6. Расчет кузова как балки на 2-х опорах.

6.1.Формирование поперечного сечения кузова

Проектируемая сборочная единица должна быть совершеннее, чем такая же сборочная единица вагона-аналога. Улучшение достигается за счет следующего:

- применения более прочных и коррозионностойких материалов, что позволяет уменьшить площади поперечных сечений несущих элементов и снизить тару;

- применения для несущих элементов оптимальных профилей, позволяющих снизить тару и уменьшить стоимость сборочной единицы;

- применения более прогрессивных конструкторских решений, позволяющих облегчить процесс сборки и повысить надежность узлов соединения несущих элементов.

Для этого сформируем эскиз сборочной единицы поперечного сечения. В качестве верхней обвязки используем гнутый замкнутый прямоугольный профиль (для облегчения конструкции), вместо предыдущего. Также заменим омегообразный профиль стойки на швеллер №12. Для несущих элементов кузова используем вместо сталей 09Г2Д 10ХНДП сталь 10ХСНД,- это позволит уменьшить толщину листового материала балок рамы. В результате добьемся снижения тары проектируемого вагона.

Поперечное сечение кузова имеет следующий вид:

Рис.4 Поперечное сечение кузова

Геометрические характеристики рассчитаем в табличной форме (см. таблицу 2).

Таблица 2

Геометрические характеристики элементов кузова

Элемент и его №
1.Хр.балка	178,8	16,5	2950,2	48678,3	27862,5
2.Уголок №160˟100˟10	50,56	35,23	1781,23	62752,7	1333,2
3.Обшивка	255,14	151,95	38760,86	5889712,67	1441752,08
4.Обвязка верх.	45,12	268,9	12132,77	3262501,3	873,44
5.Продольная балка с полом	211,3	25,5	5388,15	137397,8	3274
∑	740,92	-	61013,21	9401042,77	1475095,22

В таблице использованы следующие обозначения:

- площадь поперечного сечения i-того элемента;

- координата центра тяжести сечения i-того элемента в принятой системе координат;

- осевой момент инерции i-того элемента относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести сечения i-того. Ось ОХ проводим через центр тяжести сечения хребтовой балки.

Рассчитаем координату yo центра тяжести всего сечения

Вычислим осевой момент инерции всего сечения относительно оси ОХ, проходящей через центр тяжести сечения

где - высота всех элементов поперечного сечения кузова.

6.2.Проверка размеров поперечного сечения кузова проектируемого вагона по условию прочности

Для проверки правильности принятых размеров поперечного сечения будем использовать приближенный расчет как балки, а также расчет по II основной системе, предложенный проф. Никольским Е.Н.

6.2.1. Прикидочный расчет как балки на 2-х опорах

На стадии эскизного проектирования для проверки прочности можно воспользоваться приближенной расчетной схемой кузова как балки на двух опорах-пятниках. Расчет необходимо выполнить на нагрузки, предусмотрены I и III расчетными режимами «Норм проектирования вагонов». Целесообразно вначале рассчитать кузов на вертикальную статическую нагрузку.

Рис.5 Схема нагружения кузова как балки на 2-х опорах

Напряжения, возникающие в сечениях кузова, можно рассчитать по следующей формуле:

,

где q – вертикальная распределенная нагрузка,

где Q_бр.куз – вес брутто кузова вагона,

e – эксцентриситет приложения продольной нагрузки относительно центра тяжести кузова.

При расчете напряжений в среднем сечении кузова по I расчетному режиму учитывается вертикальная статическая нагрузка, равная весу кузова вагона с грузом, и продольная по осям сцепления автосцепок: сжимающая N = 3,0 МН и растягивающая N = 2,5 МН.

Для определения напряжений в среднем сечении кузова по III расчетному режиму (режим движения вагона с конструкционной скоростью) следует учесть влияние на вагон динамической и боковой нагрузок.

Вертикальная динамическая нагрузка зависит от величины коэффициента вертикальной динамикиК_дв, который определим по следующей зависимости:

,

где β – параметр распределения, для грузовых вагонов;

р(Кдв) - доверительная вероятность, по Нормам;

–среднее значение коэффициента вертикальной динамики:

,

где а = 0,05 – коэффициент, принимаемый для элементов кузова;

–коэффициент, учитывающий влияние числа осей под одним концом вагона;

n – количество осей под одним концом вагона;

V– конструкционная скорость;

f_ст.- статический прогиб рессорного комплекта.

Влияние боковых сил учтем с помощью коэффициента боковых сил .

Вертикальная распределенная нагрузка составит:

Машинограммы представлены далее.

Результаты прикидочного расчета кузова как балки на двух опорах