Уточненный расчет вагонной оси на прочность - Разработка проекта четырехосного вагона для перевозки цемента

Для заданной нагрузки на ось произведем расчет напряжения в оси колесной пары и из сравнения их с допускаемыми напряжениями сделаем вывод о ее прочности.

Определим усилия, действующие на ось.

К колесной паре приложены следующие усилия, учитываемые при расчете (рис. 4)

схема сил, действующих на колесную пару

Рис. 4 Схема сил, действующих на колесную пару

Вертикальная статическая нагрузка груженого вагона, приходящаяся на шейку оси с учетом использования грузоподъемности вагона

(17)

Где MБр - масса вагона брутто;

MБр=92Ч103Кг

M0 - число колесных пар в вагоне;

M0=4

MКп - масса колесной пары;

MКп=1200 кг

MШ - масса консольной части оси (шейки);

MШ=50 кг

G - ускорение свободного падения;

G=9.81 м/с2

Л - коэффициент использования грузоподъемности;

Л=0,895.

Тогда, КН

Вертикальная динамическая нагрузка определяется по формуле:

, (18)

Где - вертикальная статическая нагрузка;

- коэффициент вертикальной динамики

КН

Находим центробежную нагрузку, приходящуюся на одну колесную пару по формуле:

, (19)

Где ?Ц=0,075 - для грузовых вагонов согласно нормам проектирования

Кн

Кн,

Где HЦ - высота центра тяжести вагона от оси колесной пары, м;

    2в2 - расстояние между серединами шеек оси, 2в2=2,036 м

Вертикальная нагрузка от давления ветра на боковую поверхность вагона, загружающая одну шейку и разгружающая другую, равна:

, (20)

Где НВ - давление ветра на вагон,

НВ=w-F (21)

Где W - удельное давление ветра, перпендикулярное боковой стенке вагона;

W=500 н/м2 (Па).

F - площадь боковой проекции кузова, М2

F=32 м2(по каждому из грузовых вагонов)

HB=500-32-10-3=16 кН

КН

Суммарная вертикальная нагрузка на левую шейку

КН

Кн

Находим силу, действующую на правую шейку оси по формуле:

КН

Горизонтальные нагрузки

Поперечная сила трения, возникающая в месте контакта второго колеса с рельсом, определяется по формуле:

Н1 - направляющая сила, приложенная к колесу, движущемуся по наружному рельсу кривой

Н1=Н+Н2

НВ - вертикальная нагрузка движущегося по внутреннему рельсу колеса на тот же рельс.

Поперечную рамную силу находим по формуле;

, (22)

Где КГ - коэффициент горизонтальной динамики, который вычисляется по формуле:

, (23)

КГ=0,0038-1,0-1,0(10+33)=0,16 Кн

Где лГ и Д вычисляют в соответствии с таблицей 2 [3]

Ускорение буксовых узлов

- для левого буксового узла, М/с2

, (24)

Где MH - сумма масс необрессоренных частей, опирающихся на рельс;

(25)

М/с2

- для правого буксового узла

(26)

М/с2

Ускорение левого колеса

, (27)

м/с2

М/с2

Силу инерции определим по формуле:

, (28)

Где mK - масса колеса;

MK = 40

КН

Вертикальная сила инерции массы средней части оси находится по формуле:

, (29)

Где MC - масса средней части оси и приложена на расстояние 2/3S от плоскости круга катания левого колеса,

MC =30 .

Тогда, Кн

Вычислим значение сил инерции:

КН

, (30)

Где MШ - масса консольной части оси;

MБ - масса буксы;

MР - половина массы боковой рамы и рессорного комплекта

Кн

Вертикальные реакции в опорах оси определяют по формуле:

- для левой опоры

Где L2 - расстояние от середины шейки оси до круга катания колеса,

L2=0.228 м;

2S - расстояние между кругами катания, 2S=1.58 м

L4 =L5=0.01 м - расстояние от середины шейки оси до центра тяжести не обрессоренных масс;

Н - поперечная рамная сила, КН, Н=36,1 кН

R1 - радиус шейки оси R1=0.065, принимаем R1=0

R - радиус колеса по кругу катания, R=0.475 М

РИк - сила инерции колеса:

РИк=22,44 кН

РИс - сила инерции средней части оси

РИс=8,415 кН

Р2 - суммарная вертикальная нагрузка на правую шейку оси;

Р2=92,38 Кн

- вертикальная нагрузка на правую шейку

Кн

(31)

В опорных местах оси приложены горизонтальные силы:

Н1 - направляющая сила, приложенная к колесу, движущемуся по наружному рельсу кривой;

Н2 - сила трения, возникающая в точке контакта второго колеса с рельсом.

Эта сила вычисляется по формуле:

, (32)

, (33)

При переносе этих горизонтальных сил Н1И Н2 в опорные места оси колесной пары возникают моменты:

- на левой опоре оси

, (34)

Где - коэффициент передачи сил инерции на внутреннее сечение оси, =0,7;

Н1 - боковое давление на колесо, движущееся по наружному рельсу кривой,

Н1=37,76 кН

РН1 - вертикальная нагрузка от сил инерции необрессорных масс на левую шейку оси,

РН1=23,03 Кн.

- на правой опоре оси

Изгибающие моменты от всех рассматриваемых нагрузок в расчетных сечениях вычисляем по формулам:

- от расчетных нагрузок

, (35)

, (36)

, (37)

, (38)

- от статической нагрузки

, (39)

, (40)

, (41)

Вычислим моменты сопротивлений изгибу для расчетных сечений оси:

, (42)

Где D1 - диаметр шейки оси, D1=130 мм=0,13 м

D2 - диаметр подступичной части, d2=190 мм=0,19 м

D3 - диаметр середины оси, DС=165 мм=0,165 м

Вычислим напряжения от статической нагрузки

, (43)

,

Напряжение от расчетных нагрузок находим с учетом следующих коэффициентов:

, (44)

Находим максимальные напряжения, возникающие в сечениях оси

, (45)

Вычислим минимальные коэффициенты для определения минимальных значений напряжений в сечениях оси:

, (46)

Где

Пределы выносливости в расчетных сечениях вагонной оси получены при испытаниях во ВНИИЖТе натурных осей из сталей марки ОсВ для накатных осей.

Тогда

Как видим, запас прочности по усталости металла во всех сечениях больше 3, что обеспечивает надежную работу вагонных осей в эксплуатации.

Похожие статьи




Уточненный расчет вагонной оси на прочность - Разработка проекта четырехосного вагона для перевозки цемента

Предыдущая | Следующая