3.4 Расчет ригеля на выносливость

Расчет на выносливость производится по нагрузкам первого случая по условию:

(3.17)

где σ_zk – предел выносливости с учетом коэффициента асимметрии цикла z, эффективного коэффициента концентрации k, размеров детали и ее термообработки;

n₁ – коэффициент запаса прочности при нагрузках первого случая.

(3.18)

где a₁ – коэффициент, учитывающий минимальный запас прочности, a₁ = 0,3;

а₂ – коэффициент, учитывающий неоднородность материала, а₂ = 0,1.

Рисунок 3.5

Для пульсирующего цикла напряжения растяжения (рисунок 3.5) при z = 0 определяются по формуле:

(3.19)

где k – эффективный коэффициент концентраций напряжений, k = 2;

η – коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла, для стали СтЗ η = 0,2

Т.е. условие выполняется.

1.Выбор конструкционных материалов

Ригель и стойки рамы с подвижной нагрузкой выполняется из стали ВСтЗсп ГОСТ 380-94.

В условиях длительной эксплуатации рельсов к ним предъявляются следующие требования:

1. Сталь должна быть устойчивой против старения, то есть ее прочность с течением времени не должна снижаться. Этому условию удовлетворяют легированные и углеродистые стали.

2. Сталь должна хорошо свариваться. Чем больше углерода в стали, тем она хуже сваривается.

Этим условиям удовлетворяет сталь ВСтЗсп. Сталь ВСтЗсп предназначена для строительных и других рассчитываемых конструкций: корпусов, днищ, ферм, обечаек.

В табл. 1.1. представлен химический состав стали ВСтЗсп.

Таблица 1.1

С	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Cu	As	N
			Не более
0.14-0.22	0.40-0.65	0.12-0.30	0.04	0.05	0.3	0.3	0.3	0.08	-

Сталь низколегированная конструкционная по ГОСТ 5520-79, поставляется в виде листового, сортового и фасонного проката. Механические свойства листовой малоуглеродистой стали ВСтЗсп обыкновенного качества представлены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

ГОСТ	Состояние поставки	Сечение, мм
			Мпа
			Не менее
380-94	Сортовой и фасонный прокат	До 20	245	370		26

Параметры сварки малоуглеродистых сталей представлены в табл. 1.3

Таблица 1.3

Способ сварки	Электрод
	Тип по ГОСТ ам 9467-60 и 10052-62	Марка сварочной проволоки	Марка покрытия
Ручная	Э42	Св-08А (ГОСТ 2246-70)	АНО-1 (ГОСТ 9087-81)

4 Расчет стоек рамы на прочность и подбор сечения

Для расчета необходимо определить нагрузки, действующие на раму с учетом собственного веса рамы.

Вес балки необходимо определить по формуле:

(4.1)

где - масса 1 погонного метра балки, =27,3 кг;

l – длина балки, м.

Тогда общий вес балок составит:

Предварительно по ГОСТ 8239-85 выбираем профиль стоек в виде двутавра №24 [5], для которого : = 3460 , = 198 , = 289 , = 34,5 , = 9,97 см, = 2,37 см, = 163 , h = 240 мм, b = 115 мм, d = 5,6 мм, t = 9,5 мм, R = 10,5 мм, r = 4 мм, А = 34,8 , = 27,3 кг.

Вес стоек будет равен:

( 4.2)

Где - масса 1 погонного метра балки, = 27,3 кг;

Н – высота стоек, Н = 3 м

Общая нагрузка, действующая на 4 опоры фундамента, будет равна:

(4.3)

На одну опору будет действовать следующая нагрузка:

(4.4)

Расчет статически неопределимой рамы от внешних сил заключается в определении реакций опор и максимального изгибающего момента в опасных точках. Рассматриваемая рама (рисунок 4.1) представляет симметричную (геометрическую и упругую) систему (рисунок 4.2), т.к. ее геометрическая схема имеет ось симметрии. Жесткость (EJ1) симметрично расположенных элементов одинакова. В этом случае целесообразно основную систему гак же выбрать симметричной, разрезав раму по оси ее симметрии на две части. За лишние неизвестные принимаем внутренние усилия: продольную силу х1, поперечную силу х2 и изгибающий момент х3 в сечении.

Главные перемещения:

Побочные перемещения:

Грузовые перемещения (перемещения от заданной нагрузки):

Составляем систему уравнений:

Решив эту систему уравнений получим: = 0,697кН, , Из уравнений статики определяем опорные реакции для эквивалентной системы (рисунок 4.5), которые одновременно являются опорными реакциями для заданной рамы: = 0,386 кН*м, , = 0,386 кН*м.

Максимальный изгибающий момент Тогда напряжения составят:

( 4.6)

Т. е. условие прочности выполнено.