Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Вагоны Минимаркер Силы, действующие на колесную пару

Силы, действующие на колесную пару

Страница 9 из 12

Для расчета на прочность колесной пары, как и любой другой части вагона, необходимо:

  • определить действующие на нее силы;
  • установить возникающие в ее элементах напряжения;
  • оценить прочность и долговечность рассматриваемой конструкции.

Колесная пара испытывает воздействие почти всех нагрузок, действующих на вагон. Определим те из них, которые наиболее существенно влияют на прочность колесной пары и учитываются в расчете оси, разработанном ВНИИЖТ.

Вертикальная статическая нагрузка груженого вагона (брутто), приходящаяся на шейку оси, вычисляется по формуле

16042014_f27

где mбр – масса вагона брутто;

m0 – число колесных пар в вагоне;

mкп – масса колесной пары;

mш – масса консольной части оси (от торца оси до плоскости круга катания колеса);

g – ускорение силы тяжести;

16042014_f28 – средняя величина коэффициента использования грузоподъемности вагона (для пассажирских вагонов 16042014_f28 = 1). Следовательно, по формуле (1) в нагрузку шейки включается часть веса оси колесной пары и учитывается неполное использование грузоподъемности при эксплуатации вагонов.

Вертикальная динамическая нагрузка, обусловленная колебаниями обрессоренных колес, определяется по формуле

Pд = Pстkд,

где kд – коэффициент вертикальной динамики.

На основе статистической обработки опытных данных и теоретического анализа с учетом вероятности повторения динамических нагрузок ВНИИЖТ рекомендует формулу

16042014_f29

Здесь λв – величина, зависящая от осности тележки;

А – величина, зависящая от гибкости рессорного подвешивания вагона;

В – величина, зависящая от типа вагона;

υ – скорость движения вагона, м/с;

fст – статический прогиб рессорного подвешивания, м.

Значения величин А, В и λв приведены в таблице 1.

Таблица 1

16042014_t1

Величины, заказанные в таблице 1 установлены для грузовых вагонов с тележками одинарного подвешивания при fст = 0,018÷0,05 м и для пассажирских вагонов с тележками двойного подвешивания при fст ≥ 0,l м.

Учитывая несимметричность колебаний, вертикальную динамическую нагрузку считают приложенной к одной шейке, а на другой ее принимают равной нулю.

Вертикальная нагрузка от центробежной силы, загружающая одну шейку и разгружающая другую, составляет

16042014_f30

где Нц – центробежная сила вагона, приходящаяся на одну колесную пару;

hц – высота центра массы вагона от оси колесной пары;

2b2 – расстояние между серединами шеек оси.

Вертикальная нагрузка от давления ветра на боковую поверхность вагона, загружающая одну шейку оси и разгружающая другую, определяется формулой

16042014_f31

Где Hв – давление ветра, действующее на вагон;

hв – расстояние от равнодействующей давления ветра до оси колесной пары.

Вследствие медленного изменения во времени центробежной силы и давления ветра вероятность их повторения принимается равной единице и они учитываются так же, как статическая нагрузка. Суммарная вертикальная нагрузка:

на левую шейку (рис. 1)

16042014_f32

на правую шейку

16042014_f33

Схема сил, загружающих колесную пару

Рис. 1 – Схема сил, загружающих колесную пару

Горизонтальные нагрузки от центробежной силы и давления ветра вместе с усилиями взаимодействия колес с рельсами при движении вагона по кривой, которые изучаются в курсе «Динамика вагона», приводятся к боковому давлению Н1 приложенному к колесу, движущемуся по наружному рельсу кривой, и к силе трения Н2, возникающей в месте контакта второго колеса с рельсом. Эта сила

Н2 = μNв,

где μ – коэффициент трения при скольжении колеса по рельсу в поперечном направлении (μ = 0,25);

Nв – вертикальная нагрузка движущегося по внутреннему рельсу колеса на этот рельс.

Силы Н1 и Н2 уравновешиваются реакцией рамы тележки, называемой поперечной рамной силой H и определяемой формулой

16042014_f34

где kг – коэффициент горизонтальной динамики. Согласно анализу экспериментальных данных

kг = λгδ(0,038+0,0038υ).

Здесь λг – величина, зависящая от осности тележки, а δ – от гибкости рессорного подвешивания (см. таблицу 1). Зная величину силы H и H2, найдем

H1 = Н+H2.

Вертикальная нагрузка от сил инерции необрессоренных масс, действующая:

на левую шейку оси

Pn1 = m1j1; (3)

на правую шейку

Pn2 = m2j2; (4)

где m1 и m2 – суммы несбрессоренных масс частей, приходящихся на левую и правую шейки соответственно;

j1 и j2 – ускорения соответственно левого и правого буксовых узлов.

При определении m1 и m1 в них включают массу mш консольной части оси, массу буксы mб и массу опирающихся на буксу деталей mp. Для тележек грузовых вагонов с центральным рессорным подвешиванием mp представляет собой половину массы боковой рамы и рессорного комплекта, а для тележек пассажирских вагонов – половину массы буксовых пружин, а также массы укрепленных на буксе карданного привода генератора, противоюзного устройства и других частей (при их наличии).

В расчете учитывают только низкочастотные ускорения (с частотами до 100 Гц), поскольку ими определяется основная нагрузка оси, причем колесную пару в этом случае можно рассматривать в качестве абсолютно жесткого тела. Принимается условие, обычно возникающее при движении колесной пары по неровностям рельсов: наличие вертикального ускорения одного (в данном случае левого) колеса и отсутствие ускорения другого (правого).

Для принимаемого здесь линейного изменения ускорений по длине оси (см. рис. 1) ускорение левого колеса

16042014_f35

ускорение правого буксового узла

16042014_f36

ускорение средней части оси

16042014_f37

где 2s – расстояние между кругами катания колесной пары;

l2 – расстояние от середины шейки оси до плоскости круга катания колеса. Сила инерции колеса

Pнk = mkjk, (5)

где mк – масса колеса.

Сила инерции средней части оси принимается в виде сосредоточенной нагрузки, соответствующей равнодействующей распределенных по длине сил инерции. Она составляет

16042014_f38

где mc – масса средней части оси; приложена на расстоянии 2/3s от плоскости круга катания левого колеса.

Силы Рн1 и Рн2 могут быть приложенными с эксцентриситетами l1 и l5 относительно середин шеек оси. Как следует из (рис. 1), сила Рн1 загружает левую шейку, а сила Рн2 разгружает правую шейку.

Если на средней части оси укреплен редуктор или шкив привода генератора, то дополнительно учитывают соответствующие силы инерции.

Из формул (3), (4), (5) и (6) следует, что величина рассматриваемых сил зависит от массы необрессоренных частей вагона и их ускорений, которые при неблагоприятных условиях достигают большой величины (до 50g). Поэтому для уменьшения сил инерции целесообразно применять полые оси, облегченные колеса и другие необрессоренные элементы малой массы, снижать жесткость пути, устранять дефекты колес (выбоины, ползуны, неравномерный прокат, неуравновешенность и т. п.), особенно внимательно следить за состоянием пути и колесных пар в зимнее время.

На основе обработки экспериментальных данных и результатов теоретических исследований ускорение левого буксового узла

16042014_f39

где D – коэффициент, зависящий от типа вагона и скорости движения (см. таблицу 1);

mн – сумма масс необрессоренных частей, опирающихся на рельс:

16042014_f40

Здесь mкп, mб и mp имеют прежние значения.

Вертикальные реакции рельсов, определенные из условий равновесия (равенство нулю суммы моментов всех рассматриваемых сил относительно точек контакта колес с рельсами), составляют:

16042014_f41

где r – радиус колеса;

r1 – радиус шейки оси (при роликовых подшипниках в этих и последующих формулах допустимо принимать г1 = 0).


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика