Силы, действующие на колесную пару

Вертикальная статическая нагрузка, приложенная к шейке оси

, (3.1)

где - коэффициент использования грузоподъемности вагона,

=0,9 – для грузовых, изотермических вагонов;

Р_БР - вес вагона брутто;

n - число осей в вагоне;

Р_кп – вес колесной пары без букс;

Р_ш – вес консольной части оси (от торца оси до плоскости круга катания колеса);

Формула (3.1) включает в нагрузку, приходящуюся на шейку оси, часть веса оси колесной пары и учитывает неполное использование грузоподъёмности при эксплуатации вагонов.

Определение веса консольной части оси и ее центра тяжести удобнее вести с помощью табл. 3.1. При составлении таблицы в качестве примера рассмотрена консольная часть оси типа РУ1.

3.1.2. Вертикальная динамическая сила от колебаний кузова на рессорах

Р_Д=Р_СТ × К_ДВ, (3.2)

где К_ДВ –коэффициент вертикальной динамики;

К_ДВ= _В (А+В ), (3.3)

где _В- величина, зависящая от осности тележки, _В= 1,0 – для 4-х осных грузовых и изотермических вагонов.

_В= 0,9 – для 6-ти осных грузовых вагонов. _В=0,8 – для 8-ми осных грузовых вагонов;

А- величина, зависящая от гибкости рессорного подвешивания вагона.

Таблица 3.1.

h1 h2 h3 h4 h5 h6 xc1 x2=h1+h2/2 x Плоскость круга катания
Элемент консольной части оси	Размер элемента	Вес элемента	Расстояние от плоскости круга катания до центра тяжести элемента, хi	Pixi	Расстояние от плоскости круга катания до центра тяжести консольной части оси
№	Наименование	Высота, hi	Диаметр, di
	подступичная
	предподступичная
	шейка
	галтельная
	резьбовая
	торцовая

- удельный вес материала оси

, (3.4)

где - статический прогиб рессорного подвешивания;

В – величина, зависящая от типа вагона. В = 5,94×10^-4 для грузовых вагонов. В = 4,15×10^-4- для изотермических вагонов;

V - расчётная скорость вагона. Для осей грузовых вагонов по ГОСТ 22780-77 принимать V = 25 м/с (90 км/ч)

3.1.3. Вертикальная нагрузка от центробежной силы в кривых

, (3.5)

где g – ускорение свободного падения;

- допустимое непогашенное ускорение в кривой,

h _Ц - высота центра тяжести полностью загруженного вагона за вычетом веса колесных пар от уровня осей колесных пар, в предварительных расчетах можно принимать h _Ц = 1,8 м;

2 b ₂- расстояние между линиями приложения вертикальной силы к шейкам оси.

3.1.4. Вертикальная нагрузка от силы ветра

, (3.6)

где - удельное давление ветра на боковую поверхность вагона,

= 500 н/м²;

F - площадь проекции боковой поверхности кузова вагона на вертикальную продольную плоскость.

При расчете платформ, полувагонов и транспортеров вместо боковой проекции кузова, принимают боковую проекцию груза, погруженного с полным использованием габарита подвижного состава.

h _B – расстояние от уровня осей колесных пар до места приложения равнодействующей ветровой силы.

Вследствие медленного изменения во времени центробежной силы и давления ветра, вероятность их повторения принимается равной единице и они учитываются так же, как статическая нагрузка.

3.1.5. Расчетная суммарная вертикальная сила на наиболее нагруженную шейку оси при движении вагона по кривым участкам пути складывается из вертикальной статической нагрузки, вертикальной динамической силы от колебаний кузова на рессорах, вертикальной нагрузки от центробежной силы в кривых и вертикальной нагрузки от силы ветра:

Р₁=Р_ст+Р_Д+Р_кц+Р_В (3.7)

3.1.6. Расчетная суммарная вертикальная сила на менее нагруженную (правую) шейку оси:

Р₂= Р_ст –Р_кц – Р_в, (3.8)

В формулу (3.8) Р_д не включают, т.к. учитывая несимметричность колебаний, вертикальную динамическую нагрузку считают приложенной к одной шейке, а на другой ее принимают равной нулю.

Кроме сил Р₁ и Р₂ на шейки оси действуют вертикальные нагрузки от сил инерции необрессоренных масс, линии действия которых могут не совпадать с линиями действия сил Р₁, Р₂.

3.1.7. Вертикальная инерционная сила, действующая на наиболее нагруженную шейку оси

Р_Н1 = , (3.9)

где - масса необрессоренных частей, опирающихся на шейку оси, включая ее собственную массу;

- ускорение левого буксового узла,

, (3.10)

где m _Б– масса буксы;

m _ш- масса консольной части оси;

m _р –масса половины боковой рамы тележки грузового вагона.

Значения масс некоторых элементов ходовых частей грузовых вагонов приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Наименование элемента	Масса, кг
Боковая рама тележки ЦНИИ-Х3-О
Букса с двумя цилиндрическими продшипниками на горячей посадке

Для определения ускорения левого буксового узла на основе обработки экспериментальных данных и результатов теоретических исследований рекомендуется формула

, (3.11)

где D – коэффициент, зависящий от типа вагона и скорости движения, для грузовых вагонов при = 14-33 м/с и для изотермических при =14-39 м/с, D=129;

m _нк- масса необрессоренных частей, приходящаяся от колеса на рельс

, (3.12)

m_нк – масса колесной пары без букс.

Для определения места приложения нагрузки Р_Н1 находят координату Х_С центра тяжести деталей, составляющих необрессоренную массу . Расчеты рекомендуется выполнять с использованием табл. 3.3.

В рассматриваемом методе расчета оси 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 ускорение правого буксового узла , ускорение левого колеса и ускорение средней части можно определить из геометрии колесной пары

, (3.13)

, (3.14)

, (3.15)

где - расстояние от центра тяжести буксового узла до плоскости круга катания, обычно принимают равным расстоянию от середины шейки оси до плоскости круга катания (см. табл. 3.3).

3.1.8. Вертикальная инерционная нагрузка на правую шейку оси

, (3.16)

3.1.9. Вертикальная инерционная нагрузка от левого колеса на рельс

, (3.17)

где m_K – масса колеса.

3.1.10. Вертикальная инерционная нагрузка на среднюю часть оси

, (3.18)

m_c - масса средней части оси между кругами катания колес.

Таблица 3.3.

2S – расстояние между кругами катания колёс

№

Наименование элемента

Масса, m_i

Расстояние от плоскости круга катания до центра тяжести элемента, х_ci

m_i x_ci

Консольная часть оси

x_C1

Буксовый узел

x_C2

Половина боковой рамы тележки грузового вагона

x_C3

Сила инерции средней части оси выражается равнодействующей инерционных сил, принимаемых распределенным по длине оси по линейному за кону. Равнодействующая сила прикладывается в центре тяжести треугольника инерционных сил, т.е. на расстоянии от плоскости круга катания левого колеса.

Схема сил, действующих на колесную пару, приведена на рис. 3.1

3.1.11. Рамная сила

, (3.19)

где К_Г - коэффициент горизонтальной динамики;

, (3.20)

где - величина, зависящая от гибкости рессорного подвешивания -для грузовых вагонов, - для изотермических вагонов.

3.1.12. Вертикальная реакция рельса на левое колесо от суммарной расчетной нагрузки определяется из условия равновесия:

, см.рис. 3.1

, (3.21)

где - радиус колеса;

- радиус шейки оси;

3.1.13. Вертикальная реакция рельса на правое колесо от суммарной расчетной нагрузки определяется из условия , см.рис. 3.1

, (3.22)

3.1.14. Поперечная составляющая силы трения правого колеса о рельс

, (3.23)

где m - коэффициент трения при скольжении колеса по рельсу в поперечном направлении.

3.1.15. Боковая сила, приложенная к колесу, движущемуся по наружному рельсу кривой.

Н₁=Н+Н₂ (3.24)

Рис. 3.1.

Рис. 3.2. Схема загружения оси и расположения сечений.

Дата добавления: 2015-08-21