1 Исходные данные для прочностного расчета несущих элементов вагона

Для проведения прочностного расчета элементов и деталей вагона предварительно определяются следующие исходные данные.

1. Эксплуатационная внешняя нагрузка на вагон.

2. Величины статистических и динамических сил, действующих на несущие элементы вагона в различных условиях (режимах) эксплуатации.

3. Нормированный расчетный режим движения, включающий в себя указания расчетного сочетания усилий, возникающих при различных режимах движения.

4. Критерии прочности материалов, из которых изготовлены несущие элементы вагона.

5. Значения допускаемых напряжений для использованных материалов и запасов прочности, принимаемых при обеспечении прочности различных несущих элементов вагона.

6. Нормативные показатели надежности несущих элементов вагона.

В рассмотренном списке исходных данных наибольшее значение и основную трудность представляют данные о нагруженности элементов вагона и усилиях, действующих на элементы в процессе эксплуатации.

2 Определение статических сил, действующих на вагон

Для грузовых вагонов максимальная масса брутто ограничивается допускаемой величиной статистической осевой нагрузки и числом колесных пар в вагоне

При использовании полной грузоподъемности Р и тары Т сила тяжести вагона брутто вычисляется по формуле

С учетом статистическая нагрузка, действующая на любую несущую деталь, равна

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

m – число однотипных параллельно загруженных деталей.

Рассмотрим применение формулы (1.3) для определения вертикальной статистической нагрузки на рессорный комплект двухосной тележки грузового четырехосного вагона. В этом случае

где – вес двухосной тележки;

– вес надрессорной балки.

3 Приведение нагрузок, действующих на вагон к нормативным значениям

Расчет и проектирование вагонов определяется отраслевым стандартом «нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог…колеи 1520 мм (несамоходных)». (Далее - Нормы). Нормы обновляются раз в 10 лет и создаются и обновляются ВНИИЖТом и ГосНИИВом. Действие Норм распространяется на весь парк несамоходных вагонов.

Нормы регламентируются следующие предельные значения параметров:

• грузовые вагоны должны использоваться в поездах до 10000 т;

• масса пассажирских поездов не должна превышать 2000 т;

• пассажирские вагоны могут включаться в грузовые поезда массой до 5000 т.

Расчетная скорость движения грузовых поездов не должна превышать 33,3 м/сек (120 км/час), изотермических – 38,8 м/сек (140 км/час), пассажирских 44,4 м/сек (160 км/час).

Расчетная осевая нагрузка Р_о определяется по формуле:

,

где – вес брутто вагона;

n – число осей в одной тележке.

Помимо ограничения на осевую нагрузку P_o в соответствии с нормами накладываются и ограничения на статическую погонную нагрузку на путь от тележки, определяемую равенством

,

где – длина вагона по осям сцепления автосцепок. При этом должно выполняться равенство

.

Аналогичным образом ограничивается динамическая погонная нагрузка от тележки

,

где , – среднее и предельно допускаемые динамические погонные нагрузки от тележки;

– база тележки;

– условная длина общей расчетной зоны влияния крайних осей;

– расчетное значение коэффициента вертикальной динамики;