Расчёт рамы платформы на вертикальные нагрузки методом сил. Нагрузки, учитываемые при расчёте. Выбор расчётной схемы и основной системы

Оценка прочности элементов вагона сводится к установлению величин усилий, действующих на исследуемый элемент, выявлению величин и характера распределения напряжений по длине и сечению элемента, а также определению допустимых в элементе напряжений, при которых обеспечивается безопасная и надёжная его работа.

На стадии эскизного проектирования расчётная схема выбирается простой, чтобы быстро получить ответ на основные вопросы: правильность выбора материала, формы и размера основных несущих элементов. В дальнейшем расчётная схема усложняется, и требования к точности расчёта возрастают.

Вертикальная статическая нагрузка P_ст, складывается из действия собственного веса кузова вагона P_кз, и веса полезной нагрузки P_п.

Конструкцию платформы можно представить в виде плоской стержневой системы, несущие элементы которой являются жёстко связанными между собой. Она образуется, путём проектирования на горизонтальную плоскость осевых линий, проходящих через центры тяжести площадей поперечных сечений балок. Вспомогательные поперечные балки, имеющие относительно небольшую жёсткость в вертикальной плоскости, в расчётную схему не включаются.

Равномерно распределённые нагрузки q_x и q_б определяются по формуле:

где k₁, k₂ – коэффициенты распределения, определяющие долю веса полезной нагрузки, приложенной соответственно к хребтовой балке и боковой балке, k₁=5/8; k₂=3/16;

P_р – вес элементов рамы и пола без веса хребтовой балки;

P_п – вес полезного груза; P_х – вес хребтовой балки; 2L – расчётная длина кузова.

Рама и действующие на неё нагрузки симметричны, следовательно принимаем расчётную схему 1/4 части рамы. Отброшенные части заменяем связями, закрепляющими сечения от поворотов в вертикальной плоскости, в которых действуют изгибающие моменты. Хребтовая балка в расчётной схеме рассматривается как половина действительной балки, значит Геометрические параметры хребтовой балки также равны половине её действительных величин:

Благодаря принятым упрощениям статическая неопределимость системы сократилась и составляет теперь 0,5(n–2)=0,5(6–2)=2 (где n –число поперечных балок всей рамы, n=6).

Основная система по методу сил в данном случае образуется путём рассечения концевой и поперечной балок в зоне соединения с боковой балкой и введение лишних неизвестных X₁ и X₂.

Величины X₁ и X₂ определяются при решении системы канонических уравнений:

где – коэффициент канонического уравнения, представляющий собой перемещение в основной системе по направлению X _i, возможное действие силы X _i =1;

– свободный член канонического уравнения, выражающий то же перемещение, но от внешней нагрузки.