8.) Колесные пары ходовых частей вагона

Общие рекомендации к колесам заключаются в том, что диаметр их по кругу катания целесообразно, по условиям контактной прочности, выбирать по формуле:

где D- диаметр изношенного колеса, мм; D = 900 мм; q₀ - максимальная статическая нагрузка от оси на рельсы, кН;

Для полувагона 12-783- = 230,5 кН.

3,8*230,5=875,9 < 900

В качестве расчетной нагрузки принимаются вертикальная статическая нагрузка Q на обе шейки оси от массы вагона брутто с учетом коэффициента динамики и боковая горизонтальная нагрузка Н как доля (0,5) от осевой нагрузки q₀ приложенная в центре тяжести кузова, расположенном от центра оси на расстоянии ; где ;

Из условия равновесия оси, рассматриваемой как двухконсольная шарнирно опертая балка (рис. 4.3), определяются изгибающие моменты в трех расчетных сечениях: шейка оси у внутренней галтели, подступичная часть в плоскости круга катания и середина оси соответственно:

2b₂ - расстояние между точками приложения сосредоточенных нагрузок 0,5Q к шейкам оси;

Q - нагрузка на ось с учетом коэффициента вертикальной динамики;

l₁- длина шейки оси, м;

2s - расстояние между кругами катания колес, м;

r_k - радиус колеса, м.

Таблица 4.1

Диаметр, м			Радиус колеса, м	Длина шейки, м	Расстояние между
шейки оси	подступичной части оси	в середине оси
					центрами приложения нагрузок на шейки, м	кругами катания,м
dI	dII	dIII	rk	l1	2b2	2s
0,130	0,194	0,165	0,475	0,176	2,036	1,58

Найдем изгибающие моменты в трех расчетных сече­ниях:

По моментам M_I, M_{II ,}M_III и при известном диаметре находим напряжения для соответствующих сечений:

где i=I, II, III - номера сечений; d- диа метр сечения, м.

Уровень напряжений в шейке оси составит:

Уровень напряжений в подступичной части оси составит:

Уровень напряжений в средней части оси составит:

Значения допускаемых напряжений приводятся в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Допускаемые напряжения для оси при условном методе

Тип вагона	Допускаемые напряжения, МПа
	в шейке	в подступичной части	в средней части
Грузовой	120	165	155
Пассажирский	107	160	137

Вывод:

Условный метод расчета оси на прочность с нагрузкой q₀=230,5 кН показал, что она имеет достаточный запас прочности.

9.) Буксовые узлы ходовых частей

Оценка работоспособности типовых подшипников качения производится по долговечности, которая выражается в млн. км (L_n) пробега. Для грузовых вагонов он должен быть не менее 1,2 млн. км, а для пассажирских - 2 млн. км.

Для расчета примем следующие исходные данные:

• подшипники установлены вплотную друг к другу;

• 70% рейса вагон груженый, а 30% - порожний;

• тара Т- 35 т, грузоподъемность Р- 59 т;

• коэффициент работоспособности подшипника (для типового подшипника С= 7171 кН).

Пробег вагона до разрушения подшипника можно определить по формуле, которая определяет километры пробега:

где m₁ = 3, если подшипники шариковые;

m₁= 10/3, если подшипники роликовые;

18,5 - коэффициент перевода;

D - диаметр круга катания колеса, м; D - 0,9 м;

Рэ - эквивалентная нагрузка на один подшипник.

Для определения эквивалентной нагрузки на подшипник необходимо найти нагрузки, приходящиеся на него, когда вагон находится в груженом и порожнем состоянии.

Для груженого вагона Нагрузка на шейку оси равна:

где m_к.п. - масса колесной пары, т_к.п.. = 1,23 т.

Радиальная нагрузка на подшипник

Нагрузка на шейку оси равна:

Радиальная нагрузка на подшипник

Теперь можно определить среднюю радиальную нагрузку на подшипник:

Определим эквивалентную нагрузку на подшипник:

Рэ=R*(1+ К_Д )= 49,09*(1+0,4)= 68,72кН.

Для цилиндрических подшипников, установленных вплотную друг к другу, К Д = 0,4.

Найдем расчетный пробег вагона до разрушения подшипников по формуле:

_{1,59 млн.км. > [Ln ] = 1,2млн,км.}

Вывод:

Оценка работоспособности типового подшипника качения с учетом использования его под рассматриваемым вагоном показала, что его долговечность соответствует требованиям, предъявляемым «Нормами...».

Дополнительно, для оценки прочности, найдем величину контактных напряжений на взаимодействующих поверхностях ролика и колец подшипника по формуле:

где lp -длина ролика, lp 0,052 м; dp -диаметр ролика, dp =0,026 м;

RB(H) - радиусы дорожек качения, соответственно, внутренних и наружных колец; знак «+» берется для внутреннего кольца, «-» минус - для наружного

RB(H) = 0,065(0,125).

Pp - радиальная нагрузка на наиболее нагруженный ролик (для цилиндрических подшипников), определяется по формуле:

где z - число роликов в подшипнике.

Вывод: стандартные подшипники соответствуют предъявляемым к ним требованиям по условию контактной прочности, т.к. они изготавливаются из стали ШХ15СГ, а она имеет [σ] = 3500 МПа.