Вертикальне статичне навантаження, прикладене до шийки осі

, (2.1)

де - вага вагона брутто при осевому навантаженні тс, тс.

кН.

Вертикальне динамічне навантаження від коливань кузова на ресорах

, (2.2)

де - коефіцієнт вертикальної динаміки.

, (2.3)

де _в, А, В - коефіцієнти, для вантажного вагона , , [2, с. 205].

кН.

Вертикальне динамічне навантаження від відцентрової сили в кривих

, (2.4)

кН.

Розрахункова сумарна вертикальна сила на ліву шийку

(2.5)

кН.

Розрахункова сумарна вертикальна сила на праву шийку

. (2.6)

кН.

Прискорення лівого буксового вузла

, (2.7)

де- коефіцієнти, для вантажного вагона ,

[2, с. 206].

м/с².

Прискорення правого буксового вузла

, (2.8)

м/с².

Прискорення лівого колеса

, (2.9)

м/с².

Прискорення правого колеса дорівнює нулю.

Вертикальне інерційне навантаження на ліву шийку осі

, (2.10)

кН.

Вертикальне інерційне навантаження на праву шийку осі

, (2.11)

кН.

Вертикальне інерційне навантаження від лівого колеса на рейку

, (2.12)

кН.

Вертикальне інерційне навантаження на середню частину осі

, (2.13)

кН.

Рамна сила

, (2.14)

де - коефіцієнт горизонтальної динаміки.

_, (2.15)

де ,,,, - коефіцієнти, для 4-х вісних вантажних вагонів, , , [2, с. 206].

кН.

Вертикальна реакція рейса на ліве колесо від сумарного розрахункового навантаження

(2.16)

Вертикальна реакція рейса на праве колесо від сумарного розрахункового навантаження:

(2.17)

Вертикальна реакція на лівій опорі осі від сумарної розрахункової сили:

(2.18)

Вертикальна реакція на правій опорі осі від сумарної розрахункової сили:

(2.19)

Поперечна складова сили тертя правого колеса по рейсу:

, (2.20)

кН.

Бокова сила

 (2.21)

кН.

2.2 Визначення згинальних моментів в розрахункових перетинах

Згинальний момент від дії вертикального статичного навантаження в кожному розрахунковому перерізі визначимо за формулою:

, (2.22)

де - відстань від лінії прикладення вертикальної сили до шийки осі до перерізу.

Тоді маємо

кНм,

кНм,

кНм,

кНм,

кНм.

Згинальний момент в перерізі осі на лівій опорі

, (2.23)

кНм.

Згинальний момент в перерізі осі на правій опорі

, (2.24)

 кНм

Згинальні моменти в розрахункових перерізах осі від дії сумарної розрахункової сили дорівнюють:

- переріз I-I

, (2.25)

кНм.

- переріз II-II

, (2.26)

кНм.

- переріз III-III

, (2.27)

кНм.

- переріз IV-IV

, (2.28)

- переріз V-V

, (2.29)

2.3 Оцінка міцності осі

Для кожного розрахункового перерізу осі визначається коефіцієнт запасу міцності за формулою:

, (2.30)

де - середня границя витривалості осі (по амплітуді) при усталеному режимі навантаження й круговому згині ( симетричному циклі) на базі досліджень циклів;

- розрахункова величина амплітуди умовного (розрахункового) циклу стаціонарного навантаження осі при круговому згині, зведеного до бази циклів;

- коефіцієнт запасу опору втомі.

Робоча формула для визначення запасу міцності осі рекомендується у виді:

, (2.31)

Де , - нормовані інтегральні функції нормального розподілу (функція Лапласа), значення з таблиці [6, таблиця 1, додаток 6, с. 425-426];

, - максимальне і мінімальне значення коефіцієнта перевантаження осі;

- базове число циклів, [2, с. 202];

- сумарне число циклів за термін служби осі для середньо-мережних умов експлуатації, для осей вантажних вагонів [2, с. 202];

- показник ступеня в рівнянні кривої утоми, що залежить від властивостей матеріалу і технологій виготовлення, приймаємо для накатаних осей [2, с. 202];

, , - розрахункові параметри.

Значення параметрів , , визначимо за формулами:

, (2.32)

де t₀ - параметр, для осей вантажних вагонів [, с. 202];

, (2.33)

. (2.34)

Коефіцієнти перевантаження осі , визначимо за формулами:

, (2.35)

, (2.36)

де і - напруження в розрахунковому перерізі відповідно від максимального сумарного (розрахункового) навантаження й від вертикального статичного навантаження брутто.

Напруження в розрахункових перерізах осі дорівнюють:

, (2.37)

. (2.38)

де М і М₀ - відповідно згинальні моменти в розрахункових перерізах від дії максимальних сумарних вертикальних сил і вертикального статичного навантаження брутто;

W - момент опору осі в розрахунковому перерізі.

, (2.39)

d - діаметр осі у відповідному перерізі.

Якщо при розрахунку отримане значення задовольняє умові , то значення коефіцієнта не визначаються, а приймається [2, с. 203].

Розрахунок виконуємо в табличній формі за формулами (2.30 - 2.39) Значення коефіцієнта запасу міцності виконуємо для перерізу V-V в якості перевірочного розрахунку.

Отже для перерізу V-V дістанемо:

м³;

Па;

Па;

;

;

перевірка умови :

, умова не виконується;

;

;

;

Ф(t_max)= Ф(1,895)=0,9712; Ф(t_min)= Ф(1,26)=0,6517;

.

Для інших перерізів значення коефіцієнта запасу приведені в таблиці 2.3.

Таблиця 2.3 - Розрахунок коефіцієнта запасу міцності

Оскільки розрахункове значення коефіцієнта запасу міцності для кожного перерізу осі задовольняє умові (2.30) (див. таблицю 2.3), то ось має достатній запас міцності на втому.

3. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС ФОРМУВАННЯ КОЛІСНОЇ ПАРИ

Формування вагонних колісних пар і процес запресування коліс на ось здійснюють в колісних цехах вагонобудівних, вагоноремонтних заводів і в вагонних колісних майстернях, які оснащені станками для обробки осей і коліс, стендами для дефектоскопування осей і коліс, гідравлічним пресом з індикатором якості запресування, належними транспортними механізмами.

Сформовані колісні пари повинні відповідати вимогам [7].

Колісна пара без буксових вузлів повинна мати наступні знаки і клейма, які наносяться на торець шийки з правої сторони, (рисунок 4.1): 1 - знак формування; 2 - клеймо ВТК; 3 - умовний номер підприємства, що сформувало колісну пару; 4 - приймальні клейма УЗ (замовника); 5 - дата формування; 6 - дві останні цифри року виготовлення чорнової осі; 7 - клеймо інспектора-приймальника УЗ (замовника) за вісь; 8 - порядковий номер осі; 9 - клеймо ВТК, що посвідчує правильність переносу маркірування; 10 - умовний номер підприємства, що виконувало обробку і перенесло знаки маркірування; 11 - клеймо ВТК за ось.

Рисунок 3.1

3.1 Технологічний процес запресування коліс на вісь

Формування колісних пар виконується з суцільнокатаних коліс з діаметром по кругу катання 957 мм і осей РУ1Ш ГОСТ 22780-93.

Всі осі і колеса перед запуском у виробництво підлягають вхідному контролю. Вхідний контроль осей і коліс виконується візуально. Осі і колеса повинні мати знаки маркірування і клеймування у відповідності з розділом 5 ГОСТ 4008-89 і розділу 4 ГОСТ 10794-89. Не дозволяється запуск у виробництво осей і коліс, які не мають приймальних клейм або з нечітким маркіруванням.

До процесу формування під час виготовлення кожна чорнова ось після механічної обробки торців повинна підлягати ультразвуковому контролю. Шорсткість торців повинна складати R_z ? 40 мкм за ГОСТ 2789-73. Шорсткість поверхні торців осі перевіряють візуально за зразками шорсткості за ГОСТ 9378 - 93 або атестованими зразками деталей. Кожна ось після повної механічної обробки перед формування повинна підлягати магнітному дефектоскопіюванню мокрим способом. Дозволяється перевірку шийок, передпідматочинних і середніх частин осі виконувати після формування осі.

Кромки отворів маточин коліс повинні мати закруглення радіусом 4-5 мм. Перехід закруглення до циліндричної поверхні маточини повинен бути плавним.

В місцях спряження поверхні закруглення кромки з поверхнею торця маточини з обох сторін колеса дозволяється заглиблення від різця глибиною не більш 2 мм.

Поверхні отворів маточин коліс розточуються з параметрами шорсткості R_z ? 20 мкм за ГОСТ 2789-73. Дозволяється шорсткість поверхні R_z ? 30 мкм при дотримання відповідних умов (величини конечних зусиль запресування). Отвори маточин коліс повинні бути циліндричними без забоїн і вм'ятин, при цьому допуски форми поверхні отворів маточин не повинні перевищувати: допуск округлості (овальності) 0,025 мм, допуск профілю повздовжнього перерізу (конусоподібність) 0,05 мм при умові розташування більшого діаметру з внутрішньої сторони колеса. Допуск округлості (овальності) маточини визначається як напіврізниця найбільшого і найменшого діаметрів, розташованих у взаємно перпендикулярних напрямках. Допуск профілю повздовжнього перерізу (конусоподібність) отвору маточини колеса визначається як напіврізниця найбільшого і найменшого діаметрів в одній площині при вимірюванні в перерізах, віддалених на 10-15 мм від торців маточини колеса. Відповідність допусків форми поверхні отворів маточин визначається мікрометричним нутроміром.

Підготовка елементів колісної пари до запресування виконуються з дотриманням наступних вимог:

- середина осі позначається керном;

- посадочні поверхні маточин коліс і підматочинні частини осей перед запресуванням повинні бути ретельно очищені, насухо протерті і покриті рівним шаром натуральної оліфи за ГОСТ 7931-76 або шаром термо-обробленої рослинної олії, (лляної за ГОСТ 5791-81; конопляної за ГОСТ 8989-73 або соняшникової за ГОСТ 1129-73); термообробка олії складається з її нагрівання до температури 140-150 ⁰С і витримці при цій температурі 2-3 год., після охолодження олія повинна відстоятися не менш 48 год., осад олії не повинен використовуватися при запресуванні.

- по'єднуємі пресуванням елементи колісних пар повинні мати однакову температуру, допускається різниця температур не більше 10 ⁰С, за умови перевищення температури колеса над температурою осі; вимірювання температури деталей виконується універсальним термометром ЭТП-М ГОСТ 8711-73;

- масштаб запису діаграм запресування по довжині повинен бути не менш 1:2, а 1 мм діаграми по висоті повинен відповідати зусиллю не більш 25 кН (2,5 тс);

- запресування суцільнокатаних коліс на осі повинна виконуватися на гідравлічних пресах з записом на стрічці діаграми запресування (зусилля - шлях) самописним пристроєм.

Клас точності самописного приладу повинен бути не нижче 1,5%,

Товщина лінії запису - не більш 0,6 (ГОСТ 2405-88), ширина діаграмної стрічки - не менш 100 мм, швидкість руху плунжера гідравлічного преса при запресуванні не повинна перевищувати 3 мм/с. Швидкість руху плунжера преса визначається як результат ділення хода плунжера, який вимірюється лінійкою, на час, що вимірюється секундоміром. Вимірювання виконується три рази. за значення швидкості приймається середнє значення трьох вимірювань.

Величина конечних зусиль запресування на кожні 100 мм діаметру підматочинної частини осі повинна бути в межах:

390-580 кН (39-58 тс) при шорсткості поверхні отвору маточини колеса R_z?20 мкм;

430-580 кН (43-58 тс) шорсткості поверхні отвору маточини колеса 20<R_z?30 мкм.

Значення конечних зусиль запресування визначають за діаграмою для кожної сторони колісної пари. У випадку розбіжностей в оцінюванні значень їх визначатють за допомогою лінійки з урахуванням масштабу запису.

Величина натягів при запресуванні колеса на ось для досягнення необхідних зусиль запресування встановлюється в межах 0,10-0,25 мм. На практиці оптимальні значення натягів складають 0,18-0,21 мм, значення натягів, близьких до встановлених меж 0,10-0,25, часто призводять до зменшення чи перевищення зусиль запресування. Натяг визначається як різниця діаметрів підматочинної частини осі і отвору маточини колеса. Вимірювання діаметрів отворів маточин коліс і підматочинних частин осей проводяться мікрометричним нутроміром і мікрометричною скобою в двох взаємно перпендикулярних площинах за трьома перерізами по довжині маточини колеса і підматочинних частин осі в місцях посадки маточин коліс: по середині і на відстані 70-80 мм по обох сторонах від неї. За значення діаметра елемента приймають середнє значення шести вимірювань.

Процес запресування коліс на ось виконується наступним чином. Підготовлене колесо і ось підвішують на балці пресу так, щоб геометричні осі отвору маточини, плунжера преса і вагонної осі співпадали. Спряжені поверхні осі і колеса покривають рівним шаром оливи. Кінець осі вставляють в отвір маточини, а торець іншого кінця осі впирають в торець плунжера. Для захисту від ушкодження шийки осі, на неї надівають запобіжний стакан, вмикають електродвигун пресу, який забезпечує рух плунжера зі швидкістю, необхідною для якісного запресування. Після посадки одного колеса ось повертають на 180⁰, і процес повторюється.

3.2 Методи контролю пресового з'єднання

Контроль пресового з'єднання колеса з віссю виконується за діаграмою запресування: контролюючими параметрами є форма діаграми, довжина спряження і конечне зусилля запресування. За формою нормальна діаграма запресування повинна мати плавно зростаючу криву по всій довжині з початку до кінця. Мінімально допустима довжина спряження, що визначається за діаграмою запресування (див. рисунок 3.2), повинна бути не менш Z = 145і, де і - передаточне число індикатора (масштаб діаграми по довжині).

Величину конечних зусиль Р_зк на діаграмі запресування визначають за рівнем точки кривої, яка відповідає закінченню процесу запресування. При розташування діаграми вище або нижче нульової лінії, а також при перекосі, запресування не бракується, а конечні зусилля запресування визначаються рівнем точки діаграми, яка відповідає запресуванню з урахуванням величини зміщення від нульової лінії.

Рисунок 3.2 - Діаграма запресування

Довжина спряження Z на діаграмі запресування визначається величиною абсциси активної гілки, тобто від початку від початку її підйому до точки переходу в горизонтальну або похилу ділянку в кінці. При відсутності горизонтальної або похилої ділянки в кінці довжина спряження дорівнює довжині діаграми. При оцінюванні довжини спряження діаграм виміряна довжина повинна бути зменшена на величину горизонтальної прямої або їх суми. Горизонтальні ділянки на діаграмі довжиною менш 1 мм при масштабі запису 1:2 не враховуються.

Порядок визначення якості (придатності) пресових з'єднань, діаграми яких мають відхилення від нормальної форми, згідно [6] приведений у таблиці 3.1.

При застосуванні самописного пристрою класу точності 1,5% діаграми запресування можуть мати додаткові відхилення, при яких пресові з'єднання вважаються придатними (див. рисунок 3.13 - 3.15).

Рисунок 3.13 - Діаграма зі стрибком кривої на початку запресування паралельним лінії відбою до 98,1 кН (10 тс)

Рисунок 3.14 - Діаграма зі стрибком кривої на будь-якій ділянці кривої до 29,48 кН (3 тс), окрім початку і кінця запресування

Рисунок 3.15 - Діаграма з падінням тисків запресування на будь-якій ділянці кривої до 9,81 кН (1 тс)

У випадку, якщо при напресуванні колеса на ось буде отримана незадовільна за формою і довжиною спряження або конечне зусилля запресування не буде відповідати встановленим нормам, пресове з'єднання бракується і підлягає розпресуванню.

Розпресоване колесо дозволяється повторно насаджувати на той же або інший кінець або іншу розпресовану ось без додаткової механічної обробки осі при умові, що на посадочних поверхнях підматочинної частини осі і отвору маточини колеса немає задирів.

Не дозволяється більш двох разів перепресовувати колесо на один і той же кінець осі без додаткової механічної обробки одної із спряжених поверхонь.

При перепресуванні конечне зусилля повинно відповідати зазначеним вище зусиллям зі збільшенням нижньої межі на 15%.

Забороняється повторно перепресовувати з'єднання, діаграми яких мали різкі коливанню тиску (рисунок 3.2).

На підматочинній частині осі після розпресування допускаються риски глибиною не більш 0,3 мм.

Колесо або ось, які були запресовані і перепресоавні, дозволяється використовувати без додаткової механічної обробки для встановлення но нові кінець осі або колесо.

Для усунення забоїн, вм'ятин, рисок та інших дефектів, які виявлено перед формуванням або після перепресуванням колісної пари, підматочинні частини осей допускається виконувати додаткову механічну обробку і повторне зміцнення накатуванням роликами. При цьому повторне дефектоскопування не виконується.

На типовому бланку діаграми записують наступні відомості (див. рисунок 3.16): 1 - інвентарний номер пресу; 2, 3 - величину діаметрів підматочинних частин осі (з точністю 0,01 мм, права і ліва сторона); 4, 5 - величину діаметрів отворів маточин коліс (відповідно з правої й з лівої сторони колісної пари); 6, 7 - величину натягу (з правої й з лівої сторони); 8, 9 - порядковий номер запресування, вказавши відповідну сторону колісної пари (права чи ліва), 10 - номер осі; 11, 15 - номер колеса; 12, 16 - номер плавки колеса; 13, 17 - номер завода-виготовлювача колеса і рік виготовлення колеса (дві останні цифри); 14, 18 - конечне зусилля запресування в тонно-силах; 19, 20 - шорсткість отвору маточини колеса в мкм.

На кожній забракованій діаграмі виконується примітка “брак” з наведенням причини.

Придатні діаграми запресування після формування колісних пар зберігаються на протязі 20 років. При цьому до придатних діаграм запресувань, що отримані при перепресуваннях елементів колісної пари, повинні додаватись забраковані діаграми запресування, які отримані при попередніх напресуваннях цих елементів.

У сформованих колісних пар підлягають перевірці наступні параметри: відстань поміж внутрішніми боковими поверхнями ободів коліс; різниця відстаней поміж внутрішніми боковими поверхнями ободів коліс до ближніх до них торців осі; різниця діаметрів коліс по кругу катання; відхилення від соосності кругів катання коліс відносно осі базової поверхні.

Таблиця 3.1 Визначення придатності пресових з'єднань

Рисунок 3.16 - Бланк діаграми

4. РОЗРАХУНОК БІЧНОЇ РАМИ ВІЗКА

4.1 Навантаження, що діють на бічну раму

Вертикальне статичне навантаження

, (4.1)

де - навантаження від осі на рейки, кН;

- вага колісної пари з буксами, т.

кН.

Вертикальне навантаження вважаємо прикладеним і зосередженим в центрах встановлення пружин.

, (4.2)

де - кількість пружин в ресорному комплекті, .

кН.

Навантаження від пружин дорівнюють

кН; кН

Вертикальне динамічне навантаження

, (4.3)

де - коефіцієнт вертикальної динаміки, що визначається за формулою

, (4.4)

де - середнє значення коефіцієнта вертикальної динаміки;

- параметр розподілення, ;

- довірильна ймовірність, .

, (4.5)

де - коефіцієнт для не обресорених частин візка, ;

- коефіцієнт, що враховує вплив кількості осей (n) у візку

;

- максимальна швидкість руху вагона, м/хв;

- статичний прогин ресорного комплекту, .

кН.

Вертикальна складова від сили інерції при гальмуванні

1) виходячи із уповільнення 0,2q

, (4.6)

де - вага брутто вагона, кН;

- відстань від осі колісної пари до центра мас кузова вагона, м;

- база вагона, м.

кН.

2) при понижених швидкостях руху, виходячи із уповільнення 3q

, (4.7)

кН.

Горизонтальні сили

Сила вітру

, (4.8)

де - тиск вітру, Па;

- бічна проекція кузова вагона, .

кН.

Відцентрова сила

, (4.9)

кН.

Сумарне горизонтальне навантаження на бічну раму

, (4.10)

кН.

Вертикальна складова на раму від дії горизонтальної сили

Рисунок 4.1 Схема навантажень

Відцентрова сила від ваги кузова

, (4.11)

де кН.

кН.

Сумарна бічна сила, що діє на кузов

, (4.12)

кН.

Визначаємо центр прикладення сили відносно осі колісної пари

, (4.13)

м

Із умови рівноваги кузова випливає:

,

.

де - жорсткість ресорного комплекту.

, (4.14)

де - число ресорних комплектів на одному боці вагона, ;

- жорсткість ресорного комплекту, МН/м.

Зусилля на бічні рами визначаємо за формулою

, (4.15)

кН.

Повздовжнє навантаження при гальмуванні

а) виходячи із уповільнення 0,2q

, (4.16)

кН.

б) виходячи із уповільнення 3q

, (4.17)

кН.

Сумарне вертикальне навантаження

за I режимом

, (4.18)

кН.

за III режимом

, (4.19)

кН.

Сумарний коефіцієнт вертикальної динаміки

, (4.20)

Визначення навантажень на бічну раму від напрямляючи зусиль рейок, сил тертя між колесами і рейками, а також горизонтальних зусиль, що обумовлені бічними навантаженнями.

При визначені навантажень приймаємо наступні припущення:

- вертикальні навантаження коліс на рейки рівні між собою;

- горизонтальні сили діють в одній площині;

- рама візка жорстка, колісні пари не зміщуються відносно рами.

Рисунок 4.2 - Схема проміжного положення візка в кривій

- сила тертя між колесом і рейками

, (4.21)

де - вертикальне навантаження колеса на рейку, приймаємо рівним вазі вагона брутто, що припадає на одне колесо, кН;

- коефіцієнт тертя між колесом і рейкою, ;

- кути, що утворені радіус-векторами, проведеними із полюса повороту до точок контакту колес з рейками і повздовжньою віссю візка;

- відстань між кругами кочення коліс, мм;

- база візка, мм;

- відстань від полоси повороту до середини бази візка;

- горизонтальна реакція рейки на гребінь колеса;

- бічне навантаження на п'ятник, рівне сумі відцентрової сили вагону і тику вітру на кузов.

, (4.22)

 кН.

кН.

Величина напрямляючого зусилля і положення полюса повороту визначається з рівняння рівноваги сил

(4.23)

, (4.24)

см, [4], гл. 5

;

;

;

;

По формулі (5.23) визначаємо значення

кН

Рисунок 4.3 - Схема сил, що діють на колісні пари при руху візка в кривій

Сили, що діють на візок при русі в кривій визначаємо наступним чином:

, (4.25)

кН.

, (4.26)

кН.

, (4.27)

кН.

, (4.28)

кН.

, (4.29)

кН.

, (4.30)

кН.

, (4.31)

кН.

, (4.32)

кН

Повздовжня сила, що діє на бічну раму, дорівнює

, (4.33)

кН.

Горизонтальна сила, що діє на бічну раму

кН.

Реакція на колонки бокової рами від сили кН

, (4.34)

де - розрахункова ширина ресорного проєму, см.

кН,

кН.

Рамна сила

, (4.35)

де - осьове навантаження, кН;

- коефіцієнт горизонтальної динаміки.

, (4.36)

де - середнє значення коефіцієнта горизонтальної динаміки;

- довірильна ймовірність, .

, (4.37)

де - коефіцієнт що враховує вплив кількості осей, ;

- коефіцієнт, що враховує тип ходових частин вагона, для вантажних вагонів на без люлечних візках з великою горизонтальною жорсткістю підвішування;

- швидкість руху вагона, м/с.

кН.

4.2 Розрахунок бічної рами від вертикального навантаження

Рисунок 4.4 - Геометрична розрахункова схема бічної рами візка

Рисунок 4.5 - Схема вертикального навантаження бічної рами

Рисунок 4.6 - Розрахункова схема бічної рами від вертикального навантаження

Рисунок 4.7 - Схема розрахункових перерізів

Визначення зовнішніх моментів защемлення від вертикального статичного навантаження. Вигинаючий момент в вузлах 1, 4 дорівнює

Нм

Рисунок 4.8 - Схема прикладення навантажень до нижнього поясу бічної рами

; ;

Вигинальний момент в задільці від зусиль

, (4.38)

де м;

м;

м.

Рисунок 4.9 - Епюри вигинальних моментів від вертикального статичного навантаження (Нм)

Рисунок 4.10 - Епюра нормальних сил (Н)

5. РОЗРАХУНОК НАДРЕСОРНОЇ БАЛКИ

При проектуванні вагонів та їх вузлів повинні бути забезпечені необхідна несуча здатність усіх елементів, що сприймають експлуатаційні навантаження, та необхідні ходові якості вагона, що забезпечують безпеку руху в заданих умовах експлуатації.

Несуча здатність конструкцій ходових частин вагонів згідно „Норм …” [2] і відповідно до розрахункових навантажень оцінюється за допустимими значеннями напружень та деформацій, запасу міцності, показникам надійності.

Виконаємо розрахунок надресорної балки візка за допустимими значеннями напружень.

Вихідні дані для розрахунку приведені в таблиці 5.1.

Таблиця 5.1 - Вихідні данні

5.1 Визначення навантажень за I-м і III-м розрахунковими режимами

Поєднання та величини навантажень, що діють на надресорну балку візка розраховувались згідно таблиці 2.4 “Норм...”[2].

За першим розрахунковим режимом розглядається відносно рідкісне поєднання екстремальних навантажень. Основна вимога при розрахунку на міцність за цим режимом - не допустити виникнення залишкових деформацій (ушкоджень) вузла або деталі. В експлуатації першому режиму розрахунку відповідає осаджування та рушання великовагового поїзда з місця, зіткнення вагонів при маневрах, в тому ж числі при розпуску вагонів з сортирувальної гірки, екстрене гальмування в поїздах при малих швидкостях руху.

За третім розрахунковим режимом розглядається відносно часте можливе поєднання помірних за величиною навантажень, характерне для нормальної роботи вагона в поїзді, що рухається. Основна вимога при розрахунку за цим режимом - не допустити руйнування вузла або деталі від утоми. В експлуатації третій режим відповідає випадку руху вагона в складі поїзда по прямим і кривим ділянкам колії та стрілочним переводам з допустимою швидкістю, аж до конструкційної, при періодичних службових регулювальні гальмування, періодичних помірних ривках і поштовхах, штатній роботі вузлів вагона.

У відповідності з рекомендаціями „Норм...” розрахунок виконуємо методом конечних елементів. Розрахункова модель над ресорної балки візка була виконана в програмному забезпеченні КОМПАС-3D. Розрахунок виконано в програмному забезпеченні COSMOS\Works v6.0, що реалізує метод конечних елементів на ЕОМ.

При створенні сітки конечних елементів були використані об'ємні конечні елементи. При створенні моделі із розрахункової схеми були виключені елементи, що незначно впливають на міцність конструкції, такі, як кронштейни і т. п.

Розрахункова модель над ресорної балки приведена на рисунках 5.1, 5.2, 5.3.

Рисунок 5.1 - Розрахункова модель надресорної балки: вид збоку

Рисунок 5.2 - Розрахункова модель надресорної балки: вид зверху

Рисунок 5.3 - Розрахункова модель надресорної балки

5.1.1 I розрахунковий режим

При першому розрахунковому режимі розглядаються три варіанти поєднання навантажень:

а) на надресорну балку діють сила ваги кузова вагона брутто, вертикальна добавка від дії повздовжньої сили інерції кузова;

б) на надресорну балку діють сила ваги вагона брутто, 50% вертикальної добавки від повздовжньої сили інерції кузова, поперечна складова повздовжньої квазістатичної сили, сила інерції колісної пари;

в) на надресорну балку діють сила ваги вагона брутто, 50% вертикальної добавки повздовжньої сили інерції, сили взаємодії підп'ятника з кузовом вагона, що виникає при гальмуванні завантаженого вагона вагоноуповільнювачем при проходженні гірки.

Перше поєднання навантажень.

Сила ваги кузова вагона брутто, що діє на надресорну балку, дорівнює:

, (5.1)

кН.

Вертикальна добавка від повздовжньої сили інерції кузова визначається за формулою:

, (5.2)

де - повздовжня квазістатична сила, МН;

- відстань від центра ваги кузова до осі автозчепу, м.

кН

Допустимі напруження при даному сполученні навантажень приймаються рівним границі текучості матеріалу:

МПа, (5.3)

де - границя текучості для сталі 09Г2Д.

Схема прикладення навантажень при першому їх поєднанні приведена на рисунку 5.4.

Рисунок 5.4 - Розрахункова схема за першим поєднанням навантажень

Друге поєднання навантажень.

Сила ваги кузова вагона брутто, що діє на надресорну балку, дорівнює:

кН.

50% верти4кальної добавки від повздовжньої сили інерції кузова складають:

кН.

Поперечна складова повздовжньої квазістатичної сили:

, (5.4)

де - повздовжня квазістатична сила, МН;

- можливе бокове переміщення шворневого перерізу кузова вагона за рахунок зазорів колісної пари в рель совій колії, зазорів в буксових направляючих, п'ятниках і пружних деформацій ресор, при розрахунках вантажних вагонів приймають мм;

- радіус розрахункової кривої, м.

кН.

Допустимі напруження при даному сполученні навантажень приймаються рівними:

(5.5)

МПа

Схема прикладення навантажень при другому їх поєднанні приведена на рисунку 5.5.

Рисунок 5.5 - Розрахункова схема за другим поєднанням навантажень

Третє поєднання навантажень.

Сила ваги кузова вагона брутто, що діє на надресорну балку, дорівнює:

кН.

50% вертикальної добавки від повздовжньої сили інерції кузова складають:

кН.

Силу взаємодії підп'ятника з кузовом вагона, що виникає при гальмуванні завантаженого вагона вагоноуповільнювачем при проходженні гірки, приймаємо з розрахунку:

, (5.6)

де - сила створювана вагоноуповільнювачем, що приходиться на одну колісну пару, кН.

кН.

Схема прикладення навантажень при третьому їх поєднанні при-ведена на рисунку 5.6.

Рисунок 5.6 - Розрахункова схема за третім поєднанням навантажень

5.1.2 Третій розрахунковий режим

При третьому розрахунковому режимі на надресорну балку візка діють наступні навантаження:

- сила ваги кузова вагона брутто;

- сила інерції візка;

- вертикальне динамічне навантаження;

- відцентрова сила, що виникає при русі вагона в кривій;

- вертикальна складова від дії відцентрової сили.

Сила ваги кузова:

кН.

Вертикальне динамічне навантаження:

(5.7)

Для шворневих вузлів вагона (надресорної балки) коефіцієнт вертикальної динаміки визначається з врахуванням впливу перевалювання кузова за формулою:

, (5.8)

де - коефіцієнт, приймаємо згідно „Норм...” .

Коефіцієнт вертикальної динаміки для обресорених частин візка визначається за формулою (4.4):

кН

Відцентрова сила, що виникає при русі вагона в кривій, для вантажних вагонів приймається згідно „ Норм...” рівною 7.5% від ваги кузова з вантажем, тобто дорівнює:

(5.9)

кН.

Вертикальна добавка від відцентрової сили визначається за формулою:

, (5.10)

де - відстань від центру ваги кузова до плоскої опорної поверхні, м;

де - відстань від центра підп'ятника до центра ковзуна, м

кН.

Силу інерції візка визначаємо за формулою (5,2 ) при МН

кН.

Допустимі напруження при третьому режимі навантажень приймаються рівними:

МПа,

Схема прикладення навантажень при третьому режимі навантажень приведена на рисунку 5.7.

Рисунок 5.7 - Розрахункова схема за III розрахунковим режимом

5.2 Результати розрахунків над ресорної балки

У результаті розрахунку отримано картини напружено-деформованого стану надресорної балки візка при першому і третьому розрахунковому режимах.

Для визначення напружень, що виникають в надресорній балці, були прийняті оціночні зони, які зображені на рисунку

Картина напружено-деформованого стану надресорної балки візка при першому режимі завантаження наведена на рисунках для першого 5.4, другого і третього 5.5, 5.6 поєднання навантажень; для третього розрахункового режиму - на рисунку 5.7.

6. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ РЕСОРНОГО ПІДВІШУВАННЯ

6.1 Розрахунок параметрів підвішування

Даний розрахунок виконано для визначення гнучкості, жорсткості, прогину ресорного комплекту візка.

Ресорне підвішування візка складається з двох комплектів, кожен з яких має по 7 подвійних пружин та по два клинових гасника коливань.

Таблиця 6.1 - Технічна характеристика пружин

Вертикальну жорсткість циліндричної пружини стиснення обчислимо за формулою [ 2, с. 180]:

, (6.1)

де  - коефіцієнт, ,

- кут підйому гвинтової лінії навантаженої пружини, обчислимо за формулою (5.2);

- модуль зсуву, обчислимо за формулою (5.3) [ 2, с. 180], Па.

, (6.2)

Для кожної з пружин маємо:

- зовнішня

рад ⁰,

;

- внутрішня під клином

рад ⁰,

;

- внутрішня

рад ⁰;

.

, (6.3)

де - коефіцієнт Пуассона, для сталі ;

- модуль пружності, Па [ 2, с. 195].

Па.

Вертикальна жорсткість кожної пружини становитиме:

- зовнішня

Н кН;

- внутрішня під клином

Н кН;

- внутрішня

Н кН;

Сумарна жорсткість пружин при порожньому вагоні (жосткість зовнішніх і підклинових пружин):

, (6.4)

кН.

Сумарна жорсткість пружин при завантаженому вагоні (жосткість усіх пружин):

, (6.5)

кН.

Статичне навантаження на ресорний комплект при порожньому вагоні становитиме:

.

де  - прискорення вільного падіння, м/с²;

 - вага тари вагона (напіввагона), т;

 - вага візка, т;

 - вага надресорної балки, т.

кН.

Статичне навантаження на ресорний комплект при завантаженому вагоні становитиме: