Модуль3. Конструирование и расчет вагонов КР ПР1

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

Нагрузка на элементы рессорного подвешивания. Расчет параметров подвешивания.

Оценка их надежности

Цель работы: ознакомиться с нагрузками, действующими на элементы рессорного
подвешивания, методами оценки надежности элементов рессорного подвешивания.
Выполнить расчет параметров подвешивания.

Краткие сведения из теории

Рессорное подвешивание является одним из важнейших элементов ходовых частей,

от которых зависит плавность хода вагона.

Рессорное подвешивание состоит из упругих элементов, возвращающих устройств
и гасителей колебаний.

В качестве упругих элементов применяют витые стальные пружины, резиновые,

пневматические, торсионные, тарельчатые, кольцевые и др. типы упругих элементов, а

также стальные листовые рессоры.

Упругие элементы подвешивания характеризуются жесткостью и гибкостью.
Критерием выбора жесткости упругих элементов является качество хода вагона:

устойчивость колеса против схода с рельсов, плавность хода, динамические качества

тележки и ее воздействие на железнодорожный путь.

Жесткость упругого элемента определяется по формуле:

P

с = —,

f

где Р – сила, приходящаяся на упругий элемент, Н;

f – прогиб упругого элемента под действием этой силы, м.
Гибкость упругого элемента определяется по формуле:

л = 1 = f

ñP

(1.1)

(1.2)

Для параллельно расположенных упругих элементов жесткость всего комплекта
определяется по формуле:

n

С = 2 Ci

i=1

(1.3)

При последовательном расположении упругих элементов жесткость определяется
по формуле:

-=L-

С ^C

(1.4)

На основании опыта теоретических и экспериментальных исследований для
тележек пассажирских вагонов общего назначения суммарный статический прогиб
рессорного подвешивания под тарой должен быть 150-200 мм для скоростей до 160 км/ч
и 230-280 мм для скоростей до 200 км/ч; для тележек почтовых и багажных вагонов под

массой брутто 130-180 мм, изотермических под массой брутто 80-120 мм и грузовых под
массой брутто 45-65 мм.

Полный расчетный прогиб получается из расчетного статического, умноженного
на коэффициент конструктивного запаса прогиба, который для тележек грузовых вагонов
с прогибом до 50 мм принимается равным 1,8, свыше 50 мм – 1,75; для изотермических
вагонов – 1,65; почтовых, багажных и пассажирских – 1,5.

Статическая сила вагона брутто, приходящаяся на упругий элемент, определяется
по формуле:

Р

ст

Р- - Р

бр нч

п_э

(1.5)

где Рбр – масса вагона брутто (вес вагона с грузом), т;

Рнч – масса необрессоренных частей вагона, для четырехосных грузовых вагонов
Р_нч = 8,8 т; для восьмиосных грузовых вагонов Р_нч = 17,6 т;

пэ – число параллельно нагруженных упругих элементов (при расчете двухрядной
пружины принимается равным количеству двухрядных пружин в вагоне).

Наибольшая вертикальная расчетная сила, действующая на упругий элемент (с
учетом коэффициента конструктивного запаса прогиба) определяется по формуле:

Рр = Рст · Ккз , (1.6)

где К_кз – коэффициент конструктивного запаса прогиба упругого элемента,

учитывающий динамические нагрузки.

Вертикальная жесткость цилиндрической пружины (в MH/м) определяется по
формуле:

С =

Gd⁴

8D³n^,

(1.7)

где G – модуль сдвига, МПа;

d – диаметр прутка пружины, для наружных пружин тележек грузовых вагонов d =
0,03 м, для внутренних пружин тележек грузовых вагонов d = 0,019 м;

D – средний диаметр пружины, для наружных пружин тележек грузовых вагонов
D = 0,17 м, для внутренних пружин тележек грузовых вагонов D = 0,105 м;

n – число рабочих витков пружины, для наружных пружин тележек грузовых
вагонов n = 4,2, для внутренних пружин тележек грузовых вагонов n = 7,2.

Модуль сдвига определяется по формуле:

G=0,385Е, (1.8)

где Е – модуль упругости материала пружины, для стальных пружин
Е =2,1·10⁵ МПа.

При расчете на прочность двухрядных пружин вертикальные силы, действующие
на наружную Рн и внутреннюю Рв пружины определяются пропорционально их

жесткостям:

РсРс
ннвв

Р с^; Р с^;

(1.9)

где Р – вертикальная сила, действующая на двухрядную пружину, т;

с – жесткость двухрядной пружины, MH/м;

с_н - жесткость наружной пружины, MH/м;

св - жесткость внутренней пружины, MH/м.

Касательные напряжения, возникающие в пружине, определяются по формуле:

τ=

16РR

₃ ξ;
π⋅d³

(1.10)

где Р – вертикальная сила, действующая на пружину, МН;

R – средний радиус пружины, м;

ξ - поправочный коэффициент кривизны витой пружины, определяемый по
формуле:

_ξ=1+1,25₊0,875_{, (1.11)}

т т²

где m=D/d – индекс пружины.

Прочность пружины будет обеспечена при выполнении условия:

τ≤[τ], (1.12)

где [τ] - допускаемые касательные напряжения, МПа.

Для пружин по ГОСТ 1452-79 с круглым сечением витков при расчете на
прочность [τ] = 750 МПа для сталей 55С2, 55С2А и 60С2 и [τ] = 1050 МПа для стали
60С2ХФА.

Порядок выполнения работы

• 1) Согласно последней цифре личного шифра (логина) выбрать свой вариант из
  таблицы 1.1 – вагон, для которого необходимо выполнить расчет.
• 2) Провести расчёт на прочность двухрядной пружины рессорного комплекта
  тележки грузового вагона. Статическая нагрузка вагона и тара принимается студентом
  применительно к вагону заданного варианта по источнику [4].

Порядок выполнения расчета:

• а) определить статическую силу в тоннах, приходящуюся на двухрядную пружину,
  по формуле (1.5);
• б) определить наибольшую вертикальную расчетную силу в тоннах, действующую
  на двухрядную пружину с учетом коэффициента конструктивного запаса прогиба, по
  формуле (1.6);
• в) перевести полученный результат в МН, для чего его необходимо умножить на
  9,81·10^-3;
• г) определить жесткости внутренней и наружной пружины по формуле (1.7);
• д) определить жесткость двухрядной пружины по формуле (1.3);
• е) определить вертикальные силы, действующие на наружную и внутреннюю
  пружины по формуле (1.9);
• ж) определить поправочный коэффициент кривизны витой пружины по формуле
  (1.11);
• з) определить касательные напряжения, возникающие во внутренней и наружной
  пружине, по формуле (1.10);
• и) сравнить полученные значения напряжений в материале пружин с
  допускаемыми значениями, выбрать материал пружин, подходящий по расчету на
  прочность.
• 3) Оформить отчёт о проделанной работе.

Таблица 1.1

Варианты заданий

Содержание отчета

Тема занятий; дата проведения работы; цель работы; результаты работы (расчет на
прочность двухрядной пружины); ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

• 1) Как определить жесткость упругого элемента?
• 2) По какой формуле производится определение жесткости комплекта
  последовательно расположенных упругих элементов?
• 3) Перечислите марки стали для изготовления вагонных пружин.