Расчет рамы на подъемку

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Этот расчет производится, как было указано раньше, обычно для листовых рам, не имеющих промежуточных непосредственных соединений котла с рамой "(гибкие листы). У паровоза сер. «Э» напряжения при подъемке выходят достаточно большими, и поэтому имеющаяся у этого паровоза одна гибкая промежуточная опора считалась желательной, она включала в систему работающей на изгиб рамы и к о т е л. Наличие этого опорного листа, при подъемке паровоза работающего на разрыв, как подвеска, позволяет считать раму паровоза сер. «Э» вполне прочной на подъемку. Рамы паровозов, не имеющих промежуточного гибкого листа, должны всегда проверяться на подъемку.

Подъемка паровоза может производиться или со снятыми (выкатка ската) или же с поставленными струнками. В первом случае подъемки-воды в котле нет; колесные пары, буксы, спарники остаются на месте, все остальное-поднимается. Это-наиболее тяжелый случай нагружения рамы на изгиб, так как отсутствие струнок вызывает значительные напряжения в рамных листах по буксовым вырезам. Отсутствие динамических нагрузок на поднимаемую раму (подъем производится очень медленно) и стремление не утяжелять раму за-

1 Конечно, прямой связи между усилием пара в цилиндре и толщиной рамы нет, но самое сопоставление этих факторов достаточно обосновано.

ставлягот допускать в раме при подъемке очень большие величины напряжений на изгиб-до 2 000-2 100 кг/см2 (для ст.-З). Здесь нужно заботиться, чтобы имеющееся в действительности напряжение не превосходило предела пропорциональности данного материала. Этот предел все же оказался бы превзойденным у некоторых паровозов с такими рамами, и в паровозах сер. «Су», например, пришлось поэтому поставить большие П-образные рамные листовые накла дки, приклепав их к раме вокруг вырезов для всех трех букс движущих осей.

Несколько отличающиеся условия для работы листовых рам имеют место при эпизодической подъемке паровоза с наполненным водой котлом, со всеми колесными парами, буксами, движением и другими деталями и с поставленными на место струнками. Изгибающие моменты здесь значительно больше чем в первом случае, но и моменты сопротивления сечения рамы (добавляется струнка) соответственно увеличиваются. Проверка на этот вид нагружения при расчете рамы на прочность необходима, несмотря на то, что сами случаи такой подъемки редки.

В свою очередь каждый из двух названных расчетов выполняется в двух вариантах, отличающихся один от другого принятым расположением опорныхточек котла на раме. В виду наличия статической неопределенности балки (котла), лежащей на трех опорах, сначала рассчитывают раму в предположении нажатия одной передней опоры топки и затем-одной задней; опора дымовой коробки нагружена, конечно, в обоих случаях.

Напряжения в раме на изгиб определяются по правилам графостатики. Определив напряжения в раме для обоих случаев нагружения опор топки-или передней, или задней^ мы берем среднее арифметическое этих напряжений. Такое решение вопроса оказывается возможным потому, что в действительных условиях, даже если топка опирается на раму только своей передней опорой,-при подъемке паровоза рама, испытывающая такие большие напряжения, как 2 ООО кг/см2, несколько прогнется, и в работ}' включится и задняя опора. Таким образом при подъемке паровоза из-за упругих деформаций рамы все три опорные точки оказываются нагруженными. Расчет рамы на подъемку домкратами Беккера (в условиях ремонта паровоза) отличается некоторой громоздкостью, так как приходится, во-первых, иметь дело с десятками различных сил, нагружающих раму, и, во-вторых, составлять эпюру моментов, чтобы можно было определить напряжение на изгиб в любом месте рамы по длине 1.

В виде конкретного примера проверки рамы на подъемку при ремонте паровоза приводим расчет рамы паровоза сер. «Су» (первых выпусков, с толщиной рамы 30 мм), поднимаемого без струнок, колесных пар, букс и спарников, а также и без воды в котле.

На фиг. 409 показаны основные размеры рамы над буксовыми вырезами. Определив горизонталь,- на которой располагается центр тяжести составного сечения (лежит на 19,6 см выше нижней кромки рамы), находим момент инерции сечения относительно оси х:

/, = ^/ + ^(С'^)2 = -~ + 4,2-46-3,42 + +2,8- 10- 14,12 +

+ -+ 5.1 -3,2- 17,52 -Г2-^--3 + 4,2-2 (19,92 + 8,152) + 12 ' [_ 12 ^

+ 4'2'2'33 + 4,2 • 2,3 • 3,62 + -^ + 7 • 2,3 • 14,12] =39888 смК

1^ 12

1 При конструировании рамы эпюра моментов позволяет достаточно чючно рассчитать размеры вырезов в раме для ее облегчения.

3. Расчет рамы на подъемку
Фиг. 409.

Затем определяем моменты сопротивления для растянутых и сжатых волокон: V/ "аск = -39 88- = 2 035 смг.

19,6

у сж = _39838_ = 1 5П х 26.4

Для определения общего веса котла паровоза сер. «Су» и установленных на нем деталей составляем таблицу 16.

Таблица 16 Название деталей Вес в кг

Котел-основные части............. 21103

Перегреватель (Чусова)............ 2 637

Гарнитура котла............... 2 010

Оборудование угольного отопления ...... 1 624

Арматура................... 497

Тормоз (насос установлен па котле)...... 344

Паропровод........... ,...... 497

Часть веса подогревателя........... 604

Песочница и приводы............. 243

Итого.........| 29 540

Определив вертикаль, на которой расположен центр тяжести котла, находим далее реакции опор А и В, обозначенные на (Ьиг. 410.

3. Расчет рамы на подъемку
Фиг. 410.

Теперь вычерчиваем схему рамы, как показано на фиг. 411 (на стр. 443) и размещаем на ней все нагрузки, как это обозначено сверху стрелками, снабженными соответствующими надписями. Расчет делаем несколько сокращенно и, чтобы не загромождать чертежа, объединяем нагрузки, близко расположенные одна к другой. Собственный вес рамы можно принять или разномерно распределенным или же в виде сосредоточенных нагрузок на отдельных участках; границы последних выбираются естественные, т. е. по буксовым вырезам.

Затем выбираем масштабы длин (1/Б0)1 сил (1 см-4 000 кг) и полюсное расстояние (Я-5 см) и строим силовой многоугольник. Параллельно его лучам фиг. 4іі.

3. Расчет рамы на подъемку

проводим, как обычно, ломаную линию и, замыкая ее, определяем отрезки /г15 й2 и Л3, выражающие в выбранном масштабе величины изгибающих моментов выданном участке рамы.

Вычислим напряжение на изгиб в раме по буксовому вырезу третьей сцепной оси. Рамный лист в этом месте согласно многоугольнику Вариньона имеет Л3= 9,5 см, и изгибающий момент:

м о,5-из-1---- • Я^О^^^4750000 кг'см-

50 '4 000

Коэфициент 0,5 введен для определения момента, изгибающего каждый (из двух) рамный лист.

Напряжение в растянутых волокнах:

Ям д ^ = 4 750 00Э = 2334 кг1(Мг {) XV 2 035

и в сжатых:

; = Л4 = 4 750 000 = з 143 кг/смг. [> XV 1511

Производя аналогичный расчет для нагружения задней опэры топки, получаем:

ц"г) = 1 330 кг/см2

и соответственно:

Я[й) = 1 785 кг/см2. Средние растягивающие напряжения в раме:

= = 2 334 + 1 330 = 1 832 кг/а*2

и сжимающие:

п = *к±^> ,^3 + ™ = 2 464 кг 1см2.

{а> '22

Значительно большее напряжение в сжатых волокнах все же не является более опасным по сравнению с растянутыми, как это показывает опыт. Хотя кромки выреза усилены закрытыми направляющими, обусловливающими уменьшение напряжения в растянутых волокнах по сравнению с сжатыми, все же разрушение материала всегда начинается именно в этих растянутых волокнах. По поводу изложенного расчета заметим, что, в отличие от других паровозов, у паровоза сер. «Су» наиболее опасным местом рамы является сечение по вырезу для задней поддерживающей оси. Здесь напряжение на растяжение равно 2 030 кг/см2.

⇐ | Расчет рамы на действие силы пара || Конструкции паровозов || Понятие о расчете деталей рамы | ⇒