Приложение А (справочное). Пример расчета сил, действующих на фрикционный клин

Приложение А
(справочное)

Пример расчета сил, действующих на фрикционный клин

А.1 Схема приложения силы к клину приведена на рисунке 1.

А.2 Продольную силу, приложенную к вертикальной поверхности клина, кН, вычисляют по формуле

,

(А.1)

где - продольная сила, действующая на клин вследствие продольной силы инерции тележки, кН, вычисляемая по формуле

,

(А.2)

N - продольная сила удара по ГОСТ 33211 (пункт 4.1.1 а), равная 3500 кН;

- масса тележки, 10³ кг; принимают по конструкторской документации на тележку;

- масса надрессорной балки, 10³ кг; принимают по конструкторской документации;

- максимальная расчетная масса вагона, 10³ кг;

- продольная сила, кН, действующая на клин вследствие распорной нагрузки, вызванной весом обрессоренных частей вагона и вертикальной составляющей силы инерции, которую вычисляют по А.3.

А.3 Продольную силу F_xz, кН, действующую на клин вследствие распорной нагрузки, вызванной весом обрессоренных частей вагона и вертикальной составляющей силы инерции, вычисляют в зависимости от наличия смыкания (достижения ограничителя хода) упругих элементов рессорного подвешивания тележки по А.3.1-А.3.4.

А.3.1 Проверяют наличие смыкания (достижения ограничителя хода) упругих элементов рессорного подвешивания тележки под действием вертикальной силы, действующей на одну сторону надрессорной балки (один комплект рессорного подвешивания), вызванной весом обрессоренных частей вагона и вертикальной составляющей силы инерции, которую вычисляют по формуле

,

(А.3)

где Р - сила тяжести обрессоренных частей вагона, действующая на тележку, кН, вычисляют по формуле

;

(А.4)

где - максимальная расчетная статическая осевая нагрузка, кН;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

- динамическая сила, возникающая при соударении вагона вследствие вертикальной составляющей силы инерции, действующей на тележку, кН, которую вычисляют по формуле

,

(А.5)

H - расчетное расстояние от центра тяжести кузова вагона до уровня подпятника тележки, равное 1,2 м;

2L - база вагона, равное 7,8 м.

А.3.2 При отсутствии смыкания упругих элементов рессорного подвешивания или отсутствии прогиба до ограничителя хода силу F_xz, кН, вычисляют по формуле

,

(А.6)

где - угол заострения клина, ...°;

- сила реакции, кН, упругих элементов рессорного подвешивания, расположенных под надрессорной балкой (с одной стороны) при действии на один комплект рессорного подвешивания силы F_z. Силу вычисляют без учета сил трения в рессорном подвешивании;

- вертикальная сила, действующая на одну сторону надрессорной балки (один комплект рессорного подвешивания), вызванная весом обрессоренных частей вагона и вертикальной составляющей силы инерции по А.3.1.

А.3.3 При смыкании или достижении ограничителя хода упругих элементов рессорного подвешивания, расположенных под клиньями, силу F_xz, кН, вычисляют по формуле

,

(А.7)

где - сила реакции, кН, упругих элементов рессорного подвешивания, расположенных под надрессорной балкой (с одной стороны) при наибольшем прогибе упругих элементов, расположенных под клиньями.

А.3.4 При смыкании или достижении ограничителя хода упругих элементов рессорного подвешивания, расположенных под клиньями и под надрессорной балкой, силу F_xz, кН, вычисляют по формуле

,

(А.8)

где - сила реакции, кН, упругого элемента рессорного подвешивания, расположенного под клином при наибольшем прогибе упругих элементов, расположенных под надрессорной балкой.

А.4 Пример расчета продольной силы, приложенной к вертикальной плоскости клина с углом заострения 45°, приведен в таблице А.1.

Таблица А.1 - Пример расчета продольной силы, приложенной к вертикальной плоскости фрикционного клина с углом заострения 45°

Наименование показателя	Значение показателя
Максимальная расчетная статическая осевая нагрузка Р0, кН	196,0	230,5	245,0	265,0	294,0
Масса тележки mт, 103 кг	5,0	5,0	5,3	5,5	6,0
Масса надрессорной балки mн.б, 103 кг	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Сила тяжести обрессоренных частей вагона, действующая на тележку Р, кН	347,9	416,9	442,9	481,0	534,0
Динамическая сила, возникающая при соударении вагона вследствие вертикальной составляющей силы инерции, действующей на тележку, PN, кН	477,8	486,9	486,7	488,6	489,1
Вертикальная сила, действующая на одну сторону надрессорной балки (один комплект рессорного подвешивания), вызванная весом обрессоренных частей вагона и вертикальной составляющей силы инерции, Fz, кН	412,8	451,9	464,8	484,8	511,5
Продольная сила, действующая на клин вследствие продольной силы инерции тележки, Fx, кН	98,5	83,8	84,1	81,0	80,3
Продольная сила, действующая на клин вследствие распорной нагрузки, вызванной весом обрессоренных частей вагона и вертикальной составляющей силы инерции, Fxz, кН:
- при смыкании пружин под клиньями	107,0	106,8	105,9	105,0	103,2
- при смыкании пружин под надрессорной балкой	39,8	47,6	50,6	55,0	61,0
Продольная сила, приложенная к вертикальной поверхности фрикционного клина, Fкл, кН:
- при смыкании пружин под клиньями	205,6	190,6	189,9	186,0	183,5
- при смыкании пружин под надрессорной балкой	138,3	131,4	134,7	135,9	141,3

При расчете принято, что комплект пружин рессорного подвешивания с одной стороны тележки состоит из семи одинаковых по величине вертикальной жесткости пружин, пять из которых расположены под надрессорной балкой, а две - под клиньями.

В примере рассмотрены два варианта. В первом варианте под действием вертикальной силы на надрессорную балку происходит смыкание пружин под фрикционными клиньями, при этом в пружинах под надрессорной балкой действует сила, которая в 1,6 раза превышает статическую силу в этих пружинах от веса кузова вагона. Во втором варианте под действием вертикальной силы на надрессорную балку происходит смыкание пружин под надрессорной балкой, при этом в пружинах под фрикционными клиньями действует сила, которая в 1,6 раза превышает статическую силу в этих пружинах от веса кузова вагона.

А.5 Пример расчета продольной силы, приложенной к вертикальной плоскости клина с углом заострения 55° приведен в таблице А.2.

Таблица А.2 - Пример расчета продольной силы, приложенной к вертикальной плоскости фрикционного клина с углом заострения 55°

Обозначение показателя	Значение показателя
Максимальная расчетная статическая осевая нагрузка Р0, кН	196,0	230,5	245,0	265,0	294,0
Масса тележки mт, 103 кг	5,0	5,0	5,3	5,5	6,0
Масса надрессорной балки mн.б, 103 кг	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Сила тяжести обрессоренных частей вагона, действующая на тележку Р, кН	347,9	416,9	442,9	481,0	534,0
Динамическая сила, возникающая при соударении вагона вследствие вертикальной составляющей силы инерции, действующей на тележку, PN, кН	477,8	486,9	486,7	488,6	489,1
Вертикальная сила, действующая на одну сторону надрессорной балки (один комплект рессорного подвешивания), вызванная весом обрессоренных частей вагона и вертикальной составляющей силы инерции, Fz, кН	412,8	451,9	464,8	484,8	511,5
Продольная сила, действующая на клин вследствие продольной силы инерции тележки, Fx, кН	98,5	83,8	84,1	81,0	80,3
Продольная сила, действующая на клин вследствие распорной нагрузки, вызванной весом обрессоренных частей вагона и вертикальной составляющей силы инерции, Fxz, кН:
- при смыкании пружин под клиньями	145,1	143,2	141,3	139,2	135,4
- при смыкании пружин под надрессорной балкой	42,8	51,3	54,5	59,1	65,7
Продольная сила, приложенная к вертикальной поверхности фрикционного клина, Fкл, кН:
- при смыкании пружин под клиньями	243,6	227,0	225,4	220,1	215,7
- при смыкании пружин под надрессорной балкой	141,3	135,1	138,6	140,1	146,0

При расчете принято, что комплект пружин рессорного подвешивания с одной стороны тележки состоит из девяти одинаковых по величине вертикальной жесткости пружин, семь из которых расположены под надрессорной балкой, а две - под клиньями.

В примере рассмотрены два варианта. В первом варианте под действием вертикальной силы на надрессорную балку происходит смыкание пружин под фрикционными клиньями, при этом в пружинах под надрессорной балкой действует сила, которая в 1,55 раза превышает статическую силу в этих пружинах от веса кузова вагона. Во втором варианте под действием вертикальной силы на надрессорную балку происходит смыкание пружин под надрессорной балкой, при этом в пружинах под фрикционными клиньями действует сила, которая в 1,55 раза превышает статическую силу в этих пружинах от веса кузова вагона.