Июль 2019
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Июн    
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031  

ПРОЧНОСТЬ КОРПУСА И КЛИНЬЕВ

Корпусы большей части амортизаторов можно рассматривать как призматическую или цилиндрическую оболочку замкнутого профиля. Например, для поглощающего аппарата Ш-1-Т или Ш-2-Т эта оболочка имеет шестигранную форму.

Основной нагрузкой корпуса является распорное давление клиньев амортизатора. Распределение этого давления опреде­ляется характером прилегания клиньев, а его величина зависит от конструкции, геометрических параметров и эффективности амортизатора. Сила, с которой клинья нагружают корпус, опре­деляется в зависимости от типа амортизатора по уравнениям вида (22). При полном сжатии амортизатора, кроме указанной нагрузки, на корпус будет действовать через его верхний край сжимающая сила, направленная вдоль оси амортизатора. Вели­чина этой силы зависит от того, насколько энергия удара пре­вышает эффективность амортизатора.

Для уточненного расчета напряжений от сил, действующих со стороны клиньев, корпус можно рассматривать как короткую оболочку и использовать методику В. 3. Власова [3]. Теорети­ческий анализ прочности корпуса аппарата Ш-1-Т был выполнен Е. М. Палечек. В своей работе [33] он, в частности, показал, что сложную пространственную задачу с удовлетворительной точ­ностью можно заменить расчетом плоской замкнутой рамы, вы­резанной из горловины корпуса двумя параллельными попереч­ными сечениями. Расчет такой рамы легко выполняется обыч­ными методами строительной механики.

Давление клиньев на корпус по высоте и ширине с достаточ­ным приближением можно принимать равномерно распределен­ным. Такой характер нагрузки соответствует работе правильно изготовленного амортизатора с хорошо приработанными поверх­ностями трения, т. е. отвечает состоянию амортизатора, когда его эффективность и суммарное давление от клиньев ‘на корпус оказываются наибольшими. При неточном изготовлении 9* — 131

Амортизатора и в процессе его приработки неизбежно возникают неравномерности в распределении давления между клиньями и корпусом; однако, пока амортизатор не приработаїн и коэффи­циенты трения не достигли наибольшей величины, суммарное давление оказывается меньшим, чем при полной приработке.

Фиг. 54. Схемы действия сосредоточенных сил на корпус амортизатора при неблагоприятном сочетании допусков на угол 6-

подпись: 
фиг. 54. схемы действия сосредоточенных сил на корпус амортизатора при неблагоприятном сочетании допусков на угол 6-

В некоторых случаях, при неблагоприятном сочетании допу­сков на изготовление корпуса и клиньев, а также при наличии больших неровностей на поверхностях трения возможно возник­новение значительных сосредоточенных сил, например, по краям (фиг. 54, а) или по середине (фиг. 54, б) клиньев. В этом случае процесс приработки может сопровождаться пластическими де —

Фиг. 55. Исходные расчетные схемы для корпусов амортизаторов различной

Формы.

подпись: 
фиг. 55. исходные расчетные схемы для корпусов амортизаторов различной
формы.

Формациями корпуса, которые приведут к изменению характера прилегания клиньев и соответствующему перераспределению на­грузки.

Незначительные пластические деформации в процессе прира­ботки можно считать допустимыми, если они приводят к равно­мерному распределению нагрузки между клином и корпусом. Более того, некоторые пластические деформации корпуса мо­гут оказаться даже полезными в эксплуатации, снижая суммар­ное рабочее напряжение и повышая предел выносливости кор­пуса, подобно тому, как это имеет место в заневоленных пружи­нах.. Однако применительно к фрикционным амортизаторам удара этот вопрос требует специальной разработки. Исходные 132

Расчетные схемы для трех корпусов разной формы показаны на фиг. 55. Если форма поперечного сечения корпуса и нагрузка от клиньев симметричны относительно нескольких осей, прохо­дящих через центр сечения (фиг. 55, а и б), то расчет суще­ственно упрощается. В данном случае достаточно рассмотреть часть стенки корпуса как балку, заделанную двумя концами.

Фиг. 56. Расчетная схема для стенки корпуса ше­стигранного амортизатора:

А — с симметричной нагрузкой по длине грани; б — с на­грузкой не по всей длине грани.

В)

подпись: в)
подпись: фиг. 56. расчетная схема для стенки корпуса ше-стигранного амортизатора:
а — с симметричной нагрузкой по длине грани; б — с нагрузкой не по всей длине грани.

ПРОЧНОСТЬ КОРПУСА И КЛИНЬЕВ ПРОЧНОСТЬ КОРПУСА И КЛИНЬЕВ

Так, для шестигранного корпуса, полагая, что нагрузка при­ложена по всей длине грани а, получим схему, показанную на

Фиг. 56, а. Нагрузка на одну грань (см. фиг. 55 и 56) со­

Гласно уравнению (19) будет

N:

подпись: n:М‘ (212)

2 sin Є

Для шестигранного аппарата, имеющего угол 0 = 60°,

N:

подпись: n:

(213)

подпись: (213)/з /з-‘

Равномерно распределенная нагрузка по всей длине грани а:

* = Чтг- (214)

А у 3

Напряжения в стенках корпуса возникают от изгиба и от растяжения. Изгибающий момент М в углах корпуса будет

М’—1гт’ <215)

Мг

подпись: мгПодставив сюда ^ из формулы (214), получим

(216)

12 ^ 3

Величину растягивающей силы N2 найдем из условия равно­весия одной панели шестигранника:

N[ = 2Nosin у = ‘2N2sin 30° = ЛА>;

Рассмотренное сечение в углу корпуса между клиньями является основным расчетным. Опыт эксплуатации и результаты испытания показывают, что разрушение корпуса чаще всего на­блюдается именно в этих сечениях (фиг. 57).

Фиг. 58. Основная рас­четная схема для расче­та корпуса амортизато­ра, сечение которого представлено на фиг. 55, в, методом сил.

подпись: фиг. 58. основная рас-четная схема для расчета корпуса амортизатора, сечение которого представлено на фиг. 55, в, методом сил. ПРОЧНОСТЬ КОРПУСА И КЛИНЬЕВ

Где ХРх и ^— соответственно мо­мент сопротивления и площадь расчетного сечения.

Фиг. 57. Корпус погло­щающего аппарата Ш-1-Т с типичным раз­рушением в углу между клиньями.

ПРОЧНОСТЬ КОРПУСА И КЛИНЬЕВ

Напряжение в расчетном се­чении с учетом изгиба и растя — жения будет

Расчетное сечение представляет собой трапецию с высотой А и шириной оснований 6 и Для аппаратов Ш-1-Т.

Ввиду малого угла 7 =2°, можно считать расчетное сечение пря­моугольником с площадью

Р=Ъ-к. (219)

На величину напряжения в рассматриваемом сечении неко — торое влияние оказывает также кривизна бруса; однако ввиду сравнительно малой кривизны в приближенном расчете это влияние можно не учитывать.

Размер б соответствует толщине стенки корпуса по верхнему обрезу горловины; к — высота горловины, которая включается в работу при полном сжатии аппарата. Применительно к кон­струкции аппарата Ш-1-Т высоту Н можно принимать равной расстоянию от верхнего обреза горловины до нижнего края

134

Клина при полном его погружении (/г = 160 мм) вследствие этого запас прочности увеличивается.

Кроме напряжений а и действующих в плоскости, перпенди­кулярной к оси амортизатора, возникают напряжения сжатия сг2 вдоль оси амортизатора. Величину этих напряжений найдем из условия

Рщр

А2 = — р~=—(220) г к 1 к

Где Ртр — сила трения, направленная вдоль оси аппарата от всех клиньев;

-/V’ — нормальная сила для одной грани, определяемая

По формуле (19); п — число граней;

/—коэффициент трения между клином и гранью кор­пуса;

Рк — площадь поперечного сечения корпуса в месте определения напряжений.

Если в отличие от рассмотренного случая нагрузка прило­жена не по всей длине грани, то для расчета следует взять часть стенки с симметричной нагрузкой (см. фиг. 56, б). Когда не все грани корпуса одинаково загружены (фиг. 55, в), для расчета напряжений применйм метод сил. При этом для корпуса, пред­ставленного на фиг. 55, в, основную расчетную схему можно при­нять такой, как показано на фиг. 58, для которой составляют обьгчіную систему канонических уравнений метода сил. По этой системе вычисляют силовые факторы Х и Х%.

Когда при ударе амортизатор закрывается полностью и часть силы передается на корпус непосредственно от нажимной плиты, то в дополнение к напряжениям сжатия, вычисленным от сил со стороны клиньев, нужно учесть напряжения аз от непосред­ственного сжатия корпуса силой Р3. Величина этой силы опреде­ляется по энергии Эк удара, дополнительно воспринятой корпу­сом:

ЭК = Э-ЭЯ9 (221)

Где Э — полная энергия удара, приходящаяся на амортизатор, за вычетом энергии, затраченной на деформацию кон­струкции, на которой установлен амортизатор;

Эп — эффективность амортизатора, которая должна опреде­ляться с учетом изменения коэффициентов трения от скорости скольжения [см. формулу (181)].

Где жк

подпись: где жкЕсли деформация корпуса остается в пределах упругости, силу Р3 находят из соотношения

Жесткость корпуса при сжатии. Заменяя корпус эквивалентным призматическим стержнем, получим

Жк = Щ*~, (223)

Где Е— модуль упругости материала корпуса;

/^ — площадь поперечного сечения корпуса;

Н— высота корпуса.

Напряжение сжатия от силы Р3 будет

. (224)

К

Суммарное расчетное напряжение сжатия в стенках корпуса находим из условия

°сж = а2 + аз — (225)

Нижняя часть корпуса амортизатора, не воспринимающая непосредственно давление клиньев, испытывает в основном на­пряжение, вызываемое силами, сжимающими корпус.

У поглощающих аппаратов автосцепного устройства корпус обычно делается литым, а его форма и размеры определяются

Также технологическими соображениями и необходимостью фик­

Сировать положение аппарата в хребтовой балке вагона. Не­редко элементы корпуса характеризуются существенной нерав — иопрочностью; наибольшие напряжения обычно бывают в гор­ловине в зоне прилегания клиньев. Например, в аппаратах Ш-1-Т, как выше указывалось, обычно наблюдаются разруше­ния в углах горловины.

Дно корпуса рассчитывается как пластина, условия загру — жения и опирания которой зависят от конструкции корпуса и элементов сооружения, воспринимающего давление от амортиза­тора. Конструкция дна корпуса и условия его нагружения весьма сложны, в частности, имеет место неопределенность в условиях прилегания корпуса к упорам хребтовой балки [22]. В качестве грубо приближенного расчета напряжений в дне призматиче­ского или цилиндрического корпуса можно рассматривать его как свободно опертую круглую пластину с радиусом, равным ра­диусу окружности, описанной вокруг многогранника. Вследствие этого допущения запас прочности увеличивается. Расчетное на­пряжение в данном случае будет [38]

— з (3 + ц) /оодч

^тах 0^ » 2i2b)

Где г — радиус пластины; б — толщина пластины;

Ц — коэффициент Пуассона;

— интенсивность равномерно распределенной нагрузки;

~ -£г ’ <227>

Где Р — сила, действующая на дно амортизатора со стороны уп­ругих элементов.

Прочность и износостойкость клиньев определяются величи­ной давления р на поверхностях трения и работой трения А. До­пускаемые величины р и А следует выбирать в зависимости от материала и его свойств. Для стальных закаленных поверхно­стей допускают [р]=500-^-600 кГ/см2. Для специальных фрикци­онных материалов некоторые данные о давлении [р] приведены в гл. XI.

Определить величину [А] пока трудно, так как нет доста­точно обоснованных данных. Приближенно можно считать для поглощающих аппаратов автосцепного устройства, что при Л = = 3 500 000 кГм износ не должен приводить к снижению эффек­тивности более чем на 5%.

1. ПРИМЕР РАСЧЕТА

Определить напряжения в стенках корпуса (в углах между клиньями) аппарата Ш-1-Т с хорошо приработанными поверхно­стями трения (f=0,29), если наибольшая сила ударного сжатия аппарата, соответствующая полному ходу (^сло^ = 70 мм), равна Р = 100 т, жесткость выталкивающих пружин ж=1300 кГ/см, начальная затяжка пружин х0п=Ю мм, угол наклона корпуса 7=2°, толщина стенки 6 = 22 мм, ширина грани а=100 мм.

Суммарную нормальную нагрузку на стенки корпуса от од­ного клина вычислим по формуле (22):

Дг _ Р ж (х х^) _____________ 100 000 — 1300 (7+ 1) _______ п^ч и г.

1 3 (/! cos у + sin у) ~ 3 (0,335 • 0,999 — f 0,0349) ~ w UUU ’

Здесь

F =____ ….. ….. в>^9 Q оо г

Yi sin 60° — 0,866 — и>00°-

Расчетную растягивающую силу N2 определим по форму­ле (217):

ЛГ2 = -^==——- = 51 600 кГ.

УЗ 1,74

Изгибающий момент в расчетном сечении найдем по фор­муле (216):

Дл IV1 и ___________ 90 000 • 10______ .л р

М ———— — р=- =———— = 43 000 кГсм.

12 УЗ 20,9

Момент сопротивления ^х, площадь ¥ расчетного сечения оответственно будут (считая сечение прямоугольником)

УХ = = 16 б2,22 = 12,8 см?- 16 • 2,2^35,2 см2.

Суммарное напряжение в плоскости поперечного сечения равно

1=-^-+^=-^-+^-=4820 кГ^.

Напряжение сжатия а2 вдоль оси амортизатора вычислим по формуле (220):

Л^-/г-/ Ых • п • / 90000-6-0,29 ало П1 *

—————— — 1 у — — = 648——— кГ/см2.

2 Р* /3 Рк /3-140

Как видно, для аппаратов с хорошо приработанными клинь­ями напряжение в углах корпуса может достигать предела те­кучести. Это иногда наблюдается в эксплуатации, о чем свиде­тельствует наличие остаточных пластических деформаций в не­которых корпусах аппаратов, находившихся в эксплуатации.

Оценивая влияние износа на прочность корпусов амортиза­торов, нужно учитывать два обстоятельства. С одной стороны, уменьшение толщины стенок корпуса снижает их прочность, с другой стороны, под влиянием износа изменяются силовые взаимодействия между элементами амортизатора, причем умень­шаются эффективность и усилия, передаваемые от клиньев на корпус. Величина изменения напряжения в корпусе аппарата зависит от совместного влияния этих обстоятельств. В аппара­тах Ш-1-Т часто наблюдаются случаи, когда уменьшение нагру­зок на корпус, вызванное износом, снижает напряжения в боль­шей степени, чем они увеличиваются от уменьшения толщины стенок, поэтому износ часто не увеличивает опасность разруше­ния корпуса.

Оставить комментарий