К числу основных сил, действующих на тележку, которые необходимо
учитывать при ее расчете на прочность, относятся: вертикальная
статическая; вертикальная динамическая; вертикальная и горизонтальная
составляющие от боковых сил — центробежной и ветровой; вертикальные
составляющие от продольных сил инерции; горизонтальные составляющие от
направляющих усилий рельсов и сил трения между колесом и рельсом;
вертикальные составляющие от действия кососимметричных нагрузок,
обусловленных неровностью пути и допусками на изготовление пружин и
других элементов; усилия от тормозной передачи; распределенные по
опорным поверхностям пятника и подпятника силы трения, обусловленные
влиянием тележки. Перечисленные нагрузки считаются приложенными к
тележке и действующими статически. Напряжения в несущих элементах
определяются от наиболее невыгодного сочетания сил, действующих на
тележку.
12.4. Материалы, применяемые в вагоностроении, и
допускаемые напряжения
При выборе материалов для постройки вагонов и их деталей учитывают
характер их загружения и влияние внешней среды, существенно влияющих на
прочность и долговечность вагонов [25].
Коррозия и износ уменьшают размеры поперечных сечений деталей и понижают
их прочность. Поэтому материалы, применяемые в вагоностроении, должны
быть коррозионно- и износостойкими. Они должны удовлетворять условиям
технологичности конструкции вагона при постройке и ремонте его.
При постройке вагонов широко применяются углеродистые и
низколегированные стали. Для изготовления основных несущих элементов
вагонов (рам тележек, хребтовых и шкворневых балок, каркаса и обшивки
кузова) наибольшее применение имеет низколегированная сталь марки 09Г2Д,
обладающая повышенной прочностью и коррозионной стойкостью. При
постройке новых грузовых вагонов в десятой пятилетке будут использованы
и низколегированные стали 10ХНДП и 10Г25Д.
Механические свойства основных марок стали, применяемой в современном
вагоностроении, приведены в табл. 12.2.
Таблица 12.2. Механические свойства стали,
применяемой в вагоностроении
Марка стали
Предел теку чести при растяжении, МПа
Предел прочности при растяжении, МПа
Предел выносливости гладкого образца при изгибе, МПа
Относительное удлинение, %
Ударная вязкость, МДж/мг
ВСтЗсп
240
380—470
170
27—25
>0,3 (при
—20°С)
09Г2Д
310
450
210
21
0,4 (при
—40°С)
юхндп
350
480
1
'
20
Все больше будут применяться в вагоностроении алюминиевые сплавы с целью
дальнейшего снижения тары, так как плотность этих сплавов в три раза
меньше, чем у сталей, а механические характеристики
сравнительно высокие и не меняются с понижением температуры. Алюминиевые
сплавы, содержащие магний и марганец, обладают хорошей . коррозионной
стойкостью, технологичны, хорошо штампуются и свариваются. Для сплава
АМГ6Т (нагар-тованного), содержащего до 6% магния, at = 250 МПа, ав =
360 МПа.
Опыт применения алюминиевых сплавов при постройке вагонов показывает
возможность существенного (на 30—45%) уменьшения их массы по сравнению
со стальными, однако стоимость алюминиевых сплавов пока выше стоимости
сталей.
Допускаемые напряжения в мегапаскалях для деталей вагонов, изготовленных
из сталей и алюминиевых сплавов, приведены в табл. 12.3.
Дальнейшее снижение тары и улучшение эксплуатационных показателей вагона
в будущем может быть достигнуто применением в вагоностроении полимерных
материалов и пластмасс. В настоящее время полимеры используются
преимущественно для внутреннего оборудования и отделки вагонов.
Хребтовые балки рамы вагона, стержни каркаса кузова и другие гибкие
элементы вагона проверяют на прочность и на устойчивость. Наблюдающиеся
разрушения некоторых элементов часто имеют вид усталостного разрушения.
Поэтому наряду со статическими расчетами производят проверку прочности
на усталость. Условия ироч-