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)

2. Расчет реакций опор, перерезывающих сил и изгибающих моментов ригеля

2.1. Определение реакций опор

При решении подавляющего числа инженерных задач, рассматривающих действие подвижной нагрузки, прибегают к расчету по так называемому методу линий влияния. Этот метод основан на использовании принципа независимости действия сил, согласно которому каждая из сил, действующих на упругое тело, создает определенный, соответствующий данной силе эффект вне зависимости от действия других сил на то же тело. Таким образом, суммарный эффект от действия системы сил равен сумме результатов от действия каждой из сил.

Пусть на балке аb (рис. 2.1а) перемещается груз Р. Предположим, что груз в данный момент находится на расстоянии x от опоры а. Из уравнения моментов всех сил относительно опоры b находим:

(2.1)

Поскольку переменная х входит в уравнение в первой степени, линия влияния опорной реакции А (рис. 2.16) будет изменяться по линейному закону (l - х)/Н и для ее нахождения требуются две ординаты: А = Р = 3 кН при х = 0 и А = 0 при х = l. Аналогично может быть построена линия влияния и для опорной реакции В, причем:

(2.2)

Рисунок 2.1

2.2 Определение перерезывающих сил и изгибающих моментов

Рассмотрим сечение к балки аb (рисунок 2.2а), находящееся на расстоянии а_k от левой опоры и b_k от правой опоры. Очевидно, что максимальный изгибающий момент будет в центре балки, т.е. а_k = b_k = l/2 = 3/2 = 1,5 м. Линия изгибающего момента представлена на рис. 2.2б. Пока груз Р находится правее сечения к, левее сечения из внешних сил имеется только опорная реакция A, и момент в сечении к равен:

М_k = А∙а_К. (2.3)

При x = 0 М_k = Р∙а_к;

при x = l М_k = 0

По этому уравнению строится правая ветвь линии влияния, где находится груз Р. При нахождении груза левее сечения k удобнее рассматривать правую часть балки, так как из внешних сил в правой части остается одна опорная реакция В и можно записать:

M_k = B∙b_k (2.4)

При x = 0 M_k = 0

при х = l М_k = Р∙b_k ;

По этим данным строится левая ветвь линии влияния.

Линии влияния изгибающего момента M_k и перерезывающей силы Q_k .

Рисунок 2.2

Как видно, обе ветви линии влияния пересекаются под сечением к. Ордината линии влияния в этом случае имеет максимальное значение и равна a_k∙b_k/l. При определении знака линии влияния будем считать момент положительным, если он вызывает растяжение в нижнем волокне. Положительные значения ординат линии влияния изгибающих моментов будем откладывать со стороны растянутого волокна.

Согласно (2.3) и рисунку (2.3а,б)

=P·,

где -ордината Л.В.

=4··0,5=2·кг,

=P·,

где -ордината Л.В..

=4·0,5=2·кг.

Проверка +=P=2·+2·=4·кH·м.

Перерезывающие силы (рис.2.3,в)

=P-=0

Изгибающий момент(рис.2.3,г)

=P·,

где -ордината

=4··2=8·кг·.

Линия влияния перерезывающей силы Q_k представлена на рис. 2.2в. При этом Q_k будет положительной, если внутренние силы в сечении k стремятся вращать отдельные части балки относительно ее опор по часовой стрелке. В противном случае убудет отрицательной (рисунок 2.2г).

Нагрузки при расчетах по методу допускаемых напряжений и величина запасов прочности при расчетах по методу допускаемых напряжений приведены в таблицах 12.2 и 12.3 Рудицын М.Н., Артёмов П.Я. Справочное пособие по сопротивлению материалов. 1961 [стр.145]

Следует отметить, что при определении реакций опор и перерезывающих сил ординаты линий влияния являются безразмерными величинами, а при определении изгибающих моментов - имеют единицы измерения длины.

Для стали ВСт3сп подбираем балку в виде двутавра. Для определения номера профиля двутавра используем формулу:

(2.9)

где W – момент сопротивления, м³; М – максимальный изгибающий момент, Н∙м; [σ] – допускаемое напряжение, для стали ВСтЗсп [σ] = 140 МПа.

По значению W выбираем по ГОСТ 8239-76 двутавр №12 [5], для которого: J_z = 436 см⁴, J_y = 46.9 см⁴, W_z = 72.7 см³, W_y = 112.7 см³, S_x= 17.8 см², h = 120 мм, b = 74 мм, d = 5 мм, t = 8.4 мм, R = 8,5 мм, A = 20,2 см² , G_п.м. = 14.0 кг.