Розрахунок будови колії на міцність

4.2 Розрахунок будови колії на міцність

4.2.1 Визначення напружень в елементах верхньої будови колії

Величина середнього тиску колеса на рейку визначається за формулою

, (4.1)

де: Р_ст – статичне навантаження від колеса на рейку;

0,75 Р_р – середня величина додаткового тиску, обумовленого максимальним стисненням ресор під час проходження колесом ізольованої нерівності колії;

Для рухомого складу, що має центральне ресорне підвішування, максимальна величина додаткового стиснення ресор Z_MAX визначається за формулою

Z_MAХ = a + bV², (4.2)

де: а і b – емпіричні коефіцієнти, що приймаються в залежності від роду рухомого складу;

V – швидкість руху, км/год.

Для тепловозів з двоступеневим ресорним підвішуванням – Р_р визначається за такою формулою

, (4.3)

де: q – величина непідрееореної ваги, віднесеної до одного колеса;

К_д – коефіцієнт вертикальної динаміки підресореної частини локомотивів, визначається за формулою

, (4.4)

де: f_ст – загальний статичний прогин ресорного підвішування, мм;

V – швидкість руху, км/год;

Для рухомого складу з центральним ресорним підвішування Р_р визначається за формулою

, (4.5)

де: Ж_р – жорсткість ресорного комплекту, віднесена до одного колеса.

Середньоквадратичне відхилення змінної сили Р_р

, (4.6)

Максимальна додаткова вертикальна сила Р_н.п, що виникає від впливу на колесо плавної ізольованої нерівності на колії, обчислюється за формулою

, (4.7)

де: 0,8 – коефіцієнт, що враховує усереднену форму нерівності колії;

β – коефіцієнт, враховуючий тип рейки;

γ – коефіцієнт, що враховує рід баласту;

l – відстань між осями сусідніх шпал, см;

К – коефіцієнт відносної жорсткості підрекової основи і рейки, см^-1;

U – модуль пружності підрейкової основи, кг/см²;

q – непідресорена вага, віднесена до одного колеса, кг;

V – швидкість, км/год;

ε – коефіцієнт урахування матеріалу шпали;

α₁ – коефіцієнт, що дорівнює відношенню коефіцієнтів, враховуючих співвідношення мас коліс, що коливаються, та колії.

, (4.8)

де: U – модуль пружності підрейкової основи, кг/см (або погонне розподілене навантаження, що викликає осідання основи на 1 см);

Е – модуль пружності рейкової сталі, Е=2,1 · 10⁶ кг/см²;

І_в – момент інерції перерізу рейки відносно горизонтальної нейтральної вісі при вигину у вертикальній площині, см⁴.

Середньоквадратичне відношення сили інерції Р_н.п. дорівнює

, (4.9)

Отож

, (4.10)

Максимальна вертикальна сила інерції (в кг), що виникла при відхиленні центра непідресореної маси від прямолінійної траєкторії з-за безперервних плавних нерівностей на колесі, що є наслідком нерівномірного зносу (прокату) його поверхні кочення, визначається за формулою

, (4.11)

де: К₀ = 0,231 – для вагонних, тепловозних, електровозних коліс;

d – діаметр коліс, см;

α_o – коефіцієнт урахування опору мас, що коливаються.

Решта позначень попередні.

Середньоквадратичне відхилення сили Р_н.н.к. складає

, (4.12)

де: К₁ = 0,225К₀ = 0,052

Решта позначень попередні.

При прокочуванні колеса своєю ізольованою нерівністю по рейці без відриву від неї, виникають вертикальні коливання, внаслідок чого в масі колеса і зв'язаних з ним непідресорених частинах (вісі, буксах і т.п.) виникають сили інерції, що є додатковим навантаженням на колію (Р_і.н.к), визначене за формулою

, (4.13)

де: Y_max – максимальний додатковий прогин рейки, віднесений до одиниці глибини нерівності, при проходженні колесом косинусоідальної нерівності, безрозмірна величина; а_г глибина ізольованої нерівності на колесі, см.

Можлива глибина нерівності на колесі визначається, виходячи з допустимої глибини вибоїни. За Правилами технічної експлуатації залізниць України, на поверхні кочення локомотивних коліс та моторвагонного рухомого складу з роликовими буксовими підшипниками глибина вибоїни а допускається до 0,7 мм, з підшипниками ковзання не більше 1 мм, а вагонних коліс з роликовими буксовими підшипниками не більше 1 мм, з підшипниками ковзання не більше 2 мм. Враховуючи те, що краї нерівностей швидко закатуються, в розрахунках вводять глибину а₁= 2/3а.

При швидкостях руху V ≥ V_кp, У_mах = 1,47, величина швидкості V_кр (критична) визначається за формулою

, (4.14)

де: g – 981 см/с² – прискорення вільного падіння;

0,81 – коефіцієнт приведення розмірностей, при довжині ізольованої нерівності l₀ = 20 см та співвідношенні періоду проходження нерівності по рейці і періоду власних коливань системи колесо-рейка Т₀/Т=0,71.

Так як а , то

,(4.15)

При V < V_кр величина У_тах визначається за формулою

, (4.16)

Середньоквадратичие відхилення сили інерції Р_і.н.к визначається за формулою

, (4.17)

Професор Вериго М.Ф. зазначив на необхідності урахування в розрахунках колії ще і нерівномірність передачі навантаження від рейок на різні шпали, що пояснюється нерівномірністю опор (різні зазори між елементами колії, нерівномірне підбиття шпал, їх різна кількість).

При залізобетонних шпалах, за пропозицією Вериго М.Ф., середнє квадратичне відхилення реакції на шпалах через нерівномірність опор S_нep, дорівнює

, (4.18)

Величина середнього квадратичного відхилення S, обумовленого усіма змінними вертикальними силами, визначається з виразу

, (4.19)

де: q₁ – відсоток коліс, що мають ізольовані нерівності на колесі, від загальної кількості; звичайно при відсутності точних даних приймають q₁=5%.

При дії на колію системи колісних навантажень в Правилах виконання розрахунків верхньої будови колії розглядається урахування впливу сусідніх коліс при середніх значеннях навантаження, тобто мається на увазі не співпадіння імовірного максимуму тиску розрахункового колеса в розрахунковому перетину рейки з імовірним максимумом тиску сусідніх коліс. Виходячи з цього, окрема сила, еквівалентна дії системи навантажень (навантажень від коліс), визначається за такою формулою

, (4.20)

де: Р_розр – розрахунковий імовірний максимум тиску колеса в розрахунковому перетині (розрахункове значення навантаження), обчислюється за формулою

, (4.21)

де: Р_ср – середній тиск колеса на рейку;

λ_р – нормуючий множник, λ_р = 2,5 при імовірності не перевищення максимуму Р=0,994;

S – середньоквадратичне відхилення, обумовлене появою змінних вертикальних сил, викликаних недосконалостями колії і коливань ресор;

 – ординати лінії впливу згинального моменту в розрахунковому перетині. розташовані під вісями, що навантажують рейку (рисунок 4.1), можуть бути визначені за формулою

, (4.22)

Згинальний момент в розрахунковому перетині обчислюється за формулою

, (4.23)

Рис. 4.1 – Розрахункова схема для визначення величини еквівалентного навантаження

Величина найбільшої вертикальної поперечної сили, що передається рейкою на основі, визначається за формулою

, (4.24)

де: l – відстань між вісями шпал, см; .

 – еквівалентна одинока вертикальна сила, до якої зведено вплив колісних навантажень при визначенні величини тиску на шпалу, обчислюється за такою формулою

, (4.25)

де: η_і – ординати лінії впливу для вертикальної поперечної сили в розрахунковому перетині, розташовані під вісями, що навантажують рейку (рисунок 4.2), можуть бути визначенні за формулою

, (4.26)

Для обчислення максимальної величини добавки від впливу сусідніх вісей належить розглядати всі можливі варіанти розташування навантажень відносно розрахункового перетину, розміщуючи кожного разу над ним розрахункове навантаження Р_розр, значення якого обчислюється за формулою (4.21).

Найбільші нормальні напруження в кромках підошви рейки визначається за формулою

, (4.27)

де: М_дин – величина згинального моменту в розрахунковому перетині при динамічному впливі навантаження кг-см;

W_П – момент опору перерізу внизу підошви рейки, см';

f – коефіцієнт урахування горизонтальних сил і крутного моменту, утвореного позацентровістю передачі вертикальних сил на рейку.

Рис. 4.2 – Розрахункова схема для визначення величини еквівалентного навантаження

Найбільші нормальні напруження в кромках головки рейки обчислюються за формулою

, (4.28)

де: Z_Г – відстань від горизонтальної нейтральної вісі інерції поперечного перегину рейки до найбільш віддалених волокон голівки рейки, см;

Z_П – теж саме, до найбільш віддалених волокон підошви рейки, см;

 – ширина головки рейки зверху, см;

 – ширина підошви рейки знизу, см;

Нормальні напруження під підкладкою на поверхні гумових прокладок під рейкою визначаються за формулою

, (4.29)

де: Q – величина тиску на полушпалу в підрейковому перетині;

Wn – площа підкладки, см²;

Напруження на поверхні баласту під нижньою постіллю шпал обчислюються за формулою

, (4.30)

де:  – ефективна опорна площа полушпали з урахуванням її вигину.

Напруження, що виникають в елементах ВБК, не повинні перевищувані встановлених допустимих значень. Для рейок вони складають 201МПа (2050 кг/см²). Напруження на гумових прокладках можна допускати до 4МПа (40 кг/см²). Граничні, рекомендовані в умовах нормальної експлуатації, напруження в баласті під шпалою знаходяться на рівні 0,5МПа (40 кг/см²).

Всі розрахунки напружень в лементах ВБК виконуються з використанням ЕОМ. За цими результатами побудовані графіки залежності σ = f(V)е. Як видно, напруження, що виникають в елементах ВБК, при експлуатації заданого типу локомотива не перевищують встановлених допустимих. Тобто така конструкція ВБК здатна забезпечувати безпеку руху поїздів з установленими швидкостями.

РЕЗУЛЬТАТИ РАСЧЕТА

РЕЗУЛЬТАТИ РАСЧЕТА

Похожие работы

Модернізація колії з укладанням рейкових плітей довжиною з блок-дільницю

Скачать

83564

8

8

... і споруди Штучні споруди, які знаходяться на ділянці модернізації, залізобетонні мости і труби не перевлаштовуються. 1.6 Безстикова колія Укладання рейкових плітей безстикової колії на ділянці ремонту виконується під час модернізації колії з укладкою інвентарних рейок типу P65 довжиною 12,5 м на роздільному скріпленні марки КБ, залізобетонних шпал з епюрою 1840-2000 шт/км на щебеневому ...

Проект модернізації конструкції шатуну автомобільного двигуна

Скачать

48477

20

1

... (0,15 – 0,18) dr 4 (4,14 – 4,97) ∙10-3   8 Довжина клапана, мм l (2,3 – 3,5) dr 94 (63,5 – 96,7) ∙10-3   2.5 Проектування або модернізація вузла деталі складальної одиниці, систем. 2.5.1 Конструктивний опис вузла деталі складальної, одиниці, системи Шатун піддається впливу перемінного навантаження від тиску газів і сил інерції. Шатун складає ...

Проект модернізації виробництва короткорізаних макаронних виробів

Скачать

31269

9

0

... для осіб, у контактах з якими підприємець зацікавлений. Зважаючи на актуальність питання, була обрана тема курсової роботи. Резюме Суть проекту: Модернізація ВАТ “Сумська макаронна фабрика” та організація виробництва якісних короткорізаних макаронних виробів для кращого забезпечення потреб населення Сумської області та Східної України. Мета проекту: Захопити існуючу на регіональному ринку ...

Трансформація суспільства та політична модернізація

Скачать

65208

0

0

... не легітимізована конституційними засобами, а конституційні органи влади не є такими, що повною мірою відповідають уявленням людей щодо повноцінної влади. Подальша політична модернізація залишається актуальною і гострою проблемою суспільства. Таким чином, Україна з одного боку є частиною загальних світових модернізаційних процесів, тому ми можемо спостерігати наявність світових тенденцій в її полі ...