;

;

;

Рисунок 4.6 – Сечение шкворневой балки посередине и цилиндровой балки

№ п/п	Сечение	Кол.	F, см2	Y, см	Fy, см3	Fy2, см4	I0, см4
1	Швеллер № 14	4	62,4	0	0	0	1964
2	23,6 ´ 0,3	2	14,16	7,15	101,2	723,6	»0
3	0,8 ´ 16	2	25,6	-0,2	-5	1	546
å			»102		»96	»725	2510

Таблица 4.3 – Определение геометрических характеристик

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Рисунок 4.7 – Сечение цилиндровой и шкворневой балок по опорам

Таблица 4.4 – Определение геометрических характеристик

№ п/п	Сечение	Кол.	F, см2	Y, см	Fy, см3	Fy2, см4	I0, см4
1	Швеллер№14	4	62,4	0	0	0	1964
2	23,6 ´0,3	2	14,16	7,15	101,2	723,6	0
å			76,6		»101	»724	1964

;

;

;

;

;

.

4.2 Расчёт центральной продольной балки

Центральная балка считается неразрезной, лежащей на 6-ти жестких опорах.

Равномерно распределенная по длине балки нагрузка равна

                                                                ,                                              (4.4)

где R₁ – нагрузка на среднюю продольную балку, кН;

l– длина балки, м.

Для расчета используется уравнение 3-х моментов.

Рисунок 4.8 – Расчетная схема продольной центральной балки

Ввиду симметрии балки

.

Пролеты 1 и 2

;

;

.                                                    (4.5)

Пролеты 2 и 3

;

;

.                                                          (4.6)

Решаем систему уравнений (4.5) и (4.6)

;

;

2,6(-1,54 -0,334М₃) + 12,1М₃ = -18,1;

11,23М₃ = -14,1;

М₃ = -12,3 кН·м;

М₂ = -1,54 -0,334(-1,25)=-11,0 кН·м;

М₂ = -11,0 кН·м;

Определение опорных реакций

;

;

;

Проверка:

.

Построение эпюр изгибающих моментов и поперечных сил для продольной центральной балки

Пролет 1

Момент в пролете определяется по формуле

                                                        .                                   (4.7)

Максимальное значение момента будет в точке, для которой

;

.

Момент над опорой 2

.

Рисунок 4.9 – Эпюры изгибающих моментов и поперечных сил в сечениях продольной центральной балки

Пролет 2

;

 откуда

;

Момент над опорой 3

Пролет 3

Определение напряжений в центральной продольной балке

Над опорой 2:

.

По энергетической теории прочности

;

Над опорой 3:

.

4.3 Расчёт боковой продольной балки

Расчётная схема боковой продольной балки аналогична расчётной схеме центральной продольной балки.

Нагрузка на боковую балку R₀ = 98 кН. Равномерно распределенная по длине балки нагрузка .

Рисунок 4.10 – Расчетная схема боковой продольной балки

Ввиду симметрии балки

.

Расчёт балки производится при помощи теоремы 3-х моментов

.

Пролёты 1 и 2

;

;

.                                       (4.8)

Пролёты 2 и 3

;

;

.                                              (4.9)

Решим систему уравнений (4.8) и (4.9)

;

;

11,23М₃ = –57,9;         М₃ = –5,1 кН·м.

 кН·м;

М₂ = –4,56 кН·м.

Определение опорных реакций

;

;

Проверка:

 

Построение эпюр изгибающих моментов и перерезывающих сил для боковой продольной балки

Экстремальные значения моментов в пролетах будут в тех же точках, что и на центральной балке.

Пролет 1

;

Момент над опорой 2

.

Пролет 2

;

.

Момент над опорой 3

Пролет 3

Определение напряжений в боковой продольной балке

Над опорой 2

.

Посередине пролета 2

.

Над опорой 3

.

Рисунок 4.11 – Эпюры изгибающих моментов и поперечных сил в сечениях продольной боковой балки

4.4 Расчёт поперечных балок верхней рамы

Все поперечные балки считаются опертыми на 2 боковые балки и нагруженными от реакции 2-х средних продольных балок.

1 Концевая балка

Рисунок 4.12 – Эпюры изгибающих моментов и поперечных сил для концевой балки

;

.

Касательные напряжения не учитываются ввиду их малости.

2 Шкворневая балка

Рисунок 4.13 – Расчетная схема шкворневой балки

;

3 Цилиндровая балка

Рисунок 4.14 – Расчетная схема цилиндровой балки

;

Вывод: Расчётные напряжения в элементах конструкции верхней рамы при статической нагрузке не превышают допускаемых

.

4.5 Расчет лобовой стенки

Силы распора от насыпных грузов определяются в общем случае по формулам и схемам теорий статики и динамики сыпучих тел.

При расчете торцевых стенок по I режиму расчетное давление на единицу поверхности определяется по формуле

                                                        ,                                        (4.10)

где ;

                        ;       (4.11)

теоретическая плотность перевозимого груза

φ^о – угол естественного откоса груза, φ = 35

у – расстояние от поверхности насыпного груза до точки, в которой  определяется давление.

Для расчета воспользуемся схемой распределения нагрузки от распора между элементами лобовой стенки.

Для расчета стоек необходимо определить величину и характер изменения приходящихся на них распорной нагрузки, т. е. интенсивность

.

Размеры лобовой стенки взяты по параметрам кузова внутри.

Для средней стойки интенсивность распорной нагрузки

.

Изгибающий момент для стойки

.

При у = 0   Q = 0.

.

При у = 0   М = 0

.

Следовательно

.

Максимальный изгибающий момент в заделке при  м равен

.

Для центральной стойки

.

Изгибающий момент для стойки

При у = 0  Q = 0

.

При у = 0  М = 0

.

Следовательно

.

Максимальный момент в заделке при у = h = 1,28 м равен

.

Таблица 4.5 – Геометрические характеристики сечения

№ п/п	Сечение	F, см2	Y, см	Fy, см3	Fy2, см4	I0, см4
1	24,7 ´ 0,7	17,29	40,35	698	28150	1
2	40 ´ 0,8	32	20	640	12800	4267
3	5,3 ´ 0,8	4,24	0,4	1,7	0,7	–
å		53,53		1340	40951	4268

;

;

;

;

;

.

Сечение средней правой стойки в месте крепления к верхней раме

Таблица 4.6 – Геометрические характеристики сечения

№ п/п	Сечение	F, см2	Y, см	Fy, см3	Fy2, см4	I0, см4
1	32 ´ 0,7	22,4	40,35	904	36470	1
2	11 ´ 0,8	8,8	34,5	304	10474	89
3	13 ´ 0,8	10,4	6,5	67,6	439	146
4	5,3 ´ 0,8	4,24	0,4	1,7	0,7	–
å		45,84		1277	47384	236

;

;

;

;

[s] = 260 МПа;

s_max  <  [s].

4.6 Расчет бopтa продольного. Разгрузка.

Продольный борт состоит из продольных и поперечных элементов, перекрытых листом. Решение такой системы представляет собой трудную задачу, поскольку она много раз  статически неопределима. В целях упрощения считается, что такой борт работает как пластина. Расчетная схема представлена на рисунке 4.15.

а=1260мм; в=10330мм;

Рисунок 4.15- Расчетная схема борта продольного

Для решения такой пластины воспользуемся следующими формулами:

                                                                                   (4.12)

                                      (4.13)

                                          (4.14)

                                         (4.15)

                                                                                   (4.16)

где b – длина свободной стороны пластины;

 W₁ – стрела прогиба в центре пластины;

 – стрела прогиба посередине свободной кромки;

М₁,М₂ – изгибающие моменты в центре пластины;

 – изгибающий момент посередине свободной кромки;

t – толщина пластины;

Р – интенсивность распределительной нагрузки.

Определяем интенсивность распределительной нагрузки:

                                                                                     (4.17)

где Q- груз лежащий на борту;

- вес борта, =1,489т.

                                                                        (4.18)

т.

Тогда

Определение приведенной толщины пластины:

                                                                         (4.19)

где Д- цилиндрическая жесткость пластины;

J_i- погонный момент инерции борта;

J- момент инерции борта;

                                                                                          (4.20)

- коэффициент Пуассона.

                                                                             (4.21)

Рисунок 4.16 – Борт продольный

Таблица 4.7- Геометрическая характеристика сечений

№	Сечение	F	Y	Fy		Jox
1	0,7х110	77	0,35	26,95	9,43	3
2		24,06	8,62	207	1788	951
3		49	9,1	446	4058	1867
Σ		150,06		680	5855	2821

Определение напряжений:

                                                                                                                (4.22)

По формуле 4.22

                                                                                                              (4.23)

Тогда

                                                                                                             (4.24)

Допускаемые напряжения для стали 09Г2 при разгрузке равны  

Напряжение в расчетных сечениях меньше допускаемых, т.е. требуемая прочность обеспечена.

5 Расчет на устойчивость вагона при разгрузке

При оценке устойчивости вагона – самосвала при разгрузке принимаются следующие допущения:

– ось опрокидывания вагона находится в плоскости головок рельсов на расстоянии от оси пути, равном половине ширины колеи, т. е. 0,76 м (с внутренней стороны головки рельса). Плоскость головок рельсов принимается горизонтальной;

– кузов вагона находится в своем конечном положении под максимальным углом наклона a к нижней раме – 45^о. Открытый продольный борт имеет перелом по отношению к плоскости пола кузова на конструктивный угол b = 9^о;

– деформация пути и прогибы пружин рессорного подвешивания не учитываются;

– расчетная насыпная плотность груза определяется по техническому