ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Хребтовая балка вагона является одним из наиболее ответственных несущих элементов. По нормам проектирования вагонов напряжения в ней определяются от продольных сил, действующих по оси автосцепки, и от вертикальной нагрузки, включающей полезную нагрузку и собственный вес кузова вагона. Однако, помимо указанных нагрузок, имеются еще дополнительные, которые до настоящего времени не учитываются.

К такой нагрузке относятся усадочные сжимающие силы, которые появляются при сварке двух зет-образных профилей продольным швом. Усадочные силы вызывают сжатие и изгиб хребтовой балки. Для устранения изгиба перед сваркой балке дается принудительный обратный прогиб.

В результате после сварки напряжения от изгиба балки становятся близкими к нулю, но остаются напряжения от сжатия усадочными силами.

Чтобы определить величину усадочных сил при известном обратном прогибе хребтовой балки можно воспользоваться расчетной схемой, показанной на рис. 1.

Рис. 1

где h- расстояние от верхней точки сечения балки до центра тяжести.

Прогиб балки посередине от моментов должен равняться стреле обратного прогиба . Из равенства прогибов получаем следующую формулу для расчета величины усадочной силы,

где - изгибная жесткость хребтовой балки;

       В- база вагона.

Дополнительные напряжения в хребтовой балке от усадочных сил будут равны

,

где f- площадь сечения хребтовой балки.

Вторым, фактором который приводит к дополнительным напряжениям в хребтовой балке, является изгиб балки под действием вертикальной нагрузки.

На рис. 2 показана расчетная схема, позволяющая определить эти дополнительные напряжения

Рис. 2

Допустим стрела прогиба хребтовой балки посередине длины вагона под действием вертикальной нагрузки . Продольные силы , действующие по оси автосцепки, будут в сечении балки посередине приводить к изгибающему моменту

,

где n- нормальная сила в сечении;

,

где - прогиб от продольных сил .

Определение связано с решением геометрически нелинейной задачи, в итоге

.

Дополнительные напряжения в сечении будут равны

,

где - момент сопротивления сечения балки.

По полученным зависимостям были выполнены расчеты дополнительных напряжений в хребтовой балке универсального грузового вагона открытого типа, крытого грузового вагона и пассажирского вагона. Из расчетов методом конечных элементов определены следующие значения максимальных прогибов хребтовой балки под действием вертикальной нагрузки:

- для грузового вагона открытого типа мм

- для крытого грузового вагона мм

- для пассажирского вагона мм

Расчетные значения дополнительных напряжений в хребтовой балке представлены в таблице.

                                                                                                          Таблица

Анализ результатов показывает, что величина результирующих дополнительных напряжений составляет 10-30% от допускаемых и ранее в учет не принималась, следовательно, ее необходимо учитывать в процессе проектирования, что повысит надежность конструкций и межремонтный пробег.