Нагрузки на элементы колесных пар
Для расчета на прочность колесной пары, как и любой другой части вагона, необходимо: определить действующие на нее силы; установить возникающие в ее элементах напряжения; оценить прочность и долговечность рассматриваемой конструкции. Колесная пара испытывает воздействие почти всех нагрузок, действующих на вагон. Определим те из них, которые наиболее существенно влияют на прочность колесной пары и учитываются в расчете оси, разработанном ВНИИЖТ. Вертикальная статическая нагрузка груженого вагона (брутто), приходящаяся на шейку оси, вычисляется по формуле где mбр – масса вагона брутто; m0 – число колесных пар в вагоне; mкп – масса колесной пары; mш – масса консольной части оси (от торца оси до плоскости круга катания колеса); g – ускорение силы тяжести; – средняя величина коэффициента использования грузоподъемности вагона (для пассажирских вагонов = 1). Следовательно, по формуле (1) в нагрузку шейки включается часть веса оси колесной пары и учитывается неполное использование грузоподъемности при эксплуатации вагонов. Вертикальная динамическая нагрузка, обусловленная колебаниями обрессоренных колес, определяется по формуле Pд = Pстkд, где kд – коэффициент вертикальной динамики. На основе статистической обработки опытных данных и теоретического анализа с учетом вероятности повторения динамических нагрузок ВНИИЖТ рекомендует формулу Здесь λв – величина, зависящая от осности тележки; А – величина, зависящая от гибкости рессорного подвешивания вагона; В – величина, зависящая от типа вагона; υ – скорость движения вагона, м/с; fст – статический прогиб рессорного подвешивания, м. Значения величин А, В и λв приведены в таблице 1. Таблица 1 Величины, заказанные в таблице 1 установлены для грузовых вагонов с тележками одинарного подвешивания при fст = 0,018÷0,05 м и для пассажирских вагонов с тележками двойного подвешивания при fст ≥ 0,l м. Учитывая несимметричность колебаний, вертикальную динамическую нагрузку считают приложенной к одной шейке, а на другой ее принимают равной нулю. Вертикальная нагрузка от центробежной силы, загружающая одну шейку и разгружающая другую, составляет где Нц – центробежная сила вагона, приходящаяся на одну колесную пару; hц – высота центра массы вагона от оси колесной пары; 2b2 – расстояние между серединами шеек оси. Вертикальная нагрузка от давления ветра на боковую поверхность вагона, загружающая одну шейку оси и разгружающая другую, определяется формулой Где Hв – давление ветра, действующее на вагон; hв – расстояние от равнодействующей давления ветра до оси колесной пары. Вследствие медленного изменения во времени центробежной силы и давления ветра вероятность их повторения принимается равной единице и они учитываются так же, как статическая нагрузка. Суммарная вертикальная нагрузка: на левую шейку (рис. 1) на правую шейку Рис. 1 – Схема сил, загружающих колесную пару Горизонтальные нагрузки от центробежной силы и давления ветра вместе с усилиями взаимодействия колес с рельсами при движении вагона по кривой, которые изучаются в курсе «Динамика вагона», приводятся к боковому давлению Н1 приложенному к колесу, движущемуся по наружному рельсу кривой, и к силе трения Н2, возникающей в месте контакта второго колеса с рельсом. Эта сила Н2 = μNв, где μ – коэффициент трения при скольжении колеса по рельсу в поперечном направлении (μ = 0,25); Nв – вертикальная нагрузка движущегося по внутреннему рельсу колеса на этот рельс. Силы Н1 и Н2 уравновешиваются реакцией рамы тележки, называемой поперечной рамной силой H и определяемой формулой где kг – коэффициент горизонтальной динамики. Согласно анализу экспериментальных данных kг = λгδ(0,038+0,0038υ). Здесь λг – величина, зависящая от осности тележки, а δ – от гибкости рессорного подвешивания (см. таблицу 1). Зная величину силы H и H2, найдем H1 = Н+H2. Вертикальная нагрузка от сил инерции необрессоренных масс, действующая: на левую шейку оси Pn1 = m1j1; (3) на правую шейку Pn2 = m2j2; (4) где m1 и m2 – суммы несбрессоренных масс частей, приходящихся на левую и правую шейки соответственно; j1 и j2 – ускорения соответственно левого и правого буксовых узлов. При определении m1 и m1 в них включают массу mш консольной части оси, массу буксы mб и массу опирающихся на буксу деталей mp. Для тележек грузовых вагонов с центральным рессорным подвешиванием mp представляет собой половину массы боковой рамы и рессорного комплекта, а для тележек пассажирских вагонов – половину массы буксовых пружин, а также массы укрепленных на буксе карданного привода генератора, противоюзного устройства и других частей (при их наличии). В расчете учитывают только низкочастотные ускорения (с частотами до 100 Гц), поскольку ими определяется основная нагрузка оси, причем колесную пару в этом случае можно рассматривать в качестве абсолютно жесткого тела. Принимается условие, обычно возникающее при движении колесной пары по неровностям рельсов: наличие вертикального ускорения одного (в данном случае левого) колеса и отсутствие ускорения другого (правого). Для принимаемого здесь линейного изменения ускорений по длине оси (см. рис. 1) ускорение левого колеса ускорение правого буксового узла ускорение средней части оси где 2s – расстояние между кругами катания колесной пары; l2 – расстояние от середины шейки оси до плоскости круга катания колеса. Сила инерции колеса Pнk = mkjk, (5) где mк – масса колеса. Сила инерции средней части оси принимается в виде сосредоточенной нагрузки, соответствующей равнодействующей распределенных по длине сил инерции. Она составляет где mc – масса средней части оси; приложена на расстоянии 2/3s от плоскости круга катания левого колеса. Силы Рн1 и Рн2 могут быть приложенными с эксцентриситетами l1 и l5 относительно середин шеек оси. Как следует из (рис. 1), сила Рн1 загружает левую шейку, а сила Рн2 разгружает правую шейку. Если на средней части оси укреплен редуктор или шкив привода генератора, то дополнительно учитывают соответствующие силы инерции. Из формул (3), (4), (5) и (6) следует, что величина рассматриваемых сил зависит от массы необрессоренных частей вагона и их ускорений, которые при неблагоприятных условиях достигают большой величины (до 50g). Поэтому для уменьшения сил инерции целесообразно применять полые оси, облегченные колеса и другие необрессоренные элементы малой массы, снижать жесткость пути, устранять дефекты колес (выбоины, ползуны, неравномерный прокат, неуравновешенность и т. п.), особенно внимательно следить за состоянием пути и колесных пар в зимнее время. На основе обработки экспериментальных данных и результатов теоретических исследований ускорение левого буксового узла где D – коэффициент, зависящий от типа вагона и скорости движения (см. таблицу 1); mн – сумма масс необрессоренных частей, опирающихся на рельс: Здесь mкп, mб и mp имеют прежние значения. Вертикальные реакции рельсов, определенные из условий равновесия (равенство нулю суммы моментов всех рассматриваемых сил относительно точек контакта колес с рельсами), составляют: где r – радиус колеса; r1 – радиус шейки оси (при роликовых подшипниках в этих и последующих формулах допустимо принимать г1 = 0).
Популярное: Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2711)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |