Расчет на прочность кузова крытого вагона

В соответствии с «Нормами…» кузов крытого вагона рассчитывался на прочность при первом (удар, рывок, сжатие и растяжение), третьем (удар, рывок, сжатие и растяжение).

Сочетание нагрузок, действующих на кузов крытого вагона при первом и третьем расчетных режимах, определялось в соответствии с «Нормами…».

При расчете по первому расчетному режиму при ударе и рывке принималось следующее сочетание нагрузок, действующих на кузов крытого вагона, указанное в таблице 8.

Таблица 8 - Нагрузки, действующие на кузов крытого вагона при первом расчетном режиме

Продольная нагрузка N принималась в соответствии с рекомендациями «Норм…».

Вертикальная сила при нецентральном взаимодействии автосцепок определена по формуле

, (1)

где N - внешняя продольная сила, приложенная к упорам автосцепки, для первого расчетного режима при ударе N=3,5 MН, при рывке N=2,5 MН (при сжатии N=2,5 MН, при растяжении N=2 MН);

e - разность уровней осей автосцепок; согласно «Нормам…» принималась равной для первого режима e= 0,1 м;

b - длина жесткого стержня, образованного двумя сцепленными автосцепками; согласно «Нормам…» для автосцепок СА-3 принималась равной при ударе (сжатии) b = 2 м, при рывке (растяжении) b= 1,81 м.

Точкой приложения данной силы является закрепленный упор автосцепки.

Продольная сила инерции кузова и тележек крытого вагона определена путем умножения массы кузова вагона на величину продольного ускорения. Для первого расчетного режима величина продольного ускорения определена по формуле

, (2)

где mбр - масса вагона брутто.

При ударе величина ускорения составила 3,86g, при рывке - 2,76g.

Собственная сила инерции конструкции задана через указание продольного и вертикального ускорения.

Продольная сила инерции тележки действует в шкворневом узле и определена по формуле

Fит=mт·а, (3)

где mт - масса тележки модели 18-100, mт = 4850 кг.

Продольная сила инерции груза Nи, определена по формуле

, (4)

где mгр, mваг - см. таблицу 6.

Продольная сила инерции груза распределялась между элементами торцевой стены (35% от силы инерции груза; прикладывалась распределенная нагрузка на всю площадь торцевой стены) и рамы вагона (65 % от силы инерции груза; прикладывалась как распределенная нагрузка на узлы рамы вагона).

Вертикальная нагрузка от массы груза определена по формуле

, (5)

и прикладывается как распределенная нагрузка ко всей площади пола.

Также при растяжении-сжатии в I режиме учтена поперечная составляющая от действия квазистатической силы, рассчитана по формулам

- при сжатии

; (6)

- при растяжении

(7)

где N - внешняя продольная сила, приложенная к автосцепке, для первого расчетного режима при сжатии N = 2,5 MН, при растяжении N = 2 MН;

a - расчетная длина корпуса автосцепки, согласно «Нормам…» принимается равной a= 1 м;

R - радиус кривой, согласно «Нормам…» принят равным R= 250 м;

д - возможное боковое перемещение шкворневого сечения кузова вагона за счет зазоров колесной пары в рельсовой колее, зазоров в буксовых направляющих, пятниках и упругих деформаций рессор, согласно «Нормам…» принят равным д= 40 мм.

При расчете по третьему расчетному режиму при ударе и рывке приняты следующие сочетания нагрузок, действующих на кузов крытого вагона, указанные в таблице 9.

Таблица 9 ? Нагрузки, действующие на кузов вагона при III режиме

Вертикальная сила при нецентральном взаимодействии автосцепок определена по формуле

, (8)

где N - внешняя продольная сила, приложенная к упорам автосцепки, для третьего режима N=1 MН;

e - разность уровней осей автосцепок; согласно «Нормам…» принята равной для третьего режима e = 0,05 м;

b - длина жесткого стержня, образованного двумя сцепленными автосцепками; согласно «Нормам…» для автосцепок СА-3 принята равной при ударе (сжатии) b = 2 м, при рывке (растяжении) b= 1,81 м.

Точкой приложения данной силы является закрепленный упор автосцепки.

Продольная сила инерции кузова и тележек крытого вагона определена путем умножения массы кузова вагона на величину продольного ускорения. Для третьего расчетного режима величина продольного ускорения определена по формуле

, (9)

где mбр - масса вагона брутто.

При ударе и при рывке величина ускорения составила - 1,1g.

Вертикальное ускорение составляет g·(1+kдв).

Коэффициент вертикальной динамики Кдв в соответствии с «Нормами…» определен по формуле

, (10)

где - среднее вероятное значение коэффициента вертикальной динамики, вычисляют по формуле (11);

- параметр распределения, согласно «Нормам…» = 1,13;

- доверительная вероятность, с которой определяется коэффициент вертикальной динамики, согласно «Нормам…» = 0,97.

Среднее вероятное значение определено по формуле

, (11)

где - коэффициент для элементов кузова, согласно «Нормам…» принимался равным 0,05;

V - конструкционная скорость движения (см. таблицу 2);

- коэффициент, учитывающий влияние числа осей n в тележке под одним концом экипажа, определен по формуле

, (12)

- статический прогиб рессорного подвешивания, м (см. таблицу 1).

Подставив данные в формулу (10), получили Кдв= 0,29.

Собственная сила инерции конструкции задавалась через указание продольного и вертикального ускорения.

Продольная сила инерции тележки действует в шкворневом узле и определена по формуле

Fит=mт·а, (13)

где mт - масса тележки 18-100, mт = 4850 кг.

Продольная сила инерции груза Nи определена по формуле

, (14)

где mгр, mваг - см. таблицу 6.

Продольная сила инерции груза передается через раму вагона (приложена как распределенная нагрузка на узлы рамы вагона).

Вертикальная нагрузка от массы груза приложена как распределенная нагрузка ко всей площади пола и определена по формуле

, (15)

где kдв - коэффициент вертикальной динамики.

Так как вагон длиннобазный, необходимо так же учесть и самоуравновешивающиеся вертикальные кососимметричные силы, определенные по формуле

, (16)

где z - вертикальное эквивалентное смещение одного колеса тележки, соответствующее вертикальному отводу одной рельсовой нитки, равному 3 мм; z=54 мм;

д - суммарный зазор в каждой паре скользунов, д=5мм;

Свк - жесткость рессорного комплекта, Свк - 4250 кН/м,

Скр - жесткость конструкции на кручение, Скр - 40000 кН/м.

Кососимметричные силы прикладываем в скользунах.

Также на кузов вагона действует боковая центробежная сила (в виде распределенной нагрузки на боковую стену), определена по формуле

Рбок=0,075·mгр·g. (17)