4. КОНСТРУКЦІЯ ТА РОЗРАХУНОК КУЗОВІВ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ

4.1. Кузов - частина екіпажу, призначена для розміщення пасажирів, об­слуговуючого персоналу, необхідного обладнання, а також для сприйняття на­вантажень під час руху.

Вимоги:

- дотримання габаритів за зовнішніми розмірами;

- міцність конструкції при малій вазі;

- зручність планування пасажирського салону, приміщень обслуговуючого персоналу;

- наявність засобів вентиляції, опалення і освітлення;

- форма кузова повинна забезпечувати мінімальний опір рухові.

4.2. Класифікація кузовів РС (рис. 4.1):

Рама

Рама і бокові стінки

За кількістю поверхів

два

 

Суцільнонесучі (рама + бокові стінки + покрівля)

За несучою властивістю

півтора

один

1

2

За технологією з' єднання і елементів

КУЗОВИ

клепані зварені комбіновані

За способом зчле­нування секцій

За матеріалом кузова

За конструкцією рами

односек-ційні

напівпри-чіпні

при­чіпні

зі сталі

з алю­мінію з пластма­совими еле­ментами

пло-

просто-

щинна

рова

Рис. 4.1 - Класифікаційна схема кузовів РС

4.2.1. За несучою властивістю (рис. 4.2):

а) Рама + ненесучий кузов (коефіцієнт маси 1,1 ^ 1,25 т/м);

б) Рама + бокові стіни (коефіцієнт маси 1 ^ 1,2);

в) Весь кузов з покрівлею (коефіцієнт маси 0,86 ^ 1).

Судячи з коефіцієнта маси (маса одного метра довжини кузова) при одна­ковій міцності, суцільнонесучі кузови значно легші, хоча у виготовленні -складніші.

4.2.2. За технологією з'єднання елементів:

а) клепаний;

б) зварений;

в) комбінований.

Клепаний - велика вага, послаблення перерізів, висока вартість зборки (складні технології); відносно проста зміна деталей під час ремонту.

Зварений - деталі кузова зварені між собою - усунуті недоліки клепаного. Комбінований - має переваги попередніх.

4.2.3. За конструкцією рами: площинні (трамваї, вагони метро); просто­рові (тролейбуси ЗіУ-9).

4.2.4. За матеріалом кузова: сталеві (тролейбуси ПМЗ, ЗіУ); алюмінієві (тролейбуси заводу ім. Антонова не іржавіють); з пластмасовими елементами -перспективні.

4.2.5. За способом з'єднання секцій: причіпні, напівпричіпні; у трамваїв -з опорним на візок зчепленням.

Розрізняють два типи зчленування кузовних секцій:

а) напівпричіпного типу (консольного, при якому причіпна секція опира­ється на ходові частини через шарнірний вузол на раму ведучої секції), найбі­льше розповсюдженого.

б) причіпного типу (зчеплення завантажено тільки тяговим зусиллям). Вимоги до зчленування напівпричепа.

Зчленування повинно забезпечувати:

- свободу необхідних переміщень секцій в 3-х перпендикулярних площи­нах;

- безпеку і зручність переходу пасажирів через зону зчеплення під час ру­ху;

- безшумність роботи;

- мінімальність вібрації і ударяння зчленуваних секцій при повороті і русі РС на прямих ділянках шляху;

- мінімальний коридор вписування;

- високу надійність, зносостійкість, мінімальні потреби в експлуатаційно­му обслуговуванні, ремонтопридатність та можливість розчеплення секцій під час ремонту;

- герметичність міжсекційних ущільнень.

4.2.6. За поверховістю - одно, півтора і двоповерхові. Двоповерхові (збі­льшений час стоянки, низький коефіцієнт використання другого поверху, зни­жена поперечна стійкість) застосовуються в стиснених вуличних умовах (в 30-х роках ХХ-го століття тролейбус ЯТБ-3 - півтораповерховий), нині автобуси в Англії.

4.3. Складові частини кузова: задня та передня стінки, дах, лівий та пра­вий борт, основа (рама).

Несучі елементи: подовжні - стінгери, поперечні - шпангоути, ззовні - за­кріпляється обшивка.

Профілі несучих елементів: труба кругла, труба прямокутна, тавр, двотавр, швелер, кутик.

4.4 Розрахунок загальної міцності несучого кузова

В даному розрахунку кузов розглядається як балка прямокутного перерізу, яка лежить на двох опорах і несе вертикальне навантаження О від власної ваги та ваги пасажирів і обладнання.

Припустимо, що загальна довжина кузова Д, відстань між опорами Б (база) і довжина консолей Сзв (звіс), так, що Д = Б + 2Сзв (рис. 4.4).

 

 

І )

1111

1111

ІІШІІґ

А

 

0-г

1         1 с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Епюра поперечних сил

Епюра згинаючих моментів

Рис. 4.4 - Силова схема і епюри навантаження кузова

Тоді рівномірно розподілене навантаження за довжиною кузова матиме:

Б + 2Сзв

де О - вага кузова з пасажирами (див. курсовий проект):

О = Опас + От;

(4.1)

(4.2)

Опас - вага пасажирів; От - вага тари вагона.

Для розрахунку напружень в небезпечних перерізах необхідно розрахувати епюри поперечних сил   і згинаючих моментів М (рис. 4.4). Моменти на опорах кузова:

МА = Мв = (4.3) Момент в центральній частині кузова:

Мц = ^■ °-К ■ Б , (4.4)

2 4 2

де Я = Яа = Яв - реакції в опорах кузова для рейкового транспорту.

ОД

Я = — = а ■ 2 (для безрейкового транспорту Яа Ф Яв - див. курсовий про­ект).

Небезпечним перерізом є переріз, в якому згинаючий момент має макси­мальне значення. Тоді напруження згину верху кузова озв і низу озн дорівню­ють:

М

азв = м^х; (4.5) М

Озн = (4.6)

зн \Ун

де "^^и - моменти опору верху та низу кузова; залежать від геометрич­них параметрів перерізів цих елементів.

Рис. 4.5 - Фактичний а) і розрахунковий б) розподіл напружень в обшивці, що підкріплена ребрами жорсткості

Експериментальне дослідження напруження в конструкціях суцільнонесу-чих зварених кузовів показує, що це напруження розподіляється між елемента­ми каркаса 1 і обшивкою 2 нерівномірно (рис. 4.5) Вони досягають найбільших величин в елементах, що підкріплюють обшивку каркасу і зменшуються по мірі віддалення від цих елементів. Частина обшивки якби не працює, сприймаючи навантаження лише частково. Тому в розрахунку беруть до уваги не всю шири­ну обшивки в, а тільки її частину - так звану приведену ширину впр. Величину впр визначають за умови рівняння навантажень обшивки шириною впр при пос­тійних напруженнях ор і навантаженнях реальної обшивки од шириною в при дійсному законі розподілення напруження ор(в). Ця умова має вигляд:в

Ба p = | а ^в, (4.7)

впрБар - .) ~ д

0

де Б - товщина обшивки.

Відхилення — -     - ф називається редукційним коефіцієнтом обшивки. ар в

Якщо останній відомий, то приведена ширина обшивки визначається форму­лою:

впр = ф-в (4.8) У тому випадку, коли в поперечний переріз кузова входять поздовжні зв'язки різної жорсткості, навантаження розподіляються не тільки між поздов­жніми елементами каркасу і обшивки, але і між самими елементами каркасу. Ця обставина враховується введенням в розрахунок редукційних коефіцієнтів у ві­дповідних поздовжніх елементів каркасу (наприклад, обв'язок рами кузова). Редукційний коефіцієнт приймають за одиницю, для легких штампованих поз­довжніх зв'язків - в межах 0,7-0,8. Величини редукційних коефіцієнтів і при­веденої ширини плоскої обшивки кузовів рейкового рухомого складу визнача­ють емпіричними формулами:

ф- 40 ■Б; впр = (4.9) в

де в і Б - товщина обшивки в межах між підкріплюючими елементами.

Середні нормальні напруження о при вигині і дотичні напруження т від перерізуючої сили в кожному з елементів редукційного перерізу кузова визна­чають за формулами:

а-— Фі ■      ; (4.10)

ред с

т-г^ фі ■ уЕг; (411)

ред с

де М і   - момент і перерізуюча сила в досліджуваному перерізі кузова; фі і іред - редукційний коефіцієнт і момент інерції поперечного перерізу елементу, в якому визначають напруження;у - відстань від нейтральної осі редукційного перерізу кузова до досліджу­ваного елементу;

Еі і Ес - модуль пружності матеріалу досліджуваного елементу і модуль пружності сталі;

Бред - площа елементів редукційного поперечного перерізу кузова.

У кузовах з боковими опорами на візки та у тролейбусах, тобто в кузовах з чотирма опорами (метро, тролейбус) можливе кососиметричне навантаження.

Це навантаження, коли одна з чотирьох опор сприймає більше наванта­ження, чим інші (див. розділ "Розрахунок рам візків колійного РС"). В зв'язку зі складністю розрахунків кососиметричне навантаження враховується коефіцієн­том косої симетрії, який буде: Кк = 1,1 - 1,12

Тоді Оз.в.-Кк < [о]; Оз.н.-Кк < [о];

де [о] = 160 МПа - допустиме значення механічного напруження для мате­ріалу несучих конструкцій, в даному випадку - конструкційної сталі (довідко­вий показник).