Теоретическая часть. Рама вагона является основанием кузова и несущей конструкцией

Рама вагона является основанием кузова и несущей конструкцией, состоящей из жестко связанных между собой продольных и поперечных балок. К раме крепят ударно-тяговые приборы и тормозное оборудование.

Рисунок 5.1 – Схема рамы и кузова вагона

1 – шкворневые балки; 2 – хребтовая балка; 3 – концевые поперечные балки; 4 – промежуточная поперечная балка; 5 – продольная боковая балка; T_c – продольные силы; R – реакция пути

Рамы основных типов вагонов эксплуатационного парка изготовлены из стали марок 09Г2Д, 10Г2БД, а после 2001 г. для изготовления рам применяют более прочные стали марок ЮХСНД и 16Г2АФД.

Рама должна обладать достаточной прочностью и жесткостью, быть проста по конструкции, надежна в эксплуатации, доступна для технического осмотра, поэтому она выполнена из наиболее мощных и материало-емких прокатных профилей.

У всех типов вагонов рама состоит из трех основных несущих балок:

1. хребтовой;

2. боковых продольных;

3. набора поперечных:

• концевых;

• шкворневых;

• промежуточных поперечных.

Для поддержания настила пола у всех типов вагонов, кроме полувагонов, в раме предусмотрены вспомогательные, продольные и поперечные балки.

У полувагонов эти функции выполняют подкрепляющие элементы крышек люков. Рама через пятники опирается на подпятники тележек и соединена с ходовыми частями посредством шкворней.

Хребтовая балка служит для крепления на ней автосцепного и тормозного оборудования. Через автосцепное устройство она передает продольные силы на другие вагоны. Но поскольку она жестко связана и с другими элементами кузова, то наряду с продольными воспринимает также и вертикальные силы. Ее изготавливают из мощных Z-образных, швеллерных и двутавровых прокатных профилей.

Боковые продольные балки рамы предназначены для соединения боковых стен с рамой. Они работают совместно со стенами и воспринимают, хоть и в меньшей степени, чем хребтовая балка, но тоже все виды эксплуатационных нагрузок.

Основные несущие поперечные балки связывают хребтовую балку с боковыми стенами в единую конструкцию. У всех типов вагонов к ним относятся две концевые, две шкворневые и ряд промежуточных поперечных балок, число которых зависит от типа вагона и его осности. Поперечные балки в большинстве типов вагонов выполняют переменной высоты: максимальной — в местах соединения с хребтовой и минимальной — в местах соединения с продольными боковыми балками. Сделано это для обеспечения равнопрочности конструкции и рационального распределения металла в раме вагона.

При этом у всех типов вагонов формы сечений основных поперечных балок также однотипные: у концевых — П-образное (швеллерное), у шкворневых — замкнутое коробчатое, а у промежуточных — двутавровое.

Концевые балки предназначены для восприятия части нагрузок от перевозимых грузов, а также для установки и крепления угловых стоек стен. Концевые балки сварной конструкции изготавливают из листов толщиной 6—10 мм. На лобовом (вертикальном) листе концевой балки установлен поручень сцепщика, кронштейн для крепления стояночного тормоза и кронштейн расцепного привода автосцепки. К нижним листам по концам концевых балок приварены планки для установки домкратов и ставлюг при ремонте вагонов.

Шкворневые балки передают через пятник и скользуны на тележки все возникающие в процессе движения статические и динамические усилия. Они представляют собой конструкцию коробчатого сечения переменной высоты подлине и образованы двумя вертикальными и нижним листами. В пересечении с хребтовой шкворневые балки усилены надпятниковой коробкой.

В данной практической работе необходимо привести конструктивную схему рамы вагона-аналога с указанием габаритных размеров и размеров между отдельными элементами.

Количество поперечных балок, обеспечивающих прочность и надёжность рамы, необходимо рассчитать, отталкиваясь от стандартного расстояния между ними в универсальных полувагонах с люками в полу, равного 1710 мм. Разделив базу полувагона 2l = 7378 мм на данное расстояние, получаем 4 пролётов между шкворневыми балками рамы, т.е. 3 поперечные балки.

Определяем расстояние между концевой и шкворневой блками l_k по формуле:

(5.1)

где: 2L_p – длина рамы вагона;

2l - длина базы вагона.

Расстояние между концевой и шкворневой балками получается достаточно большим, но не настолько, чтобы обеспечить постановку дополнительных поперечных балок, поскольку основную часть занимает автосцепное оборудование.

Наличие длинных пролетов (расстояний между основными поперечными балками) делает необходимым постановку вспомогательных балок для поддержания продольных балок настила пола. Вспомогательные балки располагаются посередине между каждыми двумя основными поперечными балками, а также между шкворневыми и основными поперечными балками. Вспомогательные поперечные балки принимаются таврового сечения переменной высоты по длине.

Продольные балки необходимы для поддержания настила пола и исключения его прогиба в пролётах. Они принимаются аналогичными балкам крытого вагона, т.е. выполненных из двутавров № 10. Проанализировав схему крытого вагона, делается вывод о том, что продольные балки должны располагаться равномерно рис. 5.2.

Рисунок 5.2 – Поперечное сечение рамы проектируемого специализированного полувагона: 1 – хребтовая балка; 2 – продольная балка; 3 – нижняя обвязка боковой стены

Для обеспечения достаточной прочности в консольных частях предусматривается установка продольных балок с более мощным сечением, чем в средней части рамы.

Для проектируемого вагона в консольных частях рамы принимаем продольные балки из двутавра № 20. В связи с этим схема расположения продольных балок примет вид, изображенный на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 – Поперечное сечение рамы проектируемого специализированного полувагона в консольных частях: 1 – хребтовая балка; 2 – продольная балка; 3 – нижняя обвязка боковой стены

В средней части продольные балки вставляются в отверстия в поперечных балках, а к шкворневым крепятся с помощью уголков (рисунок 5.4). В консольной части продольные балки крепятся к шкворневым и концевым балкам посредством косынок (рисунок 5.5).

Рисунок 5.4 – Схема крепления продольных балок к поперечным балкам и шкворневым в средней части: 1 – хребтовая балка; 2 – продольная балка; 3 – нижняя обвязка боковой стены; 4 – поперечная балка; 5 – скользун; 6 – надпятниковая коробка; 7 – пятник; 8 – уголок; 9 – шкворневая балка

Рисунок 5.5 – Схема крепления продольных балок к шкворневым и концевым балкам в консольной части рамы вагона: 1 – хребтовая балка; 2 – продольная балка; 3 – нижняя обвязка боковой стены; 4 – концевая балка; 5 – скользун; 6 – надпятниковая коробка; 7 – пятник; 8 – косынка; 9 – шкворневая балка

Окончательно принятая конструктивная схема рамы проектируемого специализированного полувагона представлена на рисунке 6.

Рисунок 5.6 – Принципиальная конструктивная схема рамы четырехосного специализированного полувагона: 1 – хребтовая балка; 2 – концевая балка; 3 – шкворневая балка; 4 – поперечная балка; 5 – продольная балка для поддержания настила пола; 6 – продольная балка для поддержания настила пола в консольной части рамы; 7 – скользун; 8 – пятник; 9 – люк

На рисунке 5.6 концевые и поперечные балки имеют длину равную внутренней ширине вагона, длина шкворневых балок больше на величину равную толщине боковой стены. Это объясняется тем, что на нижний лист шкворневой балки ставится стойка боковой стены. К боковым и поперечным балкам стойки привариваются с торца.

Дата добавления: 2015-07-11