Конструирование и расчет 8-осного полувагона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание на курсовой проект:

описание конструкции спроектированного вагона;

конструктивная схема и технико-экономические обоснование выбора параметров и основных размеров вагона с габаритными расчетами;

расчет на прочность рамы вагона от вертикальных сил;

уточненный расчет на прочность оси колесной пары вагона.

Исходные данные:

Восьмиоcный полувагон:

колея 1520 мм;

габарит по ГОСТ 9238;

нагрузка от оси на рельсы до 23,25 тс;

скорость движения до 33 м/с;

автосцепка СА - 3;

тележки четырехосные с буксами на подшипниках качения;

тормоз автоматический типовой и ручной;

рычажная передача с авторегулятором;

режимный переключатель, выведенный на обе стороны вагона;

грузоподъемность вагона 125 - 130 т.

Конструктивные особенности:

кузов полувагона цельнометаллический, сварной из низколегированных сталей или легких сплавов с применением синтетических материалов; торцевые двери кузова двухстворчатые с запорами, обеспечивающие надежную работу в эксплуатации;

в полу вагона расположены разгрузочные люки с шарнирами на хребтовой балке рамы; крышки люков типовые, взаимозаменяемые с крышками люков четырехосных полувагонов;

запоры люков индивидуальные или централизованные;

рама полувагона сварная с хребтовой балкой, имеющей расстояние между вертикальными стенками 0,350 м;

для обшивки стен кузова, торцевых дверей, а также крышек люков желательно использовать мало коррозийную сталь или легкие сплавы.

вагон габаритный прочность

1. Назначение полувагона

Полувагоны предназначены для перевозки каменного угля, руды, леса, проката металлов, а также других сыпучих и штучных грузов, не требующих укрытий и защиты от воздействия атмосферной среды. Кузов полувагона не имеет крыши, что обеспечивает удобства погрузки и выгрузки.

Применяются два основных типа полувагонов: универсальные - с торцовыми открывающимися внутрь вагона дверями и разгрузочными люками в полу и специальные - с кузовом без дверей и люков (глухой кузов) для перевозки только сыпучих грузов в замкнутых маршрутах с разгрузкой на вагоноопрокидывателях.

Полувагоны делятся: четырехосные, шестиосные и восьмиосные.

Восьмиосный полувагон грузоподъемностью 125т, созданный Уралвагонзаводом в сооружении с МИИТ, имеет кузов объемом 140,3м3, состоящий из двух боковых стен, двух торцевых дверей и плоского пола, образованного рамой и 22 крышками разгрузочных люков.

Универсальный восьмиосный полувагон модели 12-541 спроектирован по габариту 1-Т.

2. Тележка типа ЦНИИ - Х3

Кузов восьмиосного полувагона опирается на две четырехосные тележки, каждая из которых имеет сочлененную конструкцию, состоящую из двух типовых двухосных тележек модели 18-100, связанных друг с другом соединительной балкой литой или штампосварной конструкции.

Тележка модели 18-100, рассчитанная на конструктивную скорость движения 120 км/ч, состоит из двух колесных пар с четырьмя буксовыми узлами, двух литых рам, надрессорной балкой, двух комплектов центрального подвешивания с фрикционными гасителями колебаний и тормозной рычажной передачи.

Боковая рама имеет объединенные пояса и колонки, образующие в средней части проем для размещения комплекта центрального рессорного подвешивания, а по концам - проемы для букс.

В верхней части буксовых проемов имеются кольцевые приливы, которыми боковые рамы опираются на буксы, а по бокам - боковые челюсти.

По бокам среднего проема в верхней части рамы расположены направляющие для ограничения поперечного перемещения фрикционных клиньев, а в низу имеется опорная поверхность для установки рессорного комплекта. С внутренней стороны к этой поверхности примыкают полки, являющиеся опорами для наконечников триангелей в случае обрыва подвесок, которыми триангели подвешены к кронштейнам боковой рамы. В местах расположения клиньев к колонкам рамы прикреплены фрикционные планки. На наклонном поясе отливают пять цилиндрических выступов(шишек), часть которых срубается в соответствии с фактическим расстоянием между наружными челюстями буксовых проемов. Подбор боковых рам при сборки тележек производят по числу оставленных шишек, что гарантирует соблюдение необходимых допусков для обеспечения параллельности осей колесных пар.

Надрессорная балка тележки отлита заодно с подпятником, опорами для размещения скользунов, гнездами для фрикционных клиньев и приливом для крепления кронштейна мертвой точки рычажной передачи тормозов. Балка выполнена по форме бруса равного сопротивления изгибу. На каждой из двух опор скользунов размещаются перевернутые коробки с регулировочными прокладками. Такая конструкция обеспечивает самоудаление продуктов износа и постоянство отрегулированных зазоров между скользунами.

Боковая рама и надрессорная балка тележки отлиты из низколегированной стали марки 20ГФЛ.

Рессорный комплект тележки 18-100 состоит из пяти, шести или семи двухрядных пружин, расположенных под каждым концом надрессорной балки. Количество пружин зависит от грузоподъемности вагона. Крайние боковые пружины комплекта поддерживают клинья гасителей колебаний, отлитые из стали и подвергнутые нормализации. На нижней поверхности клина имеется кольцевой выступ, который входит внутрь поддерживающей пружины.

Клинья располагаются в гнездах надрессорной балки, упираясь в ее наклонные плоскости и прижимаясь вертикальной стороной к стальным фрикционным планкам, укрепленным на боковых рамах тележки. При прогибах пружин создается необходимое трение в гасителях колебаний. Боковые перемещения надрессорной балки амортизируются поперечной упругостью пружин. Клиновые гасители колебаний служат одновременно упругой связью надрессорной балки с боковыми рамами тележки.

3. Автосцепное устройство восьмиосного полувагона

Восьмиосные полувагоны оснащены модернизированным автосцепным оборудованием, разработанным Уралвагонзаводом и ЦНИИ МПС, получившей название СА-3М, осуществлены и другие изменения: усилен корпус за счет увеличения толщины стенок и применения внутренних ребер в наиболее напряженных местах, что позволило значительно увеличить усталостную прочность; установлен валик вместо клина для соединения с тяговым хомутом.

Автосцепное устройство состоит из усиленного корпуса с увеличенным захватом сцепления со стороны большого зуба до 200мм и расположенного в нем механизма, в котором имеется составной замок с увеличенной по высоте до 250мм рабочей поверхностью, не изменяющейся по мере износа деталей контура зацепления; ударно- центрирующего прибора, состоящего из ударной розетки с расширенным окном, двух маятниковых подвесок, центрирующей балки, пружин и плиты, упруго поддерживающей автосцепку и препятствующей перемещению центрирующей балки в направлении продольной оси вагона; усиленного упряжного устройства с валиком, вкладышем, планкой, усиленным тяговым хомутом и поглощающим аппаратом увеличенной эффективности, имеющим заневоленные пружины и ход 110мм; опорных частей, в которых передние упорные угольники выполнены объединенными с ударной розеткой, а задние имеют типовую объединенную конструкцию.

Автосцепка СА-3М обеспечивает автоматическое сцепление подвижного состава без участия человека. Расцепление осуществляется осуществляется без захода человека в межвагонное пространство, что создает безопасные условия работы обслуживающему персоналу.

В восьмиосных вагонах применяется пружинно-фрикционный аппарат типа Ш-2-Т.

4. Автотормозное оборудование восьмиосных вагонов

Автотормозное оборудование большегрузных вагонов должно обеспечивать безопасное движение поездов большой массы с высокими скоростями; легкую доступность для осмотра, обслуживания в условиях интенсивной эксплуатации и при регламентированных вида ремонта; эффективное использование существующих и перспективных тормозных приборов.

Тормозная система восьмиосных вагонов состоит из:

воздухораспределителя усл. № 270.002;

запасного резервуара объемом 135л;

авторежима усл. № 265.002;

тормозной магистрали с концевыми кранами и рукавами;

тормозного цилиндра диаметром 400мм;

тормозной рычажной передачи, которая имеет горизонтальные рычаги, соединенные затяжкой;

одного бескулисного регулятора усл. № 536 с увеличенной длиной нарезки винта до 550мм;

двух подвагонных тяг, которые соединяются с рычагами тележек;

двух рычажных передач четырехосной тележки, представляющих собой параллельно соединенные при помощи распределительного рычага и обходных рычагов рычажные передачи типовых двухосных тележек.

Кроме того, восьмиосные вагоны имеют стоячий ручной тормоз с быстрым отпуском.

5. Вписывание вагона в габарит

При вписывание вагона в эксплутационный габарит подвижного состава уменьшают горизонтальные размеры этого габарита на величину зазоров и износов ходовых частей, исчисляемых в горизонтальном направлении и выносов частей вагона в кривых, а вертикальные размеры - на величину статического прогиба и осадки рессорного подвешивания и измеряемых в вертикальном направлении износов ходовых частей вагона. В результате такого уменьшения получают строительное очертание вагона. Величины уменьшений называются ограничениями ширины и высоты вагона. При расчете выносов частей вагона в кривых участках пути для габарита 1-Т расчетный радиус R = 200м.

Горизонтальное смещение вагона определяется по формуле:

, (1)

где 2Sк - наибольшая ширина колеи в рассматриваемых условиях;

2dг - наименьшее расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колес;

(Sк - dг) - максимальный разбег изношенной колесной пары между рельсами;

g - наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении их центрального положения в одну сторону рамы тележки относительно колесной пары, вследствие зазоров при максимальных износах в буксовом узле;

- наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении из центрального положения в одну сторону кузова относительно рамы тележки вследствие зазоров при максимальных износах и упругих колебаний в узле сочленения кузова и рамы тележки.

При 2Sк =1543мм, 2dт = 1489мм, g =3мм, = 16мм, получаем:

(мм)

Ограничение полуширины вагона для любого поперечного сечения, расположенного между направляющими (пятниковыми) сечениями, составит:

, (2)

- для поперечного сечения, расположенного в консольной части вагона:

, (3)

- для направляющих сечений:

, (4)

- наибольшая ширина строительного очертания, вписываемого в габарит вагона на рассматриваемой высоте от уровня верха головок рельсов:

, (5)

В приведенных формулах:

2l - расстояние между шкворнями тележек (база подвижного состава), м;

n - расстояние рассматриваемого поперечного сечения подвижного состава от ближайшего шкворня тележки или направляющей оси, м;

sк - максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса мм;

dт - минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колесной пары мм;

g - наибольшее возможное перемещение поперечного сечения состава по шкворню тележки, мм;

- наибольшее возможное перемещение поперечного сечения подвижного состава в одну сторону из центрального положения вследствие износа деталей пятника, мм;

k1 - величина дополнительного перемещения поперечного смещения в кривой тележечного подвижного состава;

k2 - коэффициент, зависящий от величины расчетного радиуса кривой;

k3 - половина принятой на ж.д. величины увеличения горизонтального расстояния между осями путей на перегонах в расчетной кривой

R = 200м;

В - максимальная полуширина подвижного состава по высоте;

Во - полуширина соответствующего габарита подвижного состава на той же высоте;

Е - одно из ограничений полуширины для рассматриваемой высоты.



Рис. 1. Габарит 1-Т

При 2l = 12070 мм, n = nк = 3520 мм, 2sк = 1543 мм, 2dт = 1489 мм, g =3 мм, = 16 мм, k1 = 2,14 мм, k2 = 2,5 мм, k3 =180 мм, Во = 1700 мм, получаем:

(мм)

(мм)

(мм)

Алгебраическая сумма величин, заключенных в квадратные скобки формулы (2) или (3) или в скобки формулы (4),отрицательная, то ее не учитывают, т. е. Принимают равной нулю. Отрицательная сумма свидетельствует о недоиспользовании имеющегося в кривой уширения габарита приближения строений.

Поэтому, принимаем:

Eв = 46мм, Eн = 72,8мм, Ео = 46мм.

Рассчитаем ширину строительного очертания кузова по формуле (5):

- для направляющего и среднего сечения:

(мм)

- в концевом сечении:

(мм)

6. Выбор технико-экономических параметров вагона

Основными технико-экономическими параметрами вагона, характе-ризующими его эффективность, является:

Таблица 1

Показатели	8ми-осн.п/вагон модель 12-541
Грузоподъёмность	125 т
Тара	43,3 т
Объём кузова	140,3 м3
База вагона	12,07 м
Длина:
по осям сцепления автосцепок	20,24 м
по концевым балкам рамы	19,11 м
Ширина максимальная	3,19 м
Внутренние размеры
длина	18,74 м
ширина	2,84 м
высота	2,51 м
Высота от уровень головок рельса:
максимальная	3,97 м
до уровня пола	1,46 м
Число загрузочных люков	22 шт.
Коэффициент тары	0,34
Нагрузка от колёсной пары на рельс	218 кН
Нагрузка на один метр пути	8,45 т/м
Конструктивная скорость	120 км/ч
Габарит по ГОСТ 92 38-83	1-Т

7. Уточненный метод расчета оси колесной пары вагона

Расчетные нагрузки, учитываемые при расчете оси, определим, используя данные таблиц 2 и 3.

Таблица 2

Наименование величин и их размерность	Обозначения	Величины для грузовых вагонов
Допускаемая осевая нагрузка, Н	о	23 104
Количество осей в вагоне	mо	8
Масса вагона брутто, кг	mбр	184 103
Коэффициент использования грузоподъемности		0,895
Площадь боковой поверхности вагона, м2	F
Расчетная скорость, м/с	v	33,3
Масса половины рамы тележки ЦНИИ-Х3, кг	mр	195
Масса, кг: буксы и связанных с ней необрессореных деталей колесной пары колеса консольной части оси средней части оси	mб mкп mк mш mс	107 1200 400 50 300
Удельное давление ветра, Н/м2,(Па)		500
Коэффициент трения скольжения колеса о рельс		0,25
Непогашенное центростремительное ускорение, м/с2	jц	0,7
Коэффициент, учитывающий восприятие сил инерции диском колеса за счет его упругости		0,7
Статический прогиб рессорного комплекта тележки вагона, м	ст	0,05
Радиус колеса, м	r	0,475
Диаметр, м: шейки оси подступичной части	d1 d3	0,13 0,181
Диаметр средней части оси, м	d4	0,16
Расстояние, м: между серединами шеек оси между кругами катания колес от середины шейки оси: до круга катания колеса до задней галтели шейки до внутренней кромки заднего роликового подшипника от середины оси до равнодействующей сил инерции средней части оси от середины шейки оси до центра тяжести необрессореных масс, м	2b2 2S l2 l3 l6 l7 l4	2,036 1,58 0,228 0,10 0,089 0,264 0,01

Таблица 3

Тип вагона	Диапазон скоростей, м/с	B	D	в	г
Грузовой восьмиосный	15 - 33	5,94	12,9	0,8	0,8	1,00

Вертикальная статическая нагрузка, действующая на шейку оси, с учетом коэффициента использования грузоподъемности вагона определяется по формуле:

g, (6)

При л = 0,895, mбр = 184000, mо = 8, mкп = 1200, mш = 50, получаем:

(кН)

Коэффициент вертикальной динамики вычисляется по формуле:

, (7)

где значение коэффициента А для грузовых вагонов определяется по формуле:

(8)

отсюда:

Динамические нагрузки, действующие на шейку оси, определяют:

от вертикальных колебаний кузова на рессорном подвешивании:

, (9)

(кН)

от центробежной силы в кривых:

, (10)

(Н)

от давления ветра:

, (11)

где F - площадь боковой поверхности полувагона;

(Н)

Суммарные значения вертикальных нагрузок рассчитываются:

для левой шейки оси:

(12)

(кН)

для правой шейки оси:

(13)

(кН)

Ускорение буксового узла вычисляют:

для левого буксового узла:

(14)

где mн - сумма масс необрессоренных частей, опирающихся на рельс,

(15)

0,5·1200 + 107 + 195 = 902 (кг)

(м/с2)

для правого буксового узла:

(16)

 (м/с2)

Ускорение левого колеса jк определяется по формуле:

(17)

(м/с2 )

Вертикальные инерционные нагрузки от необрессоренных масс вычисляют:

для левой шейки оси:

(18)

для правой шейки оси:

(19)

где m1 и m2 - сумма необрессоренных масс частей, приходящихся на левую и правую шейки оси:

(20)

(кг)

Подставим значения в формулы 18 и 19:

Силы Рн1 и Рн2 могут быть приложен эксцентриситетами l4 и l5 относи-тельно середины шеек оси, см. рисунок 2 (в расчете можно принять l4 = l5 =0).

Рис. 2 Распределение нагрузок на ось колесной пары

Вертикальную силу инерции массы средней части оси определяют по формуле:

(21)

Вертикальная сила инерции, действующая со стороны левого колеса, равна:

(22)

(Н)

Для правого колеса эта сила принимается равной нулю.

Горизонтальную динамическую нагрузку, действующую на ось колесной пары, вычисляют по формуле:

(23)

где kг-коэффициент горизонтальной динамики, вычисляется по формуле:

(10+v), (24)

(Н)

Вертикальные реакции в опорах оси определяют:

для левой опоры оси:

, (25)

для правой опоры оси:

, (26)



где r1 - радиус шейки оси (при роликовых подшипниках допускается принимать r1 = 0 ).

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.

Эти силы вычисляются по формуле:

(27)

(H)

(28)

(H)

При переносе горизонтальных сил Н1 и Н2 в опорные места оси колесной пары возникают моменты:

на левой опоре оси:

(29)

(Нм)

на правой опоре оси:

(30)

(Нм)

где кроме момента от направляющей силы, учитывается также часть момента сил инерции буксового узла, воспринимаемого диском колеса за счет его упругости.

Согласно экспериментальным данным коэффициент в опреде-ляется по таблице 2.

Изгибающие моменты от всех рассматриваемых нагрузок в расчетных сечениях (см. рисунок) вычисляют:

- от расчетных нагрузок:

(31)

(Нм)

(32)

(Нм)

(33)

(Нм)

(34)

;

(Нм)

- от статической нагрузки:

(35)

(Нм)

(36)

(Нм)

(37)

(Нм)

Напряжение от статической нагрузки в расчетных сечениях оси вычисляют по формуле:

(38)

где W1, W2, W3, W4 - моменты сопротивления изгибу для расчетных

сечений, определяются по формулам:

(39)

(м2)

 (м2)

(м2)

Подставим значения в формулы 38:

Для определения напряжений от расчетных нагрузок необходимо найти максимальные коэффициенты перегрузок оси, по формулам:

(40)

;

;

Определим максимальные напряжения от расчетных нагрузок:

(41)

;

При расчете оси колесной пары на выносливость принимается, что повреждающими напряжениями являются не только максимальные, но и все напряжения, начиная с половины предела выносливости -1Di материала оси в рассматриваемом i-ом ее сечении. Тогда минимальные значения коэффи-циентов перегрузки оси колесной пары можно определить по формулам:

(42)

Предел выносливости -1Di в расчетных сечениях оси, полученный при испытаниях во ВНИИЖТе натурных осей из стали марки ОсВ, для накатных осей составляет:

Сечение I - I - 140 170 Мпа;

Сечение II - II - 140 170 Мпа;

Сечение III - III - 130 140 Мпа;

Сечение IV - IV - 180 МПА.

Подставим значения в формулы 42:

Определим минимальные напряжения от расчетных нагрузок:

(43)

(МПа)

(МПа)

(МПа)

(МПа)

Определим эквивалентные напряжения в расчетных сечениях, т.е. напряжения представляющие собой амплитуду условного стационарного нагружения:

(44)

(МПа)

(МПа)

(МПа)

(МПа)

Основными напряжениями в оси являются напряжения изгиба, поэтому коэффициент запаса усталостной прочности материала оси в рассматриваемом i-ом сечении определим по формуле:

(45)

Допускаемый коэффициент запаса усталостной прочности материала оси n принимают для осей грузовых вагонов равным 2.

Условие прочности оси записывается в виде n n, из проведенного расчета видно, что данное условие выполняется.

8. Расчёт кузова вагона (Рама)

Кузов - часть вагона, которая опирается на ходовые части и предназна-чена для размещения грузов или пассажиров.

Основной несущей конструкцией кузова является совокупность элементов, которые обеспечивают необходимую жесткость и прочность при всех эксплу-ационных нагрузках. Нижняя часть кузова - рама. По характеру размещения несущих элементов, конструкции кузова делятся на три группы (утолщёнными линиями показаны участки несущих конструкций):

Каждый из перечисленных типов несущих конструкций оказывается целесообразным в зависимости от назначения вагона, архитектурного замысла и других соображений. Рама восьмиосного полувагона имеет хребтовую балку, по две концевые и шкворневые и восемь промежуточных поперечных балок, кузов вагона сварной несущей конструкции.

Основное положение расчёта рам вагона.

Расчёт кузова на прочность производится на базе современных методов строительной механики и сопротивления материалов, на основании рекомен-даций норм для расчёта на прочность по следующим признакам и условиям:

допускающим напряжениям;

устойчивости сжатых элементов;

прогибам (деформациям);

вибрационной устойчивости (частоты колебаний, резонансные явления);

предельным нагрузкам (переход в пластическое состояние материалов и их элементов);

эмпирическим нормам (для отдельных элементов).

Для расчёта рам вагонов на прочность существует два принципиально отличных метода:

метод А: рама рассматривается как отдельно сложная система с жесткими

узлами связи, т.е. много раз статически неопределима и ведётся

расчёт по «методу сил» или «методом перемещений»;

метод Б: каждая балка рамы рассматривается отдельно без учёта сов-

местной деформации балок. В этом случае балка статически

опредилима. Расчёт поэтому методу является простым, но

вычисления будут не точными (приближёнными)

На раму каждого вагона действуют следующие силы:

вертикальные - от действия сил тяжести груза и кузова с учётом

динамических нагрузок;

продольные - от соударения вагонов до 3 Мн и силы тяги до 2,5 Мн;

поперечные - от центральной силы и давления ветра (в упрощённых

расчётах действия этих сил учитывается увеличением на 10% от

вертикальных сил);

усилий распора - нагрузка от сыпучих, навальных и скатывающих-

ся грузов, а так же давление внутри котла паров, перивозимых

жидкостей в цистернах.

Балка рассматривается, как двухопорная, консольная, многоопорная (метод «теорема о трёх моментах»),коробчатая и т.д.

В приближённом расчёте на вертикальную нагрузку, цельнонесущей конструкции, кузов рассматривают как единый брус, лежащий на двух опорах (подпятниках тележки, на который действует равномерно распределённая нагрузка g).

Для первого режима, когда скорость движения близка к нулю и динамические усилия не учитываются, тогда

, (46)

, (47)

, (48)

где Рст - сила тяжести груза (Н);

Тк - сила тяжести тары кузова (Н);

k1, k2 - коэффициенты распределения нагрузки, зависящий от конс-

трукции настила пола и вспомогательных балок рамы (для двух

опорной - k1 = 5/8; k2 = 3/16);

Р1 - вес хребтовой балки (Н);

Р2 - вес остальной части рамы (поля).

Для третьего (максимального) режима при движении с максимальной скоростью с учётом КДВ (умножая дот на КДВ). Это действие производится в конце расчёта.

Реакция в опорах действующая на пятники кузова определяются по формуле:

, (49)

Изгибающие моменты от равномерно распределённой нагрузки

q равны:

над опорой:

, (50)

посередине кузова:

, (51)

где n k - длина консоли кузова, м;

l - половина базы вагона, м.

Изгибающий момент от действия продольной нагрузки (N) одинаков для всего сечения и равен:

, (52)

где Z - расстояние от центтра тяжести поперечпого сечения кузова до линии действия продольных сил.

Нормальные напряжения при первом режиме, где:

КДВ = 0, N1 = + 2.5 ?106 H

N1 = - 3.0 ?106 H

определяется по формуле:

, (53)

где Wi , Fi - соответственно момент сопротивления изгибу (М3) и площадь поперечного сечения (М2).

Нормотивные напряжения при третьем режиме, когда вагон движется с максимальной скоростью NIII = ±1.0 · 106 Н с учётом боковых сил расчитываем по формуле:

, (54)

где k=1,1 - коэффициент, учитывающий действие боковых сил (центробежной и ветровой).

Условие прочности соблюдается, если полученные напряжения не превышает допускаемых, т.е. дi ? [д];

Производим прочностный расчёт рамы вагона «Методом приближения» на третьем режиме.

Исходные данные:

Рст = 1226,25 кН

Тк = 424,773 кН

2Lк= 19,11 м

nk = 3.52 м

KДВ= 0,374

l = 12,07 : 2 =6,035 м

NIII = ± 1,0 · 106 Н

Принимаем для Z-т образного профиля №31

ГОСТ 8240-72 WХ = 1435,5 см3 IХ = 27980 см4 F= 143,5 смІ

2 шт „ Z “ - т образного профиля

Сосредоточенную силу Q - представим рассредоточенной силой:

(Кн/м)

принимаем q = 86.4 кН/м.

Определяем реакции опор, как Уi = 0, М(*)А = 0, М(*)В = 0, но ввиду симметричной нагрузки:

(кН)

УА = УВ = 825,552 кН

Проверка: Уi = 0;

УА + УВ - q•d = 0

825,552 + 825,552 - 86,4•19,11 = 0

1651,104 - 1651,104 = 0

0 = 0,

следовательно реакции определены верно.

Составляем аналитические выражения для поперечных сил (Q), где

правило знаков по участкам:

первый участок: 0 ? х1 ? а; 0 ? х1 ? 3,52 м.

Q1 = - q • x1 - уравнение крайней линии, выходящей из

начала координат (Н.К.) вида y = k•x;

при х1= 0; Q1 = 0;

при х1= 3,52 м; Q1 = - 86,4 •3,52 = - 304,128 кн;

Q1 = - 304,128 кН

второй участок: 0 ? х2 ? b; 0 ? х2 ? 12,07 м.

Q2 = - q (а + x2) - уравнение прямой линии вида y = k•x + b;

при х2 = 0; Q2 = Q1 + УА = - 304,128 + 825,552 = 521,424 кн;

при х2= 12,07 м; Q2 = - 86,4( 3,52 + 12,07) + 852,552 = - 521,424 кн;

Q2 = - 521,424 кН

третий участок: 0 ? х3 ? с; 0 ? х3 ? 3,52 м.

Q3 = q М x3 - уравнение крайней линии, выходящей из начала координат (Н.К.) вида y = kМx;

при х3 = 0; Q3 = 0;

при х3= 3,52 м; Q3 = 86,4 М 3,52 = 304,128 кн;

Q3 = 304,128 кН

304,128 + 522,424 = 825,552 кн (скачок на Ув)

Строим эпюру Q.

Составляем аналитические выражения для изгибающих моментов (Мизг), где правило знаков по участкам:

первый участок: 0 ? х1 ? 3,52 м.

- уравнение квадрантной параболы;

при х1 = 0; М1 = 0

при х1 = 3,52 м;

(кНМм)

М1 = - 535,265 кнМм

второй участок: 0 ? х2 ? 12,07 м.

- уравнение параболы;

при х2 = 0; М2 = М1= - 535,265

при х2 = 12,07 м;

(кН • м)

Для уточнения очертания эпюры на втором участке исследуем функцию на (“max” и “min”) c помощью первой (I)' и второй (II)' производной.

Приравняем первую производную к нулю:

- qa - xq + УА = 0;

(м) - это середина пролёта;

если у “ < 0 > то “max”:

при x0 = 6,035 м;

(кН • м)

Мmax = 1038,129 кнМм

первый участок: 0 ? х3 ? 3,52 м

- уравнение квадрантной параболы;

при х3 = 0; М3 = 0

при х3 = 3,52 м:

(кНМм)

М3 = М2 = - 535,265 кНМм

Строим эпюру Мизг , Q = 0 соответствует Мmax, т.к.

dM/dx = Q по формуле Журавского.

Изгибающий момент от действия усилий N = ± 1,0 М10 6 н = 10 3 кН.

где z = 2,51/2 = 1,255 м

Мz = 10 3 М 1,255 = 1255 кНМм

Строим эпюру МN.

Из построенных эпюр видно, что опасное сечение середина пролёта, где

Мmax= 1038,129 кНМм = 1,038 МНМм

Мz = 1255 = 1,255 МНМм

N = 1,0 М10 6 н = 10 3 кн = 1,0 МН,

тогда напряжение в сечении определяем по формуле:



где Wx = 2 Wx = 2 М 0,001435 мі= 0,00286 мі

F =2 F = 2 М 0,01435 мі= 0,0286 мі

или 133 МПа

Имеем [д] = [дT], где [дT] = 190 МПа или 075дT, где [дT] = 310 МПа

Имеем [д] = 0,75 М 310=232,5 Мпа

Окончательно имеем при расчёте балки вагона на прочность:

[д] <[д] = 190 МПа

Балку можно расчитывать на допускаемый прогиб:

- из условия прочности fст < [f];

(мн); следовательно прочность несущей конструкции балки Z № 31 обеспечена.

Учитывая, что сам кузов является несущей конструкцией рама работает с некоторым запасом прочности по предельному состоянию с коэффициентом ассиметрии (дT-1 )

Литература

1. Конструирование вагонов. Методические указания на курсовой проект. РГОТУПС Москва 2002 год.

2. И.Ф. Пастухов и др. Вагоны. Москва 1988 год.

3. И.Ф. Скиба Вагоны. Москва 1961 год.

4. И.Ф. Скиба Вагоны. Москва 1979 год.

5. Нормы для расчёта и проектирования новых и модернизироаных вагонов ж.д. МПС колеи 1520 мм. Москва ВНИИЖТ 1983 год.

6. ГОСТ 9238-83 Габариты приближения строения.

Размещено на Allbest.ru

...