2015-05-18
1868
Силы взаимодействия кузова и тележки непосредственно воздействуют на надрессорную балку тележки или шкворневую балку, (через пятник и скользуны) или на соединительную балку тележки. Используются и рассматриваются 2 схемы нагружения – с опиранием на подпятник и с опиранием на скользуны.
Схема 1. В этом случае через подпятник передается вертикальная статическач нагрузка и динамические силы, возникающие от колебаний вагона на рессорах и сил инерции кузова. Боковые горизонтальные нагрузки на кузов отсутствуют.
Схема 2. Кроме сил, учитываемых в схеме 1, к надрессорной (шкворневой) балке прикладываются вертикальные и горизонтальные усилия, возникающие при прохождении кривого участка пути расчетного радиуса и действия ветровой нагрузки, направленной в туже сторону, что нагрузка от центробежных сил. Для каждой из схем рассматривается воздействие двух типов сил: вертикальных и горизонтальных.
Рисунок. Конструктивные и расчетные схемы надрессорной балки.
 |
Конструктивная схема 1.
|
|
|
Схема 1 – опирание кузова на тележку через подпятник
 |
Конструктивная схема 2.
Схема 2 – опирание кузова на тележку через скользуны
Под действием расчетного усилия P, приложенного в центре подпятника, вызванного статической и динамическими нагрузками, силы 
, возникающей от продольных сил инерции при торможении, и усилий вызванных движением по кривому участку пути (
), в материале рамы возникают внутренние напряжения. Эпюра изгибающих моментов в сечения рамы имеет при этом, для конструктивной схемы 1, форму треугольника. Максимальный изгибающий момент действует в этом случае в среднем сечении I–I
(10.10)
где 
– половина расстояния между центрами рессорных комплектов
В сечении II–II (по скользуну)
, (10.11)
где 
– расстояние от центра рессорного комплекта до середины скользуна.
Во второй конструктивной схеме, нагрузка на тележку передается через скользун, учитываются центробежные и ветровые нагрузки:
– горизонтальная сила H, действующая от пятника вагона на подпятник надрессорной балки
, (10.12)
где 
и 
соответственно центробежная и ветровая силы.
– вертикальная сила 
, приложенная к одному из скользунов, вызванная действием центробежной и ветровой нагрузки
, (10.13)
где 
и 
– соответствующие расстояния от центра тяжести кузова и центра площади боковой его поверхности до плоскости опорной поверхности пятников; соотношение (10.4) соответствует условию равновесия кузова под действием моментов, поворачивающих вагон относительно его продольной оси, проходящей через центр тяжести вагона.
Существенно, что на расчетной схеме 2, в случае опирания на скользуны, сила , приложенная к правому скользуну, действует вверх. Отрыв кузова от скользуна при этом не происходит за счет действия веса кузова. К левому скользуну соответствующая сила приложена так, что уравновешивают силу, приложенную к правому скользуну действует вверх.
|
|
|
Горизонтальные реакции левой и правой опор надрессорной балки одинаковы, равны 
и уравновешиваю горизонтальную силу Н, приложенную к подпятнику.
Для схемы 2 дополнительные вертикальные реакции опор надрессорной балки 
, возникающие от действия боковых горизонтальных нагрузок определяются из равенства моментов пар сил
, (10.14)
где 
– вертикальная сила, действующая на скользун из соотношения (10.14) для 
, в случае конструктивной схемы 2 получаем
. (10.15)
В случае конструктивной схемы 1 (отрыв одного из скользунов)
. (10.16)
В сечении I–I надрессорной балки для расчетной схемы 2 (горизонтальные силы учитываются, пунктирная линия) для изгибающего момента 
, получаем
(10.17)
Изгибающий момент по сравнению с расчетной схемой 1 уменьшается.
В сечении II–II (по скользуну) изгибающий момент в расчетной схеме 2 увеличивается по сравнению со случаем расчетной схемы 1.
. (10.18)
Из указанных особенностей расчетных и конструктивных схем надрессорной балки следует, что при расчетной оценке прочности ее средних сечений следует использовать первую расчетную схему (без учета горизонтальных сил). Соответственно при расчете сечений по скользуну следует использовать расчетную схему 2, учитывающую центробежную и ветровую нагрузки.
После определения изгибающих моментов значения изгибных напряжений, возникающих в сечениях балки от действия вертикальных сил, могут быть определены по формуле
, (10.19)
где 
– изгибающий момент в расчетном сечении,
– момент сопротивления соответствующего сечения балки,
i – номер расчетного сечения.
Замечание. В приближенных расчетах надрессорной балки действие горизонтальных нагрузок может быть учтено увеличением на 20% расчетных напряжений от вертикальных сил. При этом прочность балки в расчетном сечении будет определяться выполнением соотношения
, (10.20)
где 
– допускаемые напряжения для материала балки. Как правило, в отечественных тележках либо сталь 09Г2С, изготавливаемая в паковках, либо сталь 20ГЛ, изготавливаемая в отливках. В случае литья допускаемые напряжения для стали существенно ниже (на 30-40%), чем у аналогичных по химическому составу сталей, поставляемых в виде паковок или проката.
При оценке прочности конструктивной схемы 2 учитывается, что нагрузка от кузова воспринимается надрессорной балкой через скользуны. В этом случае также используется 2 расчетные схемы. 1 – без учета центробежной и ветровой нагрузки, 2 – с их учетом. Вертикальная нагрузка от центробежной силы и ветра определяется для конструктивной схемы 2 соотношением
. (10.21)
Дополнительные реакции опор определяются из условия равновесия кузов под действием пар сил
. (10.22)
Изгибающий момент в среднем сечении для расчетной схемы 1 и расчетной схемы 2 будет одинаков
. (10.23)
При оценке прочности балки в сечении II–II
. (10.24)
Напряжения и условия прочности оцениваются по тем же формулам, что и в случае конструктивной схемы 1.
