4. Расчет нагрузок, действующих на вагон и его части

При расчете на прочность вагонов и их частей, согласно нормам МПС, должны учитываться следующие нагрузки: вертикальная нагрузка; боковая нагрузка; продольные силы; усилия, связанные с торможением; внутреннее давление в резервуарах; усилия распора сыпучих и скатывающихся навальных грузов; усилия, возникающие при механизированной погрузке и выгрузке вагона; усилия, прикладываемые к вагону при ремонте.

При выполнении данной курсовой работы необходимо определить:

1) вертикальные статические и динамические нагрузки, действующие на кузов вагона и детали тележки (подпятник надрессорной балки, двухрядную пружину рессорного комплекта, боковую раму, один подшипник, колесную пару);

2) боковые нагрузки, действующие на кузов вагона и детали тележки (подпятник надрессорной балки, двухрядную пружину рессорного комплекта, боковую раму, один подшипник, колесную пару), а также их вертикальные составляющие, приложенные к деталям тележки.

4.1. Вертикальные нагрузки, действующие на кузов и детали тележки

4.1.1. Статическая нагрузка

Статическая нагрузка на любую деталь вагона определяется по формуле

, (4.1)

где P_бр - вес брутто вагона, кН;

P_ч – вес частей и укрепленного на них оборудования, через которые передается нагрузка от рассчитываемой детали вагона на рельсы, кН;

m – число одинаковых, параллельно загруженных деталей.

Например, при определении вертикальной статической нагрузки, действующей на одну двухрядную пружину рессорного комплекта двухосной тележки грузового четырехосного вагона, формула (4.1) будет иметь вид

, (4.2)

где P_б.р. – вес боковой рамы, кН;

P_б.у. – вес буксового узла, кН;

P_к.п. – вес колесной пары, кН;

4 – количество рессорных комплектов на вагоне;

7 – количество двухрядных пружин в одном рессорном комплекте.

Для определения статических нагрузок необходимо знать массу некоторых элементов вагона. Эти данные приведены в табл. 4.1.

Элемент вагона	Обозначение	Масса, т
Колесная пара	Pк.п..	1,254
Буксовый узел	Pб.у.	0,074
Рессорное подвешивание	Pр.п.	0,338
Боковая рама	Pб.р.	0,390
2-осная тележка	Pт	4,880
4-осная тележка	P4т	10,0

Таблица 4.1

Примечание: при подстановке данных в таблице 4.1 величин в формулу (4.1) необходимо перевести их в кН.

4.1.2. Вертикальная динамическая нагрузка

Вертикальная динамическая нагрузка определяется умножением статической нагрузки на коэффициент вертикальной динамики, то есть

, (4.3)

где k_дв – коэффициент вертикальной динамики.

Коэффициент вертикальной динамики определяется по формуле

, (4.4)

где – среднее вероятное значение коэффициента вертикальной динамики;

β – параметр распределения (уточняется по экспериментальным данным), для грузовых вагонов при существующих условиях эксплуатации β=1,13.

При оценке прочности по допускаемым напряжениям, принятым согласно расчетным режимам, расчетная вероятность принимается p(k_дв)=0,97.

Среднее вероятное значение определяется по формуле для скоростей движения вагона м/с (≈55 км/ч)

, (4.5)

где a – коэффициент, принимаемый на основании обработки результатов теоретических и экспериментальных исследований равный для элементов кузова вагона 0,05; для обрессоренных частей тележки – 0,10; для необрессоренных частей тележки – 0,15;

b – коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке (n) группе тележек под одним концом вагона на величину коэффициента динамики:

; (4.6)

v – расчетная скорость движения вагона, м/с;

f_ст – статический прогиб рессорного подвешивания, м.