Приложение А (обязательное). Нормы для расчета прочности механической части ЛТС

Приложение А
(обязательное)

Нормы для расчета прочности механической части ЛТС

А.1 При расчете ЛТС и их частей в общем случае должны учитываться следующие основные силы:

- собственная сила тяжести (вес) конструкции и сила тяжести (вес) пассажиров (полезная нагрузка);

- инерционные динамические силы, вызванные колебаниями трамваев при движении;

- динамические силы, возникающие при движении ЛТС по кривым участкам пути;

- силы аэродинамического давления (давление ветра);

- силы взаимодействия между ЛТС при работе по системе многих единиц (СМЕ) и буксировке;

- силы тяги и торможения и вызванные ими продольные силы инерции;

- силы от работы механизма тягового привода;

- силы от действия тормозных систем;

- силы от действия навесного оборудования;

- силы от работы механизмов, установленных на ЛТС;

- силы, прикладываемые к элементам (узлам) ЛТС при ремонте.

А.1.1 Перечисленные силы при определении напряжений в элементах трамваев условно принимают действующими независимо друг от друга и приводят к следующим основным расчетным схемам их приложения:

- вертикальным нагрузкам;

- боковым горизонтальным нагрузкам;

- продольным горизонтальным нагрузкам;

- вертикальным кососимметричным силам.

А.1.2 Конструкции ЛТС (детали и узлы) рассчитывают на наиболее невыгодное возможное сочетание одновременно действующих нормативных сил в соответствии с установленными расчетными режимами.

Устанавливаются следующие расчетные режимы:

- режим I - условный режим безопасности;

- режим Ia - вывод неисправного сцепа порожних ЛТС с линии вспомогательным ЛТС (сцепом);

- режим Iб - аварийный наезд ЛТС на препятствие;

- режим II - эксплуатационный: движение ЛТС с расчетной полезной нагрузкой, в том числе:

- режим IIа - разгон ЛТС (сцепом) до конструкционной скорости или торможение с этой скорости при движении по кривой;

- режим IIб - трогание ЛТС (сцепом) с места, торможение с малой скорости до остановки.

А.2 Вертикальная нагрузка состоит из собственной силы тяжести ЛТС, полезной нагрузки (силы тяжести пассажиров) и вертикальных составляющих динамических сил.

А.2.1 Под собственной силой тяжести понимается суммарная сила тяжести частей ЛТС, нагружающих рассчитываемый элемент, включая и силу тяжести самого элемента.

А.2.2 Полезная нагрузка определяется по расчетной вместимости ЛТС. Расчетная вместимость определятся по проектному числу мест для сидения и проектному числу стоящих пассажиров. Максимальная вместимость (и соответствующая ей максимальная расчетная полезная нагрузка) определяется при плотности стоящих пассажиров десять человек на 1 м ² свободной площади пола, номинальная вместимость (номинальная расчетная полезная нагрузка) - при плотности пять человек на 1 м ² свободной площади пола. Под свободной площадью пола понимается площадь пассажирского помещения, не занятая сиденьями, ногами сидящих пассажиров (площадь между сиденьями), оборудованием, ступенями и подножками. Расчетную массу пассажира принимают равной 70 кг.

Максимальная полезная нагрузка учитывается при расчетах конструкции ЛТС на прочность по режиму Iб, а номинальная - при расчете на прочность по режиму II и сопротивление усталости, порожнее ЛТС - при расчете по режиму Ia.

А.2.3 Собственная сила тяжести конструкции и полезная нагрузка составляют вертикальную нагрузку брутто.

А.2.4 Вертикальная динамическая нагрузка, обусловленная колебаниями ЛТС на рессорном подвешивании при движении, определяется как произведение вертикальной нагрузки брутто на коэффициент вертикальной динамики.

Под нагрузкой брутто для данного элемента конструкции понимается воспринимая им часть полезной нагрузки и сил тяжести элементов ЛТС, расположенных над рассматриваемой ступенью рессорного подвешивания, включая силу тяжести элементов подвешивания.

Коэффициент вертикальной динамики К _дв определяется по формуле

,

(А.1)

где а - коэффициент, равный для элементов кузова 0,05; для обрессоренных частей тележки 0,10; для необрессоренных частей тележки 0,15;

V - скорость движения трамвая, м/с;

f _ст - статический изгиб рессорного подвешивания, см.

Формула (А.1) справедлива для ЛТС на тележках, имеющих статический прогиб рессор не менее 5 см, при движении по путям хорошего технического состояния.

А.2.5 Вертикальные динамические силы масс тяговых электродвигателей, возникающих при колебаниях рамы тележки в движении, с учетом влияния дисбалансов динамическим расчетом. При упругом опорнорамном подвешивании электродвигателей допускается определять эти силы по эмпирической формуле

,

(А.2)

где Q _дв - масса тягового электродвигателя, кг;

V - скорость движения ЛТС, м/с.

А.3 Боковые нагрузки включают центробежные силы, возникающие при движении ЛТС по кривым участкам пути, силы аэродинамического давления ветра и динамические силы взаимодействия ЛТС и пути в горизонтальной плоскости.

А.3.1 Центробежные силы определяются отдельно для кузова и тележки, исходя из непогашенного ускорения 0,6 м/с ².

Равнодействующая центробежной силы прикладывается в центре тяжести кузова (тележки). Центр тяжести тележки рекомендуется принимать на уровне осей колесных пар, а центр тяжести вместимости кузова - на расстоянии 1,7 м от уровня головок рельсов.

А.3.2 Сила давления ветра определяется из расчета удельного давления ветра на боковую проекцию кузова, равного 500 Н/м ². Равнодействующая этой силы считается приложенной нормально к центру площади боковой проекции кузова. Сила давления ветра учитывается только при проверке устойчивости трамвая на опрокидывание.

А.3.3 В расчете боковых стен и шкворневых балок рам кузовов влияние вертикальных составляющих от действия боковой нагрузки допускается учитывать условно путем увеличения нагрузки брутто (или напряжений от этой силы) на 10 %.

А.3.4 Горизонтальные силы, действующие на элементы тележки при вписывании в кривые, определяются из условия равновесия тележки в рельсовой колее с учетом действия на ЛТС центробежной силы (п. А.3.1). Коэффициент трения между колесом и рельсом при расчетах вписывания применяется равным 0,25.

А.4 Продольные нагрузки представляют собой сжимающие и растягивающие силы взаимодействия между ЛТС, возникающие при движении в поезде и буксировке, ударные силы при условном режиме аварийного наезда ЛТС на препятствие, силы тяги и торможения и возникающие продольные силы инерции.

А.4.1 Силы взаимодействия между ЛТС принимаются равными:

- режим Ia - усилие сжатия 200 кН (20 тс); усилие растяжения 150 кН (15 тс);

- режим II - усилие сжатия и растяжения по 50 кН (5 тс).

Силы взаимодействия между ЛТС прикладываются по оси сцепного прибора по двум расчетным схемам:

- с обоих концов ЛТС;

- одного конца при уравновешивании силами инерции масс ЛТС или силами тяги (торможения).

Сила удара при условном режиме аварийного наезда (режим Iб) принимаются направленными вдоль оси ЛТС и равными:

- на лобовую балку рамы кузова - 250 кН;

- на подоконный пояс кабины - 75 кН.

Сила удара распределяется по площадке шириной 300 мм.

А.4.2 Силы тяги и торможения прикладываются к узлам связи колесных пар с рамой тележки и тележек с кузовом и определяются:

- по режиму IIа - по часовому току электродвигателей;

- по режиму IIб - по полной реализации сцепления колес с рельсами при трогании с места и по максимальному замедлению экстренного торможения (с учетом действия рельсового тормоза).

Коэффициент сцепления при этом рекомендуется принимать равным 0,25.

А.4.3 Силы инерции кузова и тележек прикладываются в центрах тяжести их масс и определяются по I режиму при продольном ускорении 0,7 g*, а по IIа и IIб режимам по формулам:

,

(A.3)

,

(А.4)

где F _m - сила тяги (торможения) ЛТС;

М _к и М _т - массы кузова и тележки.

При определении массы М _т тележки инерцию вращающихся частей рекомендуется учитывать увеличением собственной массы тележки на 30 %.

Примечание ^* - Здесь и далее g = 9,81 м/с ² - ускорение свободного падения.

А.5 Вертикальная динамическая добавка нагрузки на тележку от действия продольной силы инерции кузова определяется по формуле

,

(А.5)

где Р _ик - продольная сила инерции кузова по режимам I и II;

hk - высота положения центра тяжести кузова брутто над плоскостью опоры кузова на тележку;

2L - база ЛТС.

А.6 При расчете рам тележек должны учитываться вертикальные кососимметрические силы, возникающие из-за непостоянства уровней опорных точек пути под колесами, технологических отклонений элементов конструкции тележки и т.п.

Кососимметричные силы уточняются только в расчетах тележек, имеющих жесткую раму и иную конструкцию, способную воспринимать эти силы.

Кососимметричные силы состоят из четырех равных сил Р _к, приложенных к раме со стороны букс, из которых две, расположенные по диагонали, действуют вверх, а две другие - вниз.

Кососимметричная сила, соответствующая эквивалентному смещению одного колеса, определяется по формуле

,

(А.6)

где Z - вертикальное эквивалентное расчетное смещение одного колеса тележки, рекомендуется принимать Z = 0,015 м;

2b - расстояние между центрами буксовых опор рамы вдоль оси колесной пары, м;

2S - расстояние между кругами катания колеса, принимается 2S = 1,58 м;

Сб - жесткость буксового подвешивания (на одну буксу), Н/м;

Ср - жесткость рамы тележки при кососимметричной нагрузке (величина обратная прогибу 1/4 рамы при Р _к = 1), Н/м.

А.7 Силы, действующие на элементы тележки от работы тягового привода, определяется с учетом схемы подвешивания тяговых двигателей и редукторов при расчетных величинах сил тяги (торможения) по п. А.4.2.

А.8 Основные вертикальные, боковые и продольные силы при оценке прочности ЛТС по допускаемым напряжениям учитываются в соответствии с расчетными режимами в сочетаниях, указанных в таблице А.1.

А.9 Силы от действия систем механических (электромеханических) тормозов при расчете их элементов на прочность определяются исходя из максимального тормозного усилия при коэффициенте полезного действия механизма привода, равном единице. На силы от действия систем тормоза в совокупности с силами тяжести и силами инерции должны быть рассчитаны как детали самих систем, так и другие элементы конструкции тележки, на которые они действуют.

Величины основных сил для расчетов на прочность по установленным режимам рассчитывают в соответствии с таблицей А.1.

Таблица А.1

Расчетные силы	Расчетные режимы
	Кузов			Тележка
	I		II	IIа	IIб
Вертикальные силы
Сила тяжести	п. А.2.1-А.2.3		п. А.2.1-А.2.3	п. А.2.1-А.2.3	п. А.2.1-А.2.3
Динамические силы при движении с конструкционной скоростью	X		п. А.2.4	п. А.2.4-А.2.5	X
Боковые силы
Центробежная сила	X	п. А.3.1		п. А.3.1	X
Силы вписывания в кривой	X	X		п. А.3.4	X
Продольные силы
Силы взаимодействия между ЛТС	п. А.4.1	п. А.4.1		-	-
Силы тяги (торможения)	X	X		п. А.4.2	п. А.4.2
Продольные силы инерции	п. А.4.3	п. А.4.3		п. А.4.3	п. А.4.3
Другие силы
Вертикальная добавка от продольной силы инерции кузова	п. А.5	п. А.5		п. А.5	п. А.5
Кососимметричные силы	-	-		п. А.6	п. А.6
Силы от работы тягового привода	-	-		п. А.7	п. А.7
Примечание - X - силы не учитываются.

Таблица А.2

Марка материала	I режим			II режим
	[]	[т]	[]	[]	[т]	[]
Стальной прокат:
Ст3, сталь 20	0,95	0,65	1,2	165	105	0,95
09Г2Д, 09Г2СД, 15ХСНД 10Г2БД	0,9	0,6	1,2	210	130	0,95
55С2, 55С2А, 60С2	0,9	0,6	1,2	220	140	0,95
60С2ХФА	1000	750	-	-	-	-
	1400	1000	-	-	-	-
Стальные отливки:
15Л	0,85	0,5	1,1	130	80	185
20Л	0,85	0,5	1,1	135	80	190
25Л	0,85	0,5	1,1	140	85	200
20ГЛ, 20ГФЛ	0,85	0,5	1,1	160	95	230
Прокат из алюминиевых сплавов
АМг5, АМг5М	135	80		100	60	120
АМг6, АМг6М	150	90		110	70	135
1915, 1915Т	170	100		120	80	160
Материал шва при дуговой сварке электродами
Э42	0,85	0,55	-	160	100	-
Э42А	0,9	0,6	-	170	110	-
Э50А	0,9	0,6	-	200	125	-
Заклепки Ст3	-	160	350	-	129	250
Болты Ст3
чистые	220	150	330	160	120	250
черные	200	-	310	140	-	230
Примечание [] - допускаемые напряжения при деформациях растяжения-сжатия и изгиба; [т] - допускаемые напряжения при деформациях среза; [] - допускаемые напряжения при деформациях смятия; - предел текучести.

Напряжение при расчете на сочетание сил по таблице А.1 не должно превышать допускаемых напряжений, указанных в таблице А.2.

А.10 Расчет крепления постоянного оборудования ЛТС на кузове должен выполняться на следующие силы:

- жестко закрепленное (без амортизаторов) оборудование и элементы его крепления на несущей конструкции кузова ЛТС должны рассчитываться с учетом действия сил тяжести и сил инерции. Расчетные величины этих сил приведены в таблице А.3.

Таблица А.3 - Определение сил, действующих на закрепленное на кузове оборудование

Расчет силы	Расчетные режимы
	I	II
Вертикальная - Р z
Боковая - Р у	0
Продольная - Р х

Обозначение в таблице А.3:

Р _х, Р _у, P _z - расчетные квазистатические силы, приложенные в центре тяжести подвешенного (закрепленного) элемента оборудования;

Р _ст - сила тяжести подвешенного (закрепленного) элемента, включая вес элементов крепления;

a _XI - продольное ускорение I режима, принимается равным 2 g;

а _XII - продольное ускорение II режима, принимается равным 0,3 g;

a _VII - поперечное ускорение II режима, принимается равным 0,2 g;

K _дв - коэффициент вертикальной динамики для порожнего ЛТС, определяется по формуле А.1 при конструкционной скорости;

h _к - расстояние по вертикали от центра тяжести порожнего кузова до плоскости опирания кузова на тележки;

2L - база ЛТС;

X - расстояние от среднего поперечного сечения ЛТС вдоль продольной оси до центра тяжести подвешенного элемента оборудования.

А.10.1 Оборудование, жестко закрепленное на подрессоренных частях тележек, рассчитывается на силы инерции, исходя из ускорений вертикального 2 g, поперечного I g и продольного 0,3 g. Допускаемые напряжения принимаются для элементов тележек по режиму II.

Дополнительно подвешенное оборудование проверяется на одновременное действие собственной силы тяжести и продольной силы инерции при ускорении 3 g. Допускаемые напряжения принимаются равными 0,9 ( - предел текучести).

А.10.2 Элементы, жестко закрепленные на необрессоренных частях тележек, рассчитываются на действие вертикальных сил инерции при ускорении, равном 15g для колесных пар с цельнометаллическими колесами и 10 g - для колесных пар с упругими (подрезиненными) колесами. Допускаемые напряжения - по II расчетному режиму для элементов тележек.

А.11 Конструкция крепления опоры кузова на тележку (пятника) к его раме должна быть рассчитана на действие горизонтальной продольной силы, равной 3-кратной силе тяжести тележки. При этом напряжения не должны превышать допускаемых напряжений по режиму I.

А.12 Элементы кузова и тележек должны быть рассчитаны на силы, возникающие при работе механизмов (мотор - компрессор, мотор - генератор, тяговые электродвигатели, тормозные устройства, привод дверей, вентиляторы и т.п.), установленных на ЛТС. Напряжения от этих сил суммируются с напряжением от основных расчетных сил в соответствии с расчетным режимом II.

А.13 В качестве расчетных сил, прикладываемых к ЛТС при ремонте, принимают силы, возникающие при подъеме порожнего ЛТС под опоры, предусмотренные для домкратов, по диагонали, а также подъемника домкратом или краном за лобовую балку ЛТС вместе с тележкой, допускается не проводить расчет на указанные силы, если эти режимы проверяют при испытаниях опытного образца. Напряжения, возникающие при подъемке ЛТС, не должны превышать допускаемых напряжений по I расчетному режиму.

А.14 ЛТС должны иметь предохранительные устройства, исключающие падение на путь деталей рессорного подвешивания, тяговых электродвигателей, редукторов и механических тормозов. Предохранительные устройства в общем случае рассчитываются на силу, равную 2-кратной силе тяжести предохраняемого элемента или на максимальную эксплуатационную нагрузку, действующую на предохранительное устройство. Максимальные напряжения от этих сил в элементах устройства не должны превышать предела текучести материала.