Поперечная устойчивость кузова на рессорах

Выбор параметров рессор при проектировании вагона, производится исходя из обеспечения необходимой плавности хода в процессе движения с заданной скоростью по рельсовому пути с реальными неровностями.

Для пассажирского вагона обеспечение указанного требования достигается применением рессор возможно большей гибкости. Однако возможность увеличения статического прогиба ограничена конструктивными соображениями и особенно необходимостью обеспечить поперечную устойчивость кузова на рессорах.

Движение вагона с правильно выбранными рессорами сопровождается умеренными вынужденными колебаниями в вертикальной и горизонтальной плоскостях относительно положения равновесия.

Источниками вынужденных боковых колебаний кузова являются: различные по величине и характеру вертикальные неровности двух рельсовых нитей; извилистое движение тележек в колее, приводящее в общем случае к боковому относу кузова; горизонтальные неровности рельсовых нитей. Перечисленные неровности пути могут быть приведены к двум обобщенным: горизонтальному поперечному смещению оси колесной пары и углу поворота ее в поперечной вертикальной плоскости.

Кузов вагона в вертикальной поперечной плоскости имеет две степени свободы, обусловливающие горизонтальное смещение y его центра тяжести и поворот относительно продольной оси кузова вагона на угол . Указанные перемещения, отсчитанные от положения статического равновесия, если пренебречь силами инерции масс рам тележек, связанны соотношениями:

Где уг – горизонтальное смещение кузова за счет деформаций люлечного устройства или упругого поперечного сдвига рессор при безлюлечном подвешивании;

h – расстояние ЦТ кузова от оси колесной пары;

- угол поворота кузова за счет упругой деформации рессор.

- горизонтальное поперечное смещение оси колесной пары

- угол поворота оси колесной пары в поперечной вертикальной плоскости.

В процессе движения вагона по пути с неровностями кузов получает вынужденные колебания двух связанных между собой видов: горизонтальный боковой относ и поперечную качку.

Когда вагон движется по кривому участку пути, на него действует центробежная сила, которая при неблагоприятном сочетании с ветровой нагрузкой и поперечными инерционными силами от боковых колебаний кузова на рессорах создает момент, опрокидывающий вагон наружу кривой и разгружающий колеса с внутренней стороны кривой.

Устойчивость вагона против опрокидывания оценивают при его проектировании расчетным путем по условному критерию исходя из соотношения сил взаимодействия колес с рельсами.

В качестве меры поперечной устойчивости вагона против опрокидывания принимают отношение, называемое коэффициентом поперечной устойчивости.

Где Рд – дополнительная нагрузка колеса на рельс от действия центробежной силы Рц и результирующей бокового давления ветра на вагон Рв.

Рст – статическая нагрузка колеса на рельс.

Величина выражает собой степень разгрузки колес с одной стороны вагона под действием приложенных к нему боковых усилий.

Если опрокидывающие (боковые) силы отсутствуют, то , а при они приводят к опрокидыванию вагона.

На разгрузку колес вагона большое влияние оказывают также колебания кузова на рессорах, обычно учитываемые коэффициентом динамики. Так как коэффициент динамики у грузовых вагонов больше, чем у пассажирских, допускаемая величина для грузовых вагонов соответственно меньше.

Достаточному запасу устойчивости против опрокидывания соответствуют следующие величины коэффициента , установленные нормами: для вагонов пассажирских – 0,7; для почтовых, багажных, изотермических – 0,6; для грузовых – 0,5.

Точка М на рис. 9.1 носит название метацентра. Она находится на пересечении линии действия вертикальной равнодействующей всех рессор при наклонном положении кузова с осью симметрии поперечного сечения кузова.

Устойчивость кузова на рессорах определяется неравенством

[м], (9.1)

где - высота метецентра, м;

- высота цента тяжести кузова над осью колесной пары, м.

Для пассажирских вагонов

(9.2)

Рис.9.1. Схема поперечного сечения вагона

Данное условие, являясь критерием устойчивости, ограничивает возможность применения чрезмерно гибких рессор. Другими словами, суммарный статический прогиб всего подвешивания:

[м], (9.3)

где - статический прогиб буксового подвешивания, м;

- статический прогиб центрального подвешивания, м, не должен превышать некоторой величины, рассчитываемой по формуле

[м], (9.4)

где x= / отношение стотического прогиба буксового подвешивания к полному прогибу всего подвешивания.

Значение определяются из рис. 9.1.

Задача 9.1.Грузовой вагон, тара которого 22 т в порожнем состоянии имеет высоту центра тяжести над головкой рельса 2,5 м. В данный вагон может быть размещен груз весом 88 т. Высота центра тяжести груза над головкой рельса 1,5 м. Дать заключение об устойчивости кузова от опрокидывания в груженом и порожнем состоянии, если высота метацентра груженого и порожнего вагона h_m = 4 м.

Задача 9.2. Исходя из условия поперечной устойчивости вагона рассчитать величины допускаемых прогибов рессор для пассажирских вагонов на тележках типов ЦМВ и КВЗ-ЦНИИ, если для первой тележки 2b₂ = 2,036 м, 2b₁ = 1,552 м, χ = 0,25, h_c = 1,6 м; для второй 2b₂ =2b₁ =2,036 м, χ = 0,25, h_c = 1,6 м;