Расчет технико-экономических характеристик и сил, действующих на вагон

Практическое занятие № 1

Цель: научиться рассчитывать технико-экономические характери­стики и силы, действующие на вагон.

Исходные данные: вариант задается преподавателем по П2.1.

Краткие теоретические сведения

Технико-экономические характеристики вагонов

Наиболее важными параметрами, характеризующими эффектив­ность грузовых вагонов, является грузоподъемность, масса тары, осность (число осей), объем кузова, площадь пола (для платформы) и линейные размеры.

Параметрами пассажирских вагонов являются тип планировки (определяется назначением вагона), осность, населенность, масса тары, масса экипировки (вода, уголь, съемное оборудование), линей­ные размеры и максимальная скорость движения.

Грузоподъемность Р — это наибольшая масса груза, допускаемая к перевозке в вагоне.

Расчет осевой нагрузки р₀ (нагрузка от колесной пары на рельсы) определяется по формуле:

где— масса вагона брутто (масса груженого вагона), т;

— ускорение свободного падения,

— осность вагона.

Расчет погонной нагрузки (нагрузка от вагона на 1 м пути) оп­ределяется по формуле:

где — общая длина вагона, измеряемая по осям сцепления авто­сцепок, м.

Масса тары Т— собственная масса порожнего вагона. Сумма гру­зоподъемности и массы тары дает массу вагона брутто, т.

Технический коэффициент массы тары К (эффективность сни­жения массы грузового вагона) рассчитывается по формуле:

Для пассажирских вагонов коэффициент тары определяется от­ношением массы тары к населенности вагона.

Расчет удельного объема кузова вагона V производится по формуле:

где V — объем кузова вагона.

Для платформ определяется удельная площадь Р, как отношение площади пола к грузоподъемности.

Пассажирские и грузовые вагоны характеризуются также линей­ными размерами (длиной, шириной, высотой) и базой.

Общая длина вагона 21_об определяется расстоянием между осями сцепленных автосцепок. Длина рамы 21/ вагона — расстояние между торцами концевых балок рамы, база 2/ вагона — расстояние между центрами пятников кузова. Длина, ширина и высота кузова опреде­ляются заданной вместимостью и габаритом подвижного состава.

Нагрузки, действующие на вагон

В процессе эксплуатации на вагон и его элементы действуют ста­тические (постоянные) и динамические (переменные) нагрузки.

Эти нагрузки приводятся к следующим трем основным группам в зависимости от направления их воздействия: продольным, вертикаль­ным и боковым.

Продольные нагрузки. К ним относят сжимающие и растягиваю­щие силы взаимодействия между вагонами и между вагоном и локо­мотивом; силы инерции отдельных масс вагона.

Величины продольных сил — квазистатических и динамических — установлены «Нормами для основных расчетных режимов».

Для I расчетного режима продольные силы принимают по табл. П1.1, а для III расчетного режима устанавливаются МН для всех типов вагонов при квазистатическом и динамическом воз­действии сил.

Основные расчетные схемы приложения продольных сил (рис. 1):

квазистатические силы растяжения или сжатия приложены к
упорам автосцепки обоих концов вагона при одинаковом уровне осей
взаимодействующих сил (рис. 1, а),

квазистатические силы, растягивающие и сжимающие, прило­-
жены к упорам автосцепки обоих концов вагона при разности высот
равной 0,1 м по I режиму и 0,05 м по III режиму (см. рис. 1, а);

силы удара или рывка приложены к упорам автосцепки (рис. 1, б)
одного конца вагона на прямом участке пути при разности высот рав­
ной 0,1 м по I режиму и 0,05 м по III режиму и уравновешены силами
инерции масс вагона.

Рассчитать продольные силы инерции отдельных масс вагона, воз­никающие при динамическом воздействии продольных сжимающих и растягивающих сил взаимодействия между вагонами и между ваго­ном и локомотивом, по формуле:

где т — масса вагона;

⁰ д — нормированная величина продольного ускорения (замед­ления) узла, детали и т.п.

Рис 1. Схема действия продольных сил, приложенных к вагону при раз­личных режимах эксплуатации: а — к автосцепкам обоих концов вагона, б — к автосцепке одного конца вагона.

При выполнении расчетов принять следующие значения по табл. П1.2.

Вертикальные нагрузки. К ним относят собственную силу тяжести вагона, полезную нагрузку, вертикальную динамическую силу и вер­тикальную добавку от продольной силы инерции кузова.

Расчет собственной силы тяжести вагона производится по формуле:

где Т— масса тары вагона.

Под полезной нагрузкой понимается сила тяжести груза или пас-, сажиров с багажом.

Расчет силы тяжести груза определяется по формуле:

*полгр ~~ ^тт& где т_т — масса груза в вагоне.

Расчет силы тяжести пассажиров с багажом определяется по рас­четной населенности вагона по формуле:

*: пол пас ~~ ^w/wnac#' где п — максимальная расчетная населенность вагона;

т_шс — средняя масса одного пассажира с багажом: для всех пас­сажирских вагонов принимается т_пас = 100 кг.

Расчет силы тяжести (вес) вагона брутто производится по формуле:

которая приложена в центре массы вагона.

Расчет вертикальной статистической нагрузки от веса вагона брут­то, приходящейся на рассматриваемый элемент, определяется по формуле:

где Р_ч — вес частей вагона, через которые передается нагрузка от рас­считываемых элементов на рельсы;

п — число параллельно нагруженных рассчитываемых элементов вагона.

Для вагона в целом Р_СТ = Р_бр.

Расчет вертикальной динамической нагрузки на прочность опре­деляется по формуле:

— коэффициент вертикальной динамики.

где К — среднее вероятное значение коэффициента вертикаль­ной динамики;

р — параметр, устанавливаемый по экспериментальным данным: при существующих условиях эксплуатации (3=1,13— для грузовых вагонов и р = 1,0 — для пассажирских;

— расчетная вероятность (при расчетах на прочность до­пускаемым напряжением принимается = 0,97).

Среднее значение коэффициента вертикальной динамики J^ _B для скорости движения v > 15 м/с (55 км/ч) определяется по формуле:

где а — коэффициент; равный для элементов кузова 0,05, для обрессоренных частей тележка — 0_? 10, для необрессорениых частей тележ­ки—0,15;

b — коэффициент, учитывающий влияние числа осей п_т в тележ­ке или группе тележек под одним концом вагона,

v — расчетная скорость движения вагона, м/с; Ус_Т — статический прогиб рессорного подвешивания, м. Расчет результирующей вертикальной нагрузки, действующей на вагон, определяется по формуле:

Сумма нагрузок влияет на прочность элементов вагона, а разность характеризует безопасность движения поездов, так как при этом про­исходит обезгруживание колесных пар.

Расчет вертикальной динамической силы на тележку от действия продольной силы инерции кузова определяется по формуле:

где — продольная сила инерции кузова брутто;

— расстояние от центра масс кузова до оси автосцепки;

—база вагона.

Боковые нагрузки. К ним относят центробежную силу, силу давле­ния ветра и поперечной составляющей продольных сил взаимодей­ствия вагонов друг с другом при движении в кривых.

Центробежная сила возникает при движении вагона по кривым участкам пути и направлена по горизонтали наружу кривой (рис. 2). Она приложена к центру тяжести вагона и стремится опрокинуть вагон.

Расчет центробежной силы, уменьшенной на величину горизон­тальной составляющей силы тяжести, производится по формуле:

Рис. 2. Схема действия боковых сил, приложенных к вагону при прохождении кривого участка пути (2s — расстояние между кругами катания колес 1-й колесной пары)

где — коэффициент, зависящий от скорости (F), высоты возвы­шения наружного рельса над внутренним (А_р) и радиуса кривой (Я) (в соответствии с Нормами принимают= 0,075 для грузовых ваго­нов и = 0,1 — для пассажирских и изотермических вагонов).

При расчете учесть отдельно центробежные силы кузова и тележ­ки, приняв положение центра масс тележки на уровне осей колес­ных пар, а высоту центра массы груженого кузова над уровнем осей колесных пар равной 1,7 м для пассажирских вагонов, 2,0 м — для грузовых и изотермических вагонов.

Дата добавления: 2015-08-05