Вертикальные нагрузки, действующие на котел, могут рассматриваться в качестве равномерно распределенных с общей интенсивностью (рис.9):
. (9)
где 
вес груза (
);
вес котла (
);
динамическая нагрузка (при расчете по I расчетному режиму 
);
длина цилиндрической части котла (
).
Тогда
Напряжения в поперечном сечении котла составляют:
, (10)
где 
изгибающий момент в расчетном сечении котла;
момент сопротивления изгибу поперечного сечения котла.
Рисунок 9–Расчетная схема для расчета цистерны на вертикальные нагрузки
Реакции 
Изгибающий момент в шкворневом сечении I-I составляет:
Момент сопротивления изгибу поперечного сечения котла:
Подставим эти значения в формулу (10):
5 Расчет на прочность оси колесной пары
   |
Рисунок 10– Расчетная схема
Статическая нагрузка на ось от веса вагона 
, тогда:
вертикальная сила 
горизонтальная сила 
Диаметры оси:
шейки d1 = 130 мм;
подступичной части d2 = 194 мм;
средней части d3 = 172 мм.
Материал оси – сталь Осв.
Допускаемые напряжения:
МПа;
МПа;
МПа.
1.Сечение 1-1 (шейка оси)
;
Момент в сечении 1-1:
Осево й момент сопротивления сечения:
м3
Тогда напряжение в сечении 1-1 будет равно:
Мпа
< 
2.Сечение 2-2 (подступичная часть):
Осевой момент сопротивления сечения:
м3;
Момент в сечении 2-2 находим по формуле:
Напряжение в сечении 2-2
МПа
< 
3.Сечение 3-3 (средняя часть оси):
Осевой момент сопротивления сечения:
м3;
Момент в сечении рассчитываем по формуле:
,
где N1 – вертикальная реакция рельсов для левого колеса.
тс×м
Тогда напряжение в сечении 3-3 будет равно:
< 
ВЫВОД: Ось удовлетворяет условиям прочности по допускаемым напряжениям.
6 Устойчивость колесной пары
Согласно требованиям норм должно обеспечиваться устойчивое движение колес по рельсовому пути. Однако при неблагоприятных условиях, когда горизонтальная сила динамического давления колеса на головку рельса 
велика, а вертикальная 
мала, то гребень колеса не будет скользить по головке рельса.
Поэтому для предупреждения сходов вагона в эксплуатации производится проверка устойчивости движения колеса по рельсу.
Коэффициент запаса устойчивости рассчитывается по формуле:
(11)
где 
;
коэффициент трения (
);
- угол наклона образующей гребня колеса к горизонтальной оси (
);
- горизонтальная сила динамического давления колеса на головку рельса;
- вертикальная составляющая силы, возникающей при набегании колеса на головку рельса.
 |
Рисунок 11–Схема расчета устойчивости колес против схода с рельсов
Нагрузки, действующие на колесную пару:
(12)
где 
(13)
где 
коэффициенты вертикальной и боковой динамики (согласно /3/ принимаем 
).
Тогда
Составим сумму моментов относительно точки 1:
где 
;
рамное усилие (согласно /3/ принимаем 
);
;
радиус колеса по кругу катания.
Составим сумму моментов относительно точки 2:
Составим сумму проекций сил на вертикальную ось Y:
Подставляем найденные значения в формулу (12):
ВЫВОД: Расчетный коэффициент запаса устойчивости больше нормативного 
. На основании этого можно сделать вывод, что устойчивость колеса при движении по рельсам обеспечена.
Список использованных источников
1. Шадур Л.А. Вагоны.–М.: Транспорт,1973.–440с.
2. Смольянинов А.В. Вагоны и контейнеры. Методические указания по изучению тем программы, выполнению контрольных работ и курсового проекта.–Екатеринбург: Изд-во УрГАПС, 1995.-37с.
3. Вершинский С.В. Данилов В.Н. Хусидов В.Д. Динамика вагона.–М.: Транспорт, 1991-360с.