Нагрузки, действующие на вагоны-самосвалы при их работе

При расчете на прочность вагонов-самосвалов и их узлов учитывают следующие эксплуатационные нагрузки:

вертикальные нагрузки от веса перевозимого груза; силы взаимодействия между вагонами-самосвалами при движении поезда или маневровой работе;

усилия, связанные с торможением поезда; инерционные силы, вызванные ускорениями, возникающими при колебаниях вследствие неровностей рельсового пути, и изменениями скорости движения вагона-самосвала; силу давления ветра;

силы, действующие при вписывании вагона-самосвала в кривые участки пути;

усилия, возникающие при механизированной погрузке и разгрузке вагона-самосвала;

усилия, прикладываемые к вагону-самосвалу при его ремонте; отдельные группы дополнительных нагрузок от действия механизмов опрокидывания и открывания продольных бортов, от распирающего действия насыпных грузов.

Перечисленные нагрузки приводят к следующим основным схемам их приложения:

вертикальная нагрузка; боковая нагрузка; продольная нагрузка;

вертикальные кососимметричные нагрузки; нагрузки от действия сыпучих грузов и др.

Детали и узлы вагона-самосвала рассчитывают на наиболее невыгодное возможное сочетание одновременно действующих нагрузок в соответствии с установленными обязательными расчетными режимами.

Вертикальная нагрузка, учитываемая в расчете отдельных элементов вагона-самосвала при поездном режиме, состоит из собственного веса, полезной нагрузки и вертикальных составляющих динамической нагрузки, возникающей при колебаниях вагона-самосвала брутто на рессорах вследствие неровностей рельсового пути.

Под брутто вагона понимают собственный вес всей конструкции и полезную нагрузку, сложенные вместе. Под собственным весом понимают суммарный вес всех частей вагона, нагружающий рассчитываемый элемент, включая и вес самого элемента.

Вертикальная нагрузка при поездном режиме, учитываемая в расчете отдельных элементов вагона-самосвала, состоит из собственного веса, полезной нагрузки и динамической нагрузки, возникающей при колебаниях вагона-самосвала на рессорах из-за неровностей рельсового пути. В расчете режима транспортирования по путям МПС полезную нагрузку не учитывают.

Динамическую нагрузку в поездном режиме определяют, умножая собственный вес и полезную нагрузку (нагрузку брутто) на коэффициент вертикальной динамики. Расчетный коэффициент вертикальной динамики определяют в зависимости от скорости движения V (в км/ч) и статического прогиба /ст (в см) рессорного подвешивания вагона-самосвала под нагрузкой брутто по следующим формулам:

для скоростей движения 100-120 км/ч по путям МПС

где а - коэффициент; для элементов кузова а = 0,05; для элементов подрессоренных частей тележки а = 0,10; для элементов непод-рессоренных частей тележки а = 0,15;

для скоростей движения 10-70 км/ч по путям карьерного транспорта где а - коэффициент: для элементов кузова а = 0,1; для элементов подрессоренных частей тележки а = 0,15; для элементов непод-рессоренных частей тележки а = 0,20.

В формулах (10) и (11) коэффициент Ь учитывает влияние числа осей п в тележке; Ь = ; V - максимальная скорость движения, устанавливаемая техническим заданием (в км/ч); ?ст -- статический прогиб рессор под нагрузкой брутто (в см).

В данном случае под нагрузкой брутто понимают полезную нагрузку, собственный вес всех элементов вагона, расположенных над рассматриваемой ступенью рессорного подвешивания, и 1/3 веса этого рессорного подвешивания. Формулы для определения коэффициента вертикальной динамики применимы при статическом прогибе рессор под нагрузкой брутто, равном 1,8 см или более. При статическом прогибе рессор менее 1,8 см прогиб принимают равным 1,8 см.

Вертикальная нагрузка при погрузке вагона-самосвала состоит из собственного веса рассчитываемых элементов и нагрузки, равной весу падающей глыбы, умноженному на соответствующий коэффициент динамики.

Коэффициент вертикальной динамики при расчете элементов конструкции вагона-самосвала на действие веса падающей глыбы при погрузке принимают равным:

для расчета элементов кузова кт - 30 (силу условно принимают приложенной статически в любом месте кузова);

для расчета элементов хребтовой балки клх = 15 (силу условно принимают приложенной статически в середине хребтовой балки).

(10)

(П)

Вертикальная нагрузка при разгрузке вагона-самосвала состоит из его собственного веса, перераспределенного из-за подъема кузова, полезной нагрузки и динамической нагрузки, возникающей при перемещении груза по полу и борту кузова. Коэффициент вертикальной динамики для условий разгрузки ка = 0,60.

Боковая нагрузка для всех частей вагона-самосвала, за исключением колесных пар, определяется центробежной силой и давлением ветра. Центробежную силу, уменьшенную на величину горизонтальной составляющей веса, возникающей вследствие возвышения наружного рельса, принимают (если в технических требованиях не оговорены особые условия движения в кривых) равной 6% вертикальной нагрузки брутто для вагонов-самосвалов, эксплуатируемых на путях промышленных предприятий. Для условий транспортирования по магистральным железнодорожным путям величину центробежной силы принимают равной 7,5% вертикальной нагрузки брутто. При расчете рекомендуется учитывать отдельно центробежные силы кузова, нижней рамы вагона-самосвала и тележек. Для предварительных расчетов вагонов-самосвалов обычного типа рекомендуется центр тяжести тележки принимать расположенным на уровне оси колесной пары

Давление ветра на боковую сторону вагона-самосвала принимают равным 50 кгс/см2. Равнодействующую этой нагрузки считают приложенной к центру тяжести площади боковой поверхности соответствующего элемента. В расчете шкворневых и цилиндровых кронштейнов нижней рамы и продольного борта кузова вагона-самосвала в поездном положении влияние вертикальных составляющих от боковых нагрузок учитывают условно, добавляя вертикальную нагрузку, равную 8,0% нагрузки брутто.

Продольные нагрузки, учитываемые при расчете верхней и нижней рам вагона-самосвала, представляют собой сжимающие и растягивающие ударно-тяговые силы, возникающие в поезде при различных режимах его движения. Величину продольных нагрузок, приложенных к автосцепке, в совокупности с остальными действующими на вагон нагрузками принимают исходя из двух основных режимов работы вагона в эксплуатации:

1) трогание с места, осаживание, маневровые работы, торможение поезда при малых скоростях движения. Величину продольной силы при этом принимают для работы на путях промышленных предприятий равной ±200 000 кгс, а на путях магистральных железных дорог равной ±250 000 кгс;

2) движение поезда с наибольшей допустимой скоростью. При этом продольную силу принимают равной ±80 000 кгс для промышленных железных дорог и ±100 000 кгс для магистральных железных дорог.

Расчетные нагрузки, соответствующие указанным режимам работы вагонов-самосвалов, приведены в табл. 4 (для транспортирования вагонов-самосвалов по железнодорожным путям МПС) и в табл. 5 (для их транспортирования по путям промышленных предприятий).

Нагрузка

Режим работы

ІА

ША

Вертикальная статическая

Брутто вагона

Вертикальная динамическая

0

Рассчитывается при и - - 120 км/ч

Боковая

0

7,5% брутто вагона

Продольная в т

±250

± 100

Таблица 5

Нагрузка

Режим

И

IV (погрузка)

V (разгрузка)

Вертикальная статическая

Брутто вагона

Тара и сосре-

Брутто с уче-

доточенная

том наклона

сила

кузова

Вертикальная динамиче-

0

При V -

При А„„ = 30

При Ад = 0,6

ская (рассчитывается)

= 50 км/ч

и Адх = 15

Боковая

0

6% брутто

0

Давление

ветра

Продольная в кгс

±200

±80

0

0

При расчете верхней и нижней рам вагонов-самосвалов на продольные силы учитывают, что растягивающие или сжимающие продольные нагрузки при указанных режимах приложены соответственно к передним или задним упорам на уровне оси автосцепного оборудования.

При расчете упорного кронштейна нижней рамы и взаимодействующего с ним элемента верхней рамы вагона-самосвала учитывают продольную силу инерции кузова, приложенную к упорным кронштейнам нижней рамы и поперечным элементам верхней рамы. Эта сила инерции

= °.9^бр. куз, (12)

где Рбр- куз - брутто кузова вагона самосвала.

Усилия, возникающие при торможении вагона, состоят из сил, создаваемых тормозной системой, и сил инерции. Силу, создаваемую тормозной системой, определяют исходя из максимального усилия на штоке поршня тормозного цилиндра при к. п. д. рычажной передачи, равном единице. На силы, действующие в тормозной системе, должны быть рассчитаны как детали самой тормозной системы, так и элементы конструкции вагона-самосвала, в которых работа тормозной системы вызывает напряженное состояние.

Силы инерции при торможении в случае отсутствия соударения вагонов в поезде определяют исходя из замедления 0,2§, а при уда-

pax между вагонами - исходя из замедления (g - ускорение силы тяжести). На продольную силу инерции, соответствующую ускорению 3g, рассчитывают навесное оборудование и элементы его крепления к нижней раме вагона-самосвала; на силу инерции, соответствующую 1,5^, рассчитывают оборудование, прикрепленное к кузову вагона-самосвала. В горизонтальной поперечной плоскости навесное и прикрепленное оборудование рассчитывают на боковую силу инерции, соответствующую ускорению l.Og'.

В качестве основных усилий, прикладываемых к вагону-самосвалу при его ремонте, принимают такие, которые возникают во время подъема груженого вагона за шкворневые кронштейны или за один конец хребтовой балки.

Внутреннее давление в резервуарах пневматического тормоза при расчетах на прочность принимают равным 60 Н/см2 (6,0 кгс/см2). Запас прочности по отношению к пределу прочности принимают равным не менее 3,5. Внутреннее давление в резервуарах пневматической системы разгрузки при расчетах принимают равным 60-¦ 80 Н/см2 (6,0-8,0 кгс/см2). В этом случае запас прочности по отношению к пределу прочности для пневматических подъемников и запасных резервуаров системы разгрузки принимают равным не менее 4,0.

Нагрузки от распирающего действия насыпных грузов определяют в общем случае по формулам, приведенным в курсах статики. При расчете лобовых стен и продольных бортов расчетное давление груза на стенки определяют по формуле пассивного или активного давления:

Р = РУЧ*(^± т-)’ (13)

где р - плотность насыпного груза в кг/см3 (или в т/м3); у - расстояние (в см) от поверхности насыпного груза до точки, в которой определяют давление; ф - угол естественного откоса (в рад).

Плотности насыпных грузов и их углы естественного откоса следующие:

Плотность в т/м3 Угол естественного откоса в °

Рыхлые породы и руды (уголь, зола, кокс, сухой грунт, щебень и др.) До 1,75 35-40

Полускальные породы и руды . . . 1,75-2,5 35

Скальные тяжелые породы и руды 3,0 и более 35

Элементы вагона-самосвала необходимо рассчитывать как на основные нагрузки, приведенные выше, так и на одновременно действующие тормозные силы, давление груза, усилия от работы механизмов ит. д., создающие напряжения в этих элементах. Суммарные напряжения, запасы прочности или устойчивости от совместного действия указанных нагрузок при наиболее невыгодном их сочетании для конструкции не должны превышать допускаемых напряжений, приведенных в табл. 6 для работы на промышленных железнодорожных путях и в табл. 7 для работы на путях МПС.

Наименование

Расчетные режимы (см табл 5)

Вид деформации

Допускаемые напряжения в кгс/см2

СтЗ, 20

Ст5, 30

09Г2

(I ОСТ 5058 - 65)

Сталь рессорная термообра ботанная

Стальные отливки (ГОСТ 977 - 65)

ю ю

55С2,

60С2

15 ЛІ

15 ЛИ

36 ЛІ

35-ЛІІ

Хребтовая балка

і

Растяжение, сжатие, изгиб

0,9сгт

0,85сгт

Шкворневые цилиндровые балки, кронштейны хребтовой балки

ш

Растяжение, сжатие, изгиб Срез

1700

1000

2100

1260

Рама кузова

ш

Растяжение, сжатие, изгиб

1700

2200

IV

Срез

1000

1250

Продольный борт

III

Растяжение, сжатие, изгиб

1700

2200

IV

Растяжение, сжатие, изгиб

1700

2200

Наименование

Расчетные режимы (см табл 5)

Вид деформации

Допускаемые напряжения в кгс/см?

СтЗ, 20

Ст5, 30

09Г2

(ГОСТ 5058 - 65)

1

Сталь рессор ная термообработанная

Стальные отливки (ГОСТ 977 - 65)

ю ю

55С2, 6 ОС 2

15 т

15 ЛИ

36 Л1

35 ЛИ

Механизм запирания борта

V

Растяжение, сжатие

1700

2100

Другие элементы хребтовой балки и кузова

I

Растяжение, сжатие, изгиб

0,9от

0,9сгт

0,85стх

1600

1650

1750

1800

III

Растяжение, сжатие, изгиб Срез

1800

1100

2000

1200

2000

1300

1350

1400

1550

1600

Детали тележки (за исключением колесных пар)

I

Растяжение, сжатие, изгиб

0,8стх

0,8сгт

0,8стх

III

Растяжение, сжатие, изгиб

1550

1650

1800

9500

10 000

1200

1250

1400

1450

Детали тормоза

III

Растяжение, сжатие, изгиб Смятие

1300

1100

1500

1300

1600

1400

1000

950

1100

1000

1300

1200

1300

1250

Наименование

Расчетные режимы

(см табл 4)

Вид деформации

Допускаемые напряжения

в кгс/

СМ 2

СтЗ,

20

Ст5,

30

09Г 2 (ГОСТ 5058-65)

Сталь рессорная термо-оорао отанная

Стальные отливки (ГОСТ 977-65)

55

55С2;

60С2

15-ЛI

15 ЛИ

35-Л1

35-ЛП

1

Растяжение, сжатие,

0,9ох

0,85ах

Хребтовые, шкворневые

изгиб

балки

Растяжение, сжатие,

1550'

1900

ш

изгиб

Срез

930

1140

т

Растяжение, сжатие,

0,9стх

0,9стх

0,85стх

1600

1650

1750

1800

изгиб

Элементы кузова

Растяжение, сжатие,

1650

1850

2000

III

изгиб

1300

1350

1500

1550

Срез

990

1100

1200

т

Растяжение, сжатие,

0,8стх

0,8стх

0,8сгт

изгиб

Детали тележки (за

исключением колесных

Растяжение, сжатие,

10 000

пар)

III

изгиб

1550

1650

1800

9500

1200

1250

1400

1450

Срез

7 500

Растяжение, сжатие,

1300

1500

1600

1000

1100

1300

1350

Детали тормоза

III

изгиб

Смятие

1100

1300

1400

950

1000

1200

1250

Допускаемые напряжения в элементах вагонов-самосвалов устанавливают с учетом статической, вибрационной и ударной прочности материала, а +акже энергоемкости, свариваемости, коррозионной стойкости, хладноломкости и т. д.

Для основных несущих элементов вагона-самосвала (хребтовые и шкворневые балки нижней рамы, центральные и боковые продольные балки верхней рамы и др.) применяют низколегированную сталь 09Г2 или малоуглеродистую сталь мартеновского способа производства. Применение кипящей и полуспокойной сталей в этих элементах не допускается.

Правила техники безопасности при эксплуатации вагонов-самосвалов | Вагоны-самосвалы | Расчетные схемы и методы расчета несущих элементов вагонов-самосвалов