1 КН (100 кг). Определение вертикальной динамической нагрузки

В соответствии с нормами вертикальную динамическую нагрузку приближенно определяют умножением силы тяжести (веса) брутто на коэффициент вертикальной динамики К_дв. Сила тяжести вагона брутто включает в себя силу тяжести груза и элементов вагона, расположенных над рассматриваемой ступенью рессорного подвешивания, с учетом 1/3 силы тяжести самого рессорного подвешивания.

Коэффициент вертикальной динамики К_дв рассматривается как случайная функция с вероятностным распреде­лением:

(1.5)

Коэффициент К_дв определяется как квантиль этой функции при рас­четной вероятности р(К_дв) по формуле

(1.6)

где — среднее вероятное значение коэффициента вертикальной динамики;

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

При оценке прочности вагонов по допускаемым напряжениям, при­нятым согласно расчетным режимам, принимается р(К_дв) = 0,97.

Среднее вероятное значение определяется по формулам:

при скоростях движения вагона V  15 м/с (  55 ^км/_ч)

(1.7)

при скоростях движения вагона V < 15 ^м/_с

(1.8)

где а — коэффициент, принимаемый на основании обработки резуль­татов теоретических и экспериментальных исследований равным 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 (п) или группе тележек под одним концом вагона на величину коэффициен­та динамики:

(1.9)

v — расчетная скорость движения вагона, ^м/_с;

f_ст— статический прогиб рессорного подвешивания, м.

Рекомендуемые формулы справедливы для оценки верти­кальной динамики современных вагонов, установленных на тележках, имеющих фрикционное или гидравлическое демпфирующее устройство и статический прогиб рессорного подвешивания f_ст = 0,015 м. При статическом прогибе менее 0,015 м рекомендуется условно принимать

f_ст =0,015 м.

Определение боковой нагрузки, действующей на вагон

Рамная сила. При расчетах вагонов на боковую нагрузку учитывают силы динамического взаимодействия вагона и пути в горизонтальной плоскости (поперек пути), центробежные силы, силы давления ветра и поперечные составляющие сил взаимодействия вагонов друг с другом при движении в кривых участках пути.

На основании обработки результатов теоретических и экспериментальных исследований горизонтальных колебаний вагонов рекомендуется для расчета вагонов приближенно рассматривать боко­вую (рамную) силу Н_р, действующую от колесной пары на раму тележ­ки, как случайную функцию с вероятностным распределением:

. (1.10)

Величина рамной силы Н_Р определяется как квантиль этой функции при расчетной вероятности Р(Н_Р) по формуле

(1.11)

где Н_р — среднее вероятное значение рамной силы, которое опреде­ляется по выражению

(1.12)

Р_ст - расчетное значение статической осевой нагрузки;

— коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке;

b— коэффициент, учитывающий тип ходовых частей вагона. Для грузовых вагонов на безлюлечных тележках с большой горизонтальной жесткостью подвешивания =0,003, для пассажирских вагонов на безлюлечных тележках с пневмоподвешиванием = 0,0018, для пассажирских и изотермических вагонов на тележках с люлькой соответственно =0,0015 и 0,002. При расчетах на прочность по допускаемым напряжениям принима­ется Р(Н _р)= 0,97.

Центробежная сила Н_цб, возникающая при движении в кривых уча­стках пути, приложена к центру тяжести вагона и направлена горизон­тально поперек пути (рис. 1.1).

Рис. 1.1 Схема действия сил на вагон при движении по кривой с учетом

возвышения наружного рельса

Величина Н_цб определяется по формуле

(1.13)

где g — ускорение свободного падения тел;

R— радиус кривой.

Для уменьшения действия центробежной силы на подвижной состав, выравнивания уровня вертикальных сил, действующих на наружный и внутренний рельсы, в кривых участках пути наружный рельс уклады­вают выше внутреннего. Тогда боковая сила Н_нп, непогашенная возвы­шением наружного рельса в кривой, составит разность проекций сил Н_цб и Р_бр на горизонтальную ось наклоненного вагона:

(1.14)

где — угол, показанный на рисунке (вследствие его малости принимают cos=1; sin= )

Тогда в соответствии с формулами (1.13) и (1.14), получим:

(1.15)

где (1.16)

h— возвышение наружного рельса над внутренним;

2S — расстояние между кругами катания колесной пары.

Согласно Нормам, боковая сила, непогашенная возвышением наруж­ного рельса в кривой (Н_нп) и равная разности центробежной силы и горизонтальной составляющей силы тяжести, возникающей вследствие возвышения наружного рельса, с учетом коэффициентов динамики для грузовых вагонов принимается равной 7,5% от силы тяжести вагона брутто, ( _нп = 0,075), а для пассажирских и изотермических вагонов — 10% от силы тяжести брутто ( _нп = 0,1).

Необходимо учитывать отдельно центробежные силы кузова вагона и тележек, приложенные в соответствующих центрах масс кузова и тележек.

Для предварительных расчетов положение центра масс тележки принимается на уровне осей колесных пар, центра масс груженого кузо­ва вагона — на высоте от уровня осей колесных пар, равном для пассажирских вагонов 1,7 м, для грузовых и изотермических вагонов —