Расчет рамы на действие силы пара

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Расчет листовых рай

Основным расчетом листовой рамы на действие силы пара определяются напряжения на разрыв в участке рамы над буксовым вырезом; дополнительно рама рассчитывается на сложное напряжение от растяжения и изгиба силой пара. В первом расчете буксовая струнка не учитывается вовсе, т. е. здесь определяются напряжения в раме при самых неблагоприятных условиях- при ослаблении струнки. Во втором случае струнку частично учитываем.

Рассмотрим схему машины, изображенную на фиг. 406, и напишем уравнение моментов для правого листа, принимая за центр моментов левую раму (точку О) и обозначая через а и Ь расстояния от оси цилиндра и от рамы до средней продольной оси паровоза.

Ря(а + Ь) = 8п -2Ь,

°ТКУДа с яр1±»

Здесь 5П - усилие, нагружающее правую раму на разрыв от действия силы пара в правом цилиндре.

Пар, впущенный в левый цилиндр, в основном нагружает на разрыв или на сжатие левую раму, но частично - и правую. Приняв точку О снова за центр моментов, имеем:

Р-(а-Ь) = 8я-2-Ь, откуда а_ьздесь 5 -усилие в правой раме от действия силы пара в левом"цилиндре.

При некоторых положениях кривошипа эти усилия Sn и Sa складыва ются, и тогда правая рама растягивается силой:

S = S.+S.-P(!±i + ^i) = pi . (15в)

Ориентируясь на выбранную высоту рамы над буксовым вырезом обычно в пределах

h = (45 50) см и зная допускаемое в этом расчете напряжение

/?г^450 кг/см2

для ст.-З, и до 500 кг/см3 для ст.-5, определяем толщину рамы о:

<5 = Р---см. (157)

b • h ■ R,

По поводу этого расчета нужно сделать два замечания.

2. Расчет рамы на действие силы пара
Фиг. 406.

Во-первых, рассматривая формулу (156)

Б = Р^,

ьмы видим, что расстояние между цилиндрами 2а должно быть возможно меньшим и расстояние между рамами возможно большим, так как это уменьшает усилия, растягивающие или сжимающие раму.

Во-вторых, по поводу небольшого значения Рг нужно заметить, что именно этим понижением допускаемого напряжения мы делаем раму безопасной и в сопротивлении другим нагрузкам. В действительности, конечно, и при частичной работе струнок напряжения в раме могут достигать напряжений в 3-ЗУ2 раза больших.

Попутно с этим расчетом раму необходимо проверить и на изгиб силой пара. При нормальных условиях работы, когда струнка включена в работу, изгиб, конечно, ничтожен, но при ослаблении струнки внецентренное растяжение рамы дает в ней большие напряжения на растяжение и изгиб.

На фиг. 407 дана схема нагрузки-сила Р и плечо, на котором она приложена. Обозначим /-расстояние от центра шейки оси до центра тяжести сечениярамы над вырезом; тогда изгибающий момент и напряжения в раме от изгиба и растяжения:

м = р-1;

Яел = я, + /? = ^ + ^ <1 800 кг/см2. і 158)

61г оп1

В этом расчете мы принимаем силу Р вместо действующей по раме силы 5 (см. предыдущий расчет) из-за вероятного уменьшения изгибающих усилий за счет работы струнок. Подчеркиваем, что столь большое напряжение

Я„> 1 800 кг\см2

оказывается возможным допустить в расчете лишь потому, что в действительных условиях струнки все же оказывают большую помощь раме. Полностью надеяться на работу струнок, могущих значительно уменьшить напряжения в раме, в особенности от изгиба, мы все же не можем и учитываем их изложенным способом, достаточно себя оправдавшим на практике.

В работе паровоза на состояние струнок нужно обращать самое серьезное внимание. Об их рассчетных размерах говорится ниже.

Рассчитанная на растяжение и изгиб силой пара паровозная рама может оказаться, как упомянуто раньше, недостаточно прочной на изгиб при подъемке паровоза. Поэтому иногда приходится увеличивать размеры сечения над буксовым вырезом, уже рассчитанные только что изложенным способом.

2. Расчет рамы на действие силы пара
Фиг. 407.

Расчет брусковых рам

Брусковые рамы в основном расчитывают только на растяжение. Надежная работа струнок позволяет не рассчитывать рамы на случай их ослабления; поэтому, вообще говоря, можно не производить расчет рам на внецент-ренное растяжение.

Изложенный раньше расчет листовой рамы на растяжение может быть полностью применен и здесь. Верхний брусок рамы над буксовым вырезом растягивается тем же усилием S = Р- .

В виду того, что относительное расположение цилиндров и брусковых рам уже вполне установилось, американцы ведут расчет рамы не на усилие S, а наусилие Р, учитывая множитель -р всегда больший единицы и примерно одинаковый у обычных паровозов с брусковыми рамами, соответственным понижением допускаемого напряжения. Это еще более упрощает расчет. Именно таким образом рассчитываются рамы всех американских паровозов.

В США установлены опытом наибольшие допускаемые напряжения от действия силы пара в различных участках брусковой рамы.

Выполненные за последние годы проф. Мейнике и Экзержианом1 исследовательские работы показали, что американские данные хорошо увязаны с теоретически необходимыми.

Эти американские данные сведены в таблицы допускаемых напряжений, составленных заводом «Алко» и Балдвина, незначительно отличающиеся

1 Более подробно о расчете рамы см. 1) Meineke, Lehrbuch des Dampflokomo-tivbanes; 2) Экзержиан, Напряжения в рамах локомотивов. Труды МЭМИИТ, изд. 1934 г.; 3) Сборник «Локомотивостроение», № 1, за 1935 г. изд. Редбюро б. Локомотиво-проекта.

одна от другой по приводимым в них величинам допускаемых напряжений. Таблица завода «Балдвин», как более подробно проработанная, для нас представляет больший интерес, тем более, что в ней дается и оптимальная толщина брусковой рамы в зависимости от усилия пара в цилиндре г. Приводим таблицу в сокращенном виде, делая выборку данных лишь для более или менее крупных паровозов. Поясняет таблицу 15 эскиз рамы по фиг. 408.

Таблица 15

Толши- Наиб- пР™ер Усилие пара на бруСК диам^рам вна поршень кг рамы мм ных бол-

1 тов мм А

-!Ь1Є ДОПуСІ

кг/см2 в Б

<аемые на сечениях

В

тряжения Г

18 700-34 ООО 102 28 185

220

305

120

32 700-40 800 114 32 190

225

320

130

41000-52 000 127 35 200

(36)

230

330

135

50 300-60 500 140 38 205

240

340

140

55 000-73 000 152 41 215

(42)

245

345

Данные этой таблицы относятся к рамам, изготовленным из обыкновенной литой углеродистой стали.

Применение легированной (ванадиевая, никелевая) или же прокатной стали (ст.-5), как это сделано в наших мощных паровозах, позволяет безопасно поднять все приводимые в таблице 15 допускаемые напряжения на 15-20%.

Что касается норм «Алко» для расчета брусковых рам, то они дают примерно те же результаты для участков рамы, расположенных за ведущей колесной парой. Для участков рамы, расположенных между цилиндрами и ведущей колесной парой, напряжения незначительно (в среднем на 10-15%) понижены против норм завода Балдвина.

Вообще говоря, можно пользоваться как теми, так и другими, но рекомендуем нормы Балдвина, как увязанные с толщиной рамы.

2. Расчет рамы на действие силы пара
Фиг. 408.

⇐ | Общие предпосылки к расчету || Конструкции паровозов || Расчет рамы на подъемку | ⇒