Расчет устойчивости полувагона от опрокидывания наружу и внутрь кривой

Опишем определение устойчивости от опрокидывания. При проходе кривых участков пути центробежная сила и, возможно, совпадающее с ней по направлению давление ветра могут опрокинуть вагон наружу кривой, обезгрузив колесо на внутреннем рельсе. Опрокидыванию препятствует противоположно направленная составляющая силы тяжести, обусловленная наличием возвышения наружного рельса.

При малых скоростях движения возвышение наружного рельса и давление ветра, направленное к центру кривой, способствуют обезгрузке колеса на внешнем рельсе, что может вызвать опрокидывание внутрь кривой. И в том, и в другом случае на перечисленные сочетания силовых воздействий может положиться ряд других факторов силового и конструктивного происхождения, усугубляющий условия работы вагона.

Оценка производится по соотношению:

;                                               (8.5)

где: статическая вертикальная сила давления колеса на рельс, в котором учитывается обезгрузка при действии вертикальных составляющих продольных сил приходящихся на автосцепки;

  динамическая вертикальная сила давления колеса на рельс, в которой учитывается обезгрузка при действии выше перечисленных сил;

  [ ] – допускаемый запас устойчивости от опрокидывания, ([ ] при проверке опрокидывания наружу кривой; [ ] при проверке опрокидывания внутрь кривой).

Определение сил  и  осуществляется по формулам:

;                                      (8.6)

,  (8.7)

где: сила тяжести вагона, кН;

  силы тяжести кузова и тележки, кН;

  вертикальная составляющая продольной силы, действующей на кузов вагона через автосцепку ();

  поперечная составляющая продольных сил, действующих через автосцепки на вагон ();

  продольная сила; для груженых четырехосных вагонов сила сжатия МН и растяжения МН, для четырехосных порожних вагонов МН, МН;

  длина вагона по осям сцепления автосцепок, м; м;

  радиус расчетной кривой (при оценке опрокидывания наружу кривой м, а во внутрь – м);

  м – разность уровней осей автосцепок вагонов (одинаковая с обоих концов);

  длина оси жесткого стержня, образованного двумя сцепленными автосцепками (2м – при сжатии и 1,8м – при растяжении);

  м – расстояние между кругами катания колес;

  число осей вагона, ;

   и расстояние от уровня головок рельсов до центров тяжести кузовов и тележек вагонов соответственно, м; м, м.

   и расстояние от линии действия равнодействующей давления ветра соответственно на кузов и тележку до уровня головок рельсов, м; м, м;

  расстояние от уровня головок рельсов по продольной оси автосцепок, м; м, м;

   и суммарные, параллельные плоскости, в которых располагаются головки рельсов, перемещение центров тяжести кузова и тележки по отношению к центральной вертикальной оси поперечного сечения вагона, м; м;

,

где: поперечное одностороннее перемещение рамы тележек относительно букс;

  то же, надрессорной балки относительно рамы;

  то же, пятника рамы кузова на подпятнике надрессорной балки;

– для тележек грузовых вагонов 18-100 м;

  технологическое смещение, м; м;                                

;

;

  максимально возможный зазор между скользунами с одной стороны вагона, м;

  дополнительный прогиб рессор с догружаемой стороны вагона и такой же подъем рессор с разгружаемой стороны при действии боковых сил; необходимо, чтобы , где запас прогиба; ; м;

   и расстояния от уровня головок рельсов до плоскости опорных поверхностей кузова на надрессорные балки и до верхней плоскости рессорных комплектов соответственно, м; м, м;

   и поперечные расстояния между центрами скользунов и центрами рессорных комплектов соответственно, м; м, м;

   и центробежные силы, действующие на кузов и тележку:

где:  и масса и сила тяжести соответствующего элемента вагона;

  т; кН; т; кН; т; кН;

  м – возвышение наружного рельса;

  м/с – скорость движения.

В случаях опрокидывания во внутрь кривой:

 и .

В формулу (8.7) входят величины ,  представляющие собой равнодействующую давления ветра на кузов и тележку вагона:

,

где: удельное давление ветра, н/м²;

   площадь продольного сечения кузова, м².

Площадь продольного сечения кузова полувагона определяем по следующей формуле:

,

где: длина кузова полувагона, м;

   высота кузова полувагона, м.

Подставляем полученные значения в формулу и определяем заданные параметры:

м²

кН;

 м²

Ввиду громоздкости расчетов, а также многократной их повторяемости, для лучшего восприятия информации все вычисления сведем в таблицу.

Обозначение величины	Сжатие				Растяжение
	Опрокидывание наружу кривой		Опрокидывание внутрь кривой		Опрокидывание наружу кривой		Опрокидывание внутрь кривой
	Гр.	Пор.	Гр.	Пор.	Гр.	Пор.	Гр.	Пор.
, кН	912,3	215,8	912,3	215,8	912,3	215,8	912,3	215,8
, кН	1000	500	1000	500	1600	800	1600	800
, м	2	2	2	2	1,8	1,8	1,8	1,8
, т	80	9	80	9	80	9	80	9
, кН	784,8	88,29	784,8	88,29	784,8	88,29	784,8	88,29
, м	1000	1000	250	250	1000	1000	250	250
, кН	14,2	1,598	74,51	8,382	14,2	1,598	74,51	8,382
, кН	0,87	0,87	4,564	4,56	0,87	0,87	4,56	4,56
, кН	50	25	50	25	88,89	44,44	88,89	44,44
, кН	6,96	3,48	27,84	13,92	11,14	5,568	44,54	22,27
, м	1,45	1,45	1,45	1,45	1,45	1,45	1,45	1,45
, м	1,04	1,08	1,04	1,08	1,04	1,08	1,04	1,08
, м	0,046	0,046	0,046	0,046	0,046	0,046	0,046	0,046
, кН	101,5	20,73	101,5	20,73	91,82	15,87	91,82	15,87
, кН	16,89	7,822	38,54	13,88	18,27	8,536	44,03	16,74
	6,01	2,65	2,635	1,493	5,026	1,859	2,085	0,948
[ ]	1,5	1,5	1,2	1,2	1,5	1,5	1,2	1,2

Таблица 8.1 - Расчет коэффициента запаса устойчивости полувагона от опрокидывания

 

Вывод:

Из сравнения рассчитанных нами значений коэффициента запаса устойчивости полувагона от опрокидывания с их допускаемыми величинами видно, что при действии на вагон растягивающих продольных сил существует вероятность опрокидывания порожнего полувагона внутрь кривой.

 

 

Экономическая часть