obliczanie osi wagonu.docx

1.                 Charakterystyka osi wagonu

Osie wagonów są elementami, na które działają duże siły dynamiczne. Element ten jest obciążony nawet w momencie, kiedy wagon jest pusty, gdyż na nim spoczywa rama wraz z zabudową pudła wagonu. Obliczenia nowej osi zestawu kołowego w procesie projektowania lub ocenę wytrzymałości istniejącej osi przy przewidywanej zmianie warunków jej obciążenia przeprowadza się według ustalonych metod obliczeń (np. metody zalecane przez OSŻD, ORE, RWPG, SNCF). Zamieszczone poniżej rysunki ukazują obciążenia działające na osie wagonu.

Rys 1. Siły działające na osie wagonów

Osie wagonów mogą mieć różne wymiary oraz kształty, jednak każda oś składa się z tych samych elementów. Ich kształty i wymiary określają odpowiednie normy. Schemat osi wagonu przedstawia rysunek2.  Podstawową osią produkowaną w kraju jest oś wykonywana według PN-63/K-91048. W coraz szerszym zakresie stosuje się na PKP osie o czopie średnicy 130 mm, jeszcze nie znormalizowane. Na czole osi mogą być umieszczane urządzenia do napędu prądnic, prędkościomierzy, urządzeń

Rys 2. Schemat osi wagonu 1- czoło osi, 2- czop, 3- przedpiaście, 4- podpiaście, 5- część środkowa

Osie wykonuje się ze stali St5P wg PN-58/H-84027, w stanie znormalizowanym, o następujących własnościach mechanicznych:

• Rm = 490—640 MPa

• Re — nie określa się

• A5 = min 21%

• KM = 0,6 MJ/m2

Rys 3. Wymiary geometryczne osi wagonu

Rys 4. Znormalizowane wymiary osi wagonu

2.                  Obliczenia

Obciążenie działające na zestaw kołowy:

Ø      obciążenie działające na czop:

P1=0,5+β2P0+Hh2∙l

gdzie:

P0=k∙mw-n0∙mzn0∙g - statyczne obciążenie pionowe działające na zestaw kołowy;

mw - masa wagonu (brutto);                                           mw = 70[t]

mz – masa zestawu kołowego;                            mz = 0.977 [t]

n0 – liczba osi wagonu;                                           n0 = 4

k – współczynnik uwzględniający nierównomierne rozłożenie ładunku, przy równomiernym rozłożeniu ładunku                                           k = 1,

H – siła boczna;

H=α∙P0=64.77

α – współczynnik dynamiki poziomej;               α = 0.4

β – dodatek dynamiczny;                                           β = 0.2

P0=k∙mw-n0∙mzn0∙g=161.925 [kN]

P1=0,5+β2P0+Hh2∙l=127.028 [kN]

Ø                  reakcja szyny działającą na koła:

R1=0,5+β2+α∙h+r2∙lP0=140.951 [kN]

Dodatkowe              Dane:

l= 1000 [mm];               r= 12 d=460 [mm]

Momenty zginające i naprężenia w przekrojach obliczeniowych osi liczy się według wzorów:

Ø                  momenty zginające na odcinku osi 0 ÷ 4 (l ≤ l4) 

l4  = 0.19 [m]                            l = 0.18 [m]                           

M1=P1∙l=22.865 [kNm]

Ø                  momenty zginające na odcinku osi 4 ÷ 5 (l4 ≤ l ≤ l5)

l4 = 0.19 [m];              l5= 0.282 [m];  l6=0.375 [m];              l=0.24 [m]

M2=P1∙l+H∙r l –l4l6-l4=38.539 [kNm]

Ø                  momenty zginające na odcinku osi 5 ÷ 6 (l5 ≤ l ≤ l8)

l4 = 0.19 [m];              l5= 0.282 [m];  l6=0.375 [m];              l8 = 1[m]; l = 0.6 [m]

M3=P1∙l-R1l-l5+H∙r l –l4l6-l4=97.425 [kNm]

Ø                  momenty zginające na odcinku osi 6 ÷ 8 (l6 ≤ l )

l6 = 0.375 [m];               l = 0.92 [mm]

M4=P1∙l-R1∙l-l6+H∙r=69.842 [kNm] 

Wskaźnik wytrzymałości osi o pełnym przekroju na zginanie:

Wz=π∙dz332≈0,1∙dz3

Wz1=π∙(0.12)332=1.696*10-4[m3]

Wz2=π∙(0.185)332=6.216*10-4 [m3]

Wz3=π∙(0.160)332=4.021*10-4 [m3]

Naprężenia nominalne w przekrojach obliczeniowych osi przy jej zginaniu:

σi=MiWi

...