РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НЕСУЩИХ
ЭЛЕМЕНТОВ ВАГОНОВ-САМОСВАЛОВ
При проектировании вагонов-самосвалов и их узлов должна быть обеспечена
необходимая несущая способность всех элементов, предназначенных для
воспринятия эксплуатационных нагрузок. Несущую способность конструкций
вагонов оценивают применительно к установленным нормам их расчета на
прочность, величинам и сочетаниям основных и дополнительных
эксплуатационных нагрузок по следующим критериям: допускаемым
напряжениям;
В каждом конкретном случае расчеты несущей способности следует выполнять
по тем критериям, которые являются наиболее характерными для условий
работы данного элемента.
Элементы кузовов вагонов рассчитывают по допускаемым напряжениям и
запасам устойчивости. Элементы ходовых частей вагонов рассчитывают по
допускаемым напряжениям и запасам усталостной прочности. Для расчета
элемента или узла вагона на каждый вид нагрузки устанавливают расчетную
схему.
Расчетные схемы в зависимости от конструкции элемента или узла и
действующих нагрузок могут представлять собой пространственные или
плоские рамы, фермы, балки с различным закреплением концов и на разных
опорах, стержни, оболочки, тонкостенные стержни, балки на упругом
основании и др.
Раму кузова вагона-самосвала на действие вертикальной нагрузки
рассчитывают как раму, состоящую из продольных и поперечных элементов,
нагруженную равномерно распределенной нагрузкой и лежащую на упругих
опорах. Продольные и поперечные балки рам кузова в расчетах на
вертикальные нагрузки рассматривают неразрезными, но шарнирно
опирающимися друг на друга. При наличии металлического настила пола в
расчетное сечение балок вводят часть листа настила. Полезная нагрузка,
действующая на настил пола, распределяется между металлическими
элементами кузова, поддерживающими этот настил, по закону неразрезных
балок на жестких опорах.
Хребтовую балку нижней рамы на действие вертикальной нагрузки
рассчитывают как балку, лежащую на двух опорах-пятниках и нагруженную
сосредоточенными силами или равномерно распределенной нагрузкой.
Поперечные балки и опорные кронштейны хребтовой балки в расчетах на
вертикальные нагрузки принимают жестко заделанными и нагруженными
сосредоточенными силами.
При расчете вагона-самосвала на продольные нагрузки используют следующие
расчетные схемы:
нижнюю раму рассчитывают как балку на опорах-пятниках, нагруженную
эксцентрично приложенными продольными силами;
упорные элементы хребтовой балки и поперечные балки рамы кузова
рассчитывают на горизонтальные инерционные силы по формуле (12); при
этом поперечные балки рамы кузова, воспринимающие продольные инерционные
усилия, рассматривают как балки, жестко заделанные по концам.
Лобовую стенку на действие распирающих нагрузок рассчитывают по формуле
(13) методом расчета отдельных балок. При этом распределение нагрузки
между отдельными стойками устанавливают применительно к особенностям
конструкции. Продольный борт при расчете на вертикальную нагрузку
принимают в виде балки на двух опорах, расположенных в зоне пятниковых
узлов. Нагрузка при такой схеме расчета состоит из веса бортов и
равномерно распределенной по длине нагрузки, равной 25% полезной
нагрузки.
При расчете продольного борта на распирающее действие сыпучих грузов
учитывают пассивное или активное давление. В этом случае борт
рассматривают как раму, шарнирно опертую в петлях рамы кузова и в точках
присоединения тяг механизма открытия бортов. Давление сыпучего груза
рассматривают как равномерно распределенную по длине борта нагрузку,
нормальную к его пло-кости; 2/3 этой нагрузки приложено к нижнему лоясу
борта и 1/3 — к верхнему поясу.
Кососимметричные нагрузки, представляющие собой системы взаимно
уравновешенных сил, учитывают только при расчетах систем, имеющих
жесткую раму, способную воспринимать эту нагрузку.
Расчетные схемы для элементов вагона-самосвала на действие усилий
тормозной системы и механизмов устанавливают в зависимости от их
взаимодействия, обусловленного конструкцией.
С учетом специфики работы вагона-самосвала его конструкцию дополнительно
рассчитывают на устойчивость при разгрузке, а раму кузова — на прочность
от ударных нагрузок, возникающих при погрузке транспортируемого груза
экскаваторами.
Расчет верхней рамы кузова думпкара на удар
падающим грузом.
Многочисленными исследованиями по определению прочности и надежности
различных конструкций вагонов-самосвалов, а также опытом их эксплуатации
на предприятиях горнодобывающей промышленности установлено, что наиболее
неблагоприятными условиями с точки зрения воздействия на конструкцию
вагона являются те, которые возникают при погрузке в карьерах
экскаваторами с ковшами большой емкости. Наиболее напряженными узлами в
конструкции вагонов-самосвалов являются несущие элементы верхней рамы
кузова, так как они испытывают большие воздействия при погрузке от
ударного нагружения.
Рассмотрим метод расчета на прочность от ударного нагружения рамы
вагона-самосвала, в основу которого положено уравнение С. П. Тимошенко
для поперечного упругого удара. Это уравнение объединяет теорию общих
деформаций (Сен-Венана-Бусинеска) и теорию местных деформаций (Герца).
Верхнюю раму думпкара рассматривают как плоское перекрытие, состоящее из
поперечных и продольных балок. При этом учитывают следующие допущения:
поперечные балки одинаковы, расположены на равном расстоянии, жестко
связаны с продольными балками в узловых точках, нагружены собственным
весом и весом участка пола; нагрузка сосредоточена в узловых точках;
опираются поперечные балки на упругие опоры; жесткость упругих опор
определяют по жесткости бортовых продольных балок, продольных бортов и
хребтовой балки;
центральные продольные балки шарнирно оперты по концам; удар упругий;
при центральном ударе вследствие симметрии думпкара рассматривают одну
продольную балку;
продольный болт соединен с верхней рамой без зазоров. Плоское перекрытие
представляет собой пространственную статически неопределимую
конструкцию. Для раскрытия статической неопределимости перекрытия
пользуются условием равенства перемещений узловых точек wInon поперечных
и шУпр0Д продольных балок, т. е.