Материалы и допускаемые напряжения

Детали и узлы вагона воспринимают значительные статические нагрузки в течение эксплуатации. На основании накопленного опыта эксплуатации и исследования ВНИИЖТ вагоны изготавливают из сталей, имеющих следующие характеристики:

- временное сопротивление разрыва σ = 500-550 мПа;

- предел текучести σт = 400 мПа;

- относительное удлинение δ = 21%;

- предел выносливости при изгибе σ ≥210-230 мПа;

- минимальное содержание серы и фосфора.

Наиболее распространенный материал для рамы и кузова – сталь низколегированная 09Г2Д.

Для стали 09Г2Д: σ = 450 мПа; σт = 310 мПа; δ = 21%; Е = 2,1∙105мПа.

Для расчетных режимов І и ІІІ допускаемые напряжения:

[σ]І = 0,85∙ σт = 270 мПа, [σ]ІІІ =150 мПа.

Так же при необходимости для изготовления рам и кузовов используются стали с повышенной коррозионной стойкостью: 10ХНД, 12ХПФД, 15ХСНД.

Расчет на вертикальные нагрузки

Проведем упрощенный расчет рамы как балки на двух опорах.

Распределенная нагрузка находится по формуле:

;

Ркр – вес груза;

Рр – вес рамы;

Рд – динамическая нагрузка;

2lр – длина рамы,

Максимальная вертикальная динамическая нагрузка от кузова, Н:

;

Коэффициент вертикальной динамики :

где a – коэффициент, принимаемый на основании обработки результатов теоретических и экспериментальных исследований, a = 0,15 (для необрессоренных частей тележки);

коэффициент осности тележки в = 1;

конструктивная скорость км/ч = 33,33 м/с;

статический прогиб рессорного подвешивания под нагрузкой брутто

= 0,05 м;

Рд=(63,3+14)∙0,3396 = 26,25 т,

тогда

т/м.

Возьмем ІІІ режим как наиболее неблагоприятный

;

т;

0 ≤ l ≤ 1,84; ΣМ = 0; q∙l∙l/2+М1 = 0; М1 = -5,62∙1,842 / 2 = -9,51 т/м;

0 ≤ l ≤14,72; ΣМ = 0; -RA∙l+q∙1,84∙(1,84/2+l)+q∙l2/2+M = 0;

Мmax = 41,36∙4,45-5,62∙1,84∙(1,84/2+4,45) + (5,62∙4,452/2) = 71,9 т/м;

Напряжение от изгиба находится по формуле:

,

где момент сопротивления W=0,21;

мПа;

[σ] › σ – условие прочности выполняется.

Хребтовая балка воспринимает продольные нагрузки. Будем считать, что других нагрузок рама не воспринимает.

Материал рамы 09Г2, предел текучести σт = 400мПа, допускаемые напряжения для хребтовой балки [σ] = 0,85 σт , при растяжении и сжатии при І режиме нагружения.

σ = N/F;

N – нагрузка,

F – площадь поперечного сечения;

F = (183∙10,5+130∙16+(310-16-10,5)∙9)∙2 = 13106 мм2 = 0,131м2;

Для первого режима нагружения: N = 3,5мН;

[σ] = 0,85∙400 = 340 мПа;

мПа;

Условие прочности при первом режиме выполняется, так как [σ] › σ.

Для третьего режима нагружения: N = 1мН; [σ] = 150 мПа;

мПа;

Условие прочности при третьем режиме выполняется, так как[σ] › σ.

Нагрузка при подъеме кузова прикладывается к шкворневым балкам за специальные петли.

Моменты инерции сечения относительно оси у:

jy = 2∙(b1∙h12 / 12 + b1∙h1∙y2) + 2∙ b2∙h23 / 12,