Модуль3. Конструирование и расчет вагонов КР ПР2

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2

Определение нагрузок на кузова грузовых и пассажирских вагонов.

Расчетные схемы кузовов

Цель работы: изучить нагрузки, действующие на кузова грузовых и пассажирских
вагонов, учитываемые при расчетах на прочность.

Краткие сведения из теории

При оценке прочности элементов кузова необходимо рассматривать сочетания
действия отдельных схем приложения расчетных нагрузок. Такие схемы используются
для построения расчетных схем кузовов вагонов. Схемы приложения нагрузок,
учитываемых режимами норм при расчёте кузовов вагонов показаны на рис. 2.1.

Рис. 2.1 Схемы приложения нагрузок, учитываемых режимами норм при расчёте кузовов
вагонов: а - продольная квазистатическая сила сжатия; б - продольная квазистатическая
сила растяжения; в - вертикальная сила из-за эксцентриситета между осями автосцепок;
г - поперечные силы в кривых при квазистатическом сжатии; д - поперечные силы в
кривых при квазистатическом растяжении; е – вертикальная нагрузка от массы груза и
собственной массы (показана условно равномерно распределённой по длине – в каждом
конкретном случае имеет свой характер распределения); ж - кососимметричная нагрузка
(для вагонов с базой более 16 м); з - удар в автосцепку; и - рывок

На схемах приняты следующие обозначения:

2L_p - длина кузова по раме;

2L_3y, 2L_ny - расстояния между опорными поверхностями задних и передних упоров
автосцепки соответственно;

21б - база вагона;

b - выбирается по расчетной схеме, соответствующей конкретному вагону.

В частности, это может быть расстояние от оси скользуна до оси пятника:

а = (2Lp - 2Lny) / 2; с = (2Lp - 2Цу) /2;

q - равномерно распределённая нагрузка от массы груза и собственной массы
кузова;

п - распределённая нагрузка, представляющая собой силу инерции,
уравновешивающая силу удара N;

п_Т - сила инерции тележки.

В схемах на рис. 2.1 кузов представляется в виде пространственной проекции
вертикальной плоскости, проходящей через пятниковые сечения.

Анализируя отдельные схемы на рис. 2.1, можно сформировать суммарные
нагружения кузова по режимам норм. Оценка сил по I и III расчетным режимам может
быть получена путем наложения отдельных схем. В каждой из приведенных схем
приложения нагрузок при расчете кузова проектируемого вагона должны быть также
учтены дополнительные силы, обусловленные спецификой конструкции (внутреннее
давление, распор и др.).

Таким образом, при выборе расчетной схемы кузова проектируемого вагона для
последующего расчета на прочность любыми из существующих специализированных
расчетных комплексов на ЭВМ, основное внимание следует уделять выбору и
правильному приложению действующих нагрузок.

Нормами для расчета и проектирования вагонов установлены два основных и один
дополнительный расчетные режимы нагружения.

Расчетному режиму I для грузовых вагонов соответствуют усилия, возникающие
при трогании состава повышенной массы и длины и его осаживания (торможения), при
производстве маневровых работ, соударении и экстренном торможении, а для
пассажирских вагонов - усилия, возникающие от ударов и толчков при маневрах и
аварийных соударениях. Величины продольных нагрузок для I режима при расчете на
прочность кузовов вагонов принимаются равными:

при действии сжимающих сил квазистатические силы и силы при ударных
процессах для грузовых вагонов основных типов составляют соответственно 3 и 3,5 МН;
для изотермических вагонов, хоппер-дозаторов и вагонов-самосвалов - 2,5 и 3 МН; для
пассажирских вагонов всех типов - 2,5 МН в обоих случаях;

при действии растягивающих сил квазистатические силы и силы при рывках для
грузовых вагонов и изотермических вагонов составляют 2,5 МН в обоих случаях; для
пассажирских вагонов - 1,5 и 2 МН соответственно.

Дополнительный специальный расчетный режим II устанавливается для отдельных
типов вагонов, а необходимость проведения расчета указывается в техническом задании
на проектирование. При расчетах учитывают силы, создающие неблагоприятное

сочетание нагрузок для данного типа вагона при ремонтных операциях, погрузочно-
разгрузочных работах и т.д.

Расчетному режиму III в условиях эксплуатации соответствуют силы,

возникающие при движении вагона в составе поезда при умеренных рывках и толчках и
периодических служебных торможениях. Продольные сжимающие и растягивающие
силы (квазистатические силы и силы при ударных процессах и рывках) при расчете по III
режиму для всех вагонов принимаются равными 1 МН.

Вертикальную статическую нагрузку, действующую от кузова вагона брутто
можно определить вычитая из силы тяжести брутто вагона силу тяжести тележек.
Реакции, возникающие при этом в подпятниках будут вдвое меньше. Равномерно
распределённая нагрузка q (рис. 2.1 е) определяется по формуле:

Р -2Р

бр Т

q=—----,

2LP

где Р_бр – сила тяжести брутто вагона (вес вагона с грузом), т;

РТ – сила тяжести одной тележки, т;

2L_P – длина рамы вагона, м.

Сила тяжести брутто пассажирского вагона определяется по формуле:

Рбр = п · mпас + Т,

(2.1)

(2.2)

где Т – тара вагона, т;

• n – расчетная населенность вагона, чел.;
• mпас – средняя масса одного пассажира с багажом. Для вагонов дальнего
  следования m_пас = 0,1 т.

Для почтовых, багажных и почтово-багажных вагонов к сумме в формуле (2.2)
следует прибавить грузоподъемность вагона.

Порядок выполнения работы

• 1) Вариант выбирается согласно последним цифрам личного шифра (логина),
  например:

Логин ХХ-ХХ-7 Вариант 7

Логин ХХ-ХХ-17 Вариант 17

Выбрать свой вариант из таблицы 2.1 – вагон, для которого необходимо выполнить
расчет.

• 2) Указать величину продольных нагрузок для I и III режимов при расчете на
  прочность кузовов вагонов заданного варианта.
• 3) Провести расчёт вертикальной статической нагрузки, действующей от кузова
  вагона брутто; реакций, возникающие при этом в подпятниках и равномерно

распределённой нагрузки. Сила тяжести тележки и длина рамы вагона принимается
студентом применительно к вагону заданного варианта по источникам [1, 4, 5].

• 4) Оформить отчёт о проделанной работе.

Варианты заданий

Таблица 2.1

Содержание отчета

Тема занятий; дата выполнения; цель работы; результаты работы; ответы на
контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

• 1) Опишите конструкцию рамы грузового вагона.
• 2) Где располагаются пятники, которые служат для опирания кузовов грузовых
  вагонов на ходовые части?
• 3) Что называется базой вагона?