Tài liệu tham khảo Kiểm nghiệm độ bền thùng xe
4.3. Kiểm nghiệm độ bền thùng xe: 4.3.1. Đặc điểm kết cấu và sơ đồ tính toán độ bền thùng toa xe giờng nằm: Khi tính toán sức bền thùng xe khách ta phải xét đến một số đặc điểm kết cấu của thùng xe nh sau: - Thùng toa xe coi nh đối xứng theo mặt phẳng thẳng đứng dọc xe. - Kết cấu của thùng xe là một hệ khung gồm dải trên ,dải dới đợc liên kết với nhau bởi hệ thống cột thành xe .Toàn bộ thùng xe đợc gối trên các bàn trợt chịu lực ở giá chuyển hớng. - Dải trên thùng xe là đờng trọng tâm tiết diện phía trên thùng xe tính từ mép trên cửa sổ. - Dải dới thùng xe là đờng trọng tâm tiết diện phía dới thùng xe tính từ mép dới cửa sổ. - Phần mui của một đầu xe đợc bố trí phẳng để đặt máy điều hoà không khí. - Kết cấu bệ xe ở phần giữa không có xà dọc giữa Trên cơ sở đặc điểm của kết cấu thùng xe ta thiết lập đợc sơ đồ tính toán sức bền thùng xe: 4.3.2. Xác định các đặc trng hình học của kết cấu thùng xe: 1. Dải dới thùng xe đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không có xà kéo: Mặt cắt a-a (dải dới thùng xe) đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không có xà kéo Tiết diện a-a bao gồm: - Xà dọc cạnh : 2 thanh - Thanh trên cửa sổ : 2 thanh - 2 thanh thép M 140 - Tôn sàn xe dập gân dày 5 mm Các đặc trng hình học của tiết diện: - Diện tích tiết diện : F = 376,1 cm 2 - Mô men quán tính theo trục ox: J x = 176 128,59 cm 4 - Mô men quán tính theo trục oy: J y =5 805 336,25 cm 4 - Toạ độ trọng tâm : Y 0 = 10,77 cm - Vị trí biên của tiết diện: L t = 64,4 cm L d = 37,8 cm 2. Dải dới thùng xe đi qua cửa sổ tại vị trí có xà kéo: Mặt cắt b-b (dải dới thùng xe) đi qua cửa sổ tại vị trí có xà kéo Tiết diện b-b bao gồm: - Xà kéo : 2 thanh - Xà dọc cạnh : 2 thanh - Thanh trên cửa sổ : 2 thanh - 2 thanh thép M 140 - Tôn sàn xe dập gân dày 5 mm Các đặc trng hình học của tiết diện: - Diện tích tiết diện : F = 573,71 cm 2 - Mô men quán tính theo trục ox: J x = 257 559,2 cm 4 - Mô men quán tính theo trục oy: J y = 5 867 977,3 cm 4 - Toạ độ trọng tâm : Y 0 = 3,5 cm - Vị trí biên của tiết diện: L t = 71,6 cm L d = 37,5 cm 3. Dải dới thùng xe không đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không xà kéo: Mặt cắt c-c (dải dới thùng xe) không đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng xe Tiết diện c-c bao gồm: - Xà dọc cạnh : 2 thanh - Thanh dới cửa sổ : 2 thanh - 4 Thanh thép M 140 - 4 Thhanh thép L: - Tôn sàn xe dập gân dày 5 mm Các đặc trng hình học của tiết diện: - Diện tích tiết diện : F = 496,94 cm 2 - Mô men quán tính theo trục ox: J x = 186 962,1 cm 4 - Mô men quán tính theo trục oy: J y = 8 323 260,1 cm 4 - Toạ độ trọng tâm : Y 0 = 41 cm - Vị trí biên của tiết diện: L t = 170 cm L d = 61 cm 4. Dải dới thùng xe không đi qua cửa sổ có xà kéo: Mặt cắt d-d (dải dới thùng xe) không đi qua cửa sổ tại vị trí có xà kéo Tiết diện a-a bao gồm: - Xà kéo: 2 thanh - Xà dọc cạnh : 2 thanh - Thanh dới cửa sổ : 2 thanh - 4 Thanh thép L: - 4 thanh thép M 140 - Tôn sàn xe dập gân dày 5 mm Các đặc trng hình học của tiết diện: - Diện tích tiết diện : F = 594,81 cm 2 - Mô men quán tính theo trục ox: J x = 950 934,8 cm 4 - Mô men quán tính theo trục oy: J y = 8 363 681,8 cm 4 - Toạ độ trọng tâm : Y 0 = 31,4 cm - Vị trí biên của tiết diện: L t = 180 cm L d = 65,4 cm 5. Dải trên thùng xe tại vị trí đi qua cửa sổ: Mặt cắt e-e (dải trên thùng xe) tại vị trí đi qua cửa sổ Tiết diện e-e bao gồm: - 7 thanh dọc mui: - 2 Thanh cạnh mui trên - 2 Thanh cạnh mui dới - 2 Thanh trên cửa sổ: - Tôn bọc mui dày 2,5 mm Các đặc trng hình học của tiết diện: - Diện tích tiết diện : F = 55,3 cm 2 - Mô men quán tính theo trục ox: J x = 88 049,45 cm 4 - Mô men quán tính theo trục oy: J y = 585 775,09 cm 4 - Toạ độ trọng tâm : Y 0 = 69,5 cm - Vị trí biên của tiết diện: L t = 40 cm L d = 69,5 cm 6. Dải trên thùng xe tại vị trí không đi qua cửa sổ: Mặt cắt f-f (dải trên thùng xe) tại vị trí không đi qua cửa sổ Tiết diện f- f bao gồm: - 7 thanh dọc mui: - 2 Thanh cạnh mui trên - Tôn bọc mui dày 2,5 mm Các đặc trng hình học của tiết diện: - Diện tích tiết diện : F = 40,49 cm 2 - Mô men quán tính theo trục ox: J x = 48 330,6 cm 4 - Mô men quán tính theo trục oy: J y = 691 326,44 cm 4 - Toạ độ trọng tâm : Y 0 = 37,6 cm - Vị trí biên của tiết diện: L t = 35,7 cm L d = 37,6 cm 7. Các tiết diện cột thành xe: A. Tiết diện của cột đứng: Cột đứng là thép C90-35-5 và tôn thành xe dày 2,5 mm với chiều rộng 50 mm mỗi phía của cột để tính toán. - Diện tích tiết diện : F = 10,98 cm 2 - Mô men quán tính theo trục ox: J x = 137,26 cm 4 J tr = 48 330,6 (4h,5b) ; J d = 257 559,2 (1,5h tr , 1,6 b 1 ) - Mô men quán tính theo trục oy: J y = 59,65 cm 4 - Toạ độ trọng tâm : Y 0 = 4,5 cm B. Tiết diện của cột cửa: Cột cửa là thép dập và tôn thành xe dày 2,5 mm với chiều rộng 50 mm mỗi phía của cột để tính toán. - Diện tích tiết diện : F = 15,46 cm 2 - Mô men quán tính theo trục ox: J x = 171,31 cm 4 - Mô men quán tính theo trục oy: J y = 72,61 cm 4 - Toạ độ trọng tâm : Y 0 = 4,5 cm 4.3.3. Tải trọng tác dụng lên thùng xe: Tải trọng đặt lên thùng xe bao gồm: *. Tải trọng thẳng đứng tĩnh và động: P=P t +P đ = (1 + k đ ).P t - Trọng lợng thùng xe (tự nặng): P 1 = 38 .000 KG - Tải trọng: P 2 = 8.000 KG Ta có công thức : ct d f V baK )55.(022,0 += Trong đó : a=0,05 (Đối với thùng xe) b= 1 2.2 22 .2 2 = + = + m m m: Là số trục xe trong một giá chuyển hớng m=2 V: Tốc độ của toa xe (V=100km/h) f ct : Độ nhún tĩnh của toa xe f ct =22,5 cm Thay số vào công thức ta đợc : 094,0 5,22 )55100.(022,0 05,0 = += d K Tải trọng tĩnh và động thẳng đứng tác dụng lên thùng xe đợc xác định nh sau: 1. Đối với dải trên thùng xe: L KP q trdtinh tr .2 ).125,01( ++ = Trong đó: P 1 = 38.000 KG P 2 = 8.000 KG 2L = 2.000 cm J tr = 48 330,6 cm 4 (mô men quán tính dải trên) J tr = 257 559,2 cm 4 (mô men quán tính dải dới) 158,0 2,2575596,48330 6,48330 = + = + = dtr tr tr JJ J 842,0 2,2575596,48330 2,257559 = + = + = dtr d tr JJ J P tĩnh = P 1 + P 2 = 38.000 + 8.000 = 46.000 KG. Thay số vào ta đợc: )/(43,4 2000 158,0).125,0094,01(46000 .2 ).125,01( cmKG L KP q trdtinh tr = ++ = ++ = 2. Đối với dải dới thùng xe: )/(6,23 2000 842,0).125,0094,01(46000 .2 ).125,01( cmKG L KP q ddtinh d = ++ = ++ = *. Tải trọng thẳng đứng bổ sung: Tải trọng thẳng đứng bổ sung do tải trọng ngang gây lên (do lực gió và lực ly tâm gây lên), khi tính toán đối với xe khách lấy bằng 12,5% tải trọng thẳng đứng tĩnh. *. Tải trọng dọc: Tải trọng dọc tác dụng lên thùng xe đợc tính toán theo hai trờng hợp: - Tải trọng đấm: P đ = 100.000 KG - Tải trọng kéo : P k = 100.000 KG *. Mômen uốn lệch tâm do lực dọc không nằm trong mặt phẳng bệ xe M tl = 50 ( kN.m ) 4.3.4. Sơ đồ các lực tác dụng lên thùng xe : * Bớc 1: Chuyển từ sơ đồ kết cấu sang sơ đồ tính. + Yêu cầu tìm ứng suất và kiểm tra độ bền của bệ xe khi chịu tải trọng. + Dạng kết cấu của bài toán: Các loại tải trọng tác dụng lên kết cấu: - Trờng hợp 1: Tải trọng phân bố rải đều lên dải trên của thùng xe: q tr = 4,43 (kN/m) Tải trọng phân bố rải đều lên dải dới của thùng xe: q d = 23,6 (kN/m) Lực đấm tác dụng lên xà kéo: T đ = 1000 (kN) [...]... t gây ra 4.3.5 Kiểm tra tại tất cả các mặt cắt nguy hiểm của thùng xe: - Trờng hợp 1: 1 Dải dới thùng xe đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không có xà kéo (mặt cắt a-a): Mô men lớn nhất của thùng xe là ở giữa thùng để an toàn ta lấy: M3 = 384,16 KN.m = 3 841 600 KG.cm V2 = -131,027 KN = - 13 102,7 KG P = - 979,51 KN = 97 951 KG Mặt khác dải dới thùng xe đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không có... dải trên của thùng xe (ký hiệu trong SAP : qtr) + Tải trọng qd = 23,6 kN/m phân bố lên dải dới của thùng xe (ký hiệu trong SAP: qd) + Lực đấm Tđ = 1000 kN tại hai đầu của bệ xe (ký hiệu trong SAP: Tđ ) + Mômen M = 50 kNm uốn lệch tâm do lực dọc không nằm trong mặt phẳng bệ xe tại hai đầu của bệ xe (ký hiệu trong SAP : M ) - Trờng hợp 2: + Tải trọng qtr = 4,43 kN/m phân bố dải trên của thùng xe (ký hiệu... KG / cm2 ) < [ ] = 1650( KG / cm2 ) 2 2 Dải dới thùng xe không đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không có xà kéo (mặt cắt c-c): Mô men lớn nhất của thùng xe là ở giữa thùng để an toàn ta lấy: M3 = 384,16 KN.m = 3 841 600 KG.cm V2 = -131,027 KN = - 13 102,7 KG P = - 979,51 KN = 97 951 KG Mặt khác dải dới thùng xe không đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không có xà kéo có các thông số sau: F= 496,94... 3.(26,39 )2 = 472,28( KG / cm 2 ) < [ ] = 1650( KG / cm2 ) 2 5 Dải trên thùng xe đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng (mặt cắt e-e): Mô men lớn nhất của thùng xe là ở giữa thùng để an toàn ta lấy: M3 = 86,62 KN.m = 866 200 KG.cm V2 = - 32,5 KN = - 3 250 KG P = - 20,5 KN = - 2 050 KG Mặt khác dải dới thùng xe đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không có xà kéo có các thông số sau: F = 55,3 cm2 Jx = 88 049,45... ) 2 = 654,59( KG / cm2 ) < [ ] = 1650( KG / cm 2 ) 2 6 Dải trên thùng xe không đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng (mặt cắt f-f): Mô men lớn nhất của thùng xe là ở giữa thùng để an toàn ta lấy: M3 = 86,62 KN.m = 866 200 KG.cm V2 = - 32,5 KN = - 3 250 KG P = - 20,5 KN = - 2 050 KG Mặt khác dải dới thùng xe đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không có xà kéo có các thông số sau: F = 40,49 cm2 Jx = 48... ) < [ ] = 1650( KG / cm 2 ) 2 - Trờng hợp 2: 1 Dải dới thùng xe đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không có xà kéo (mặt cắt a-a): Mô men lớn nhất của thùng xe là ở giữa thùng để an toàn ta lấy: M3 = 390,09 KN.m = 3 900 900 KG.cm V2 = -175,77 KN = - 17 577 KG P = - 1 000 KN = - 100 000 KG Mặt khác dải dới thùng xe đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không có xà kéo có các thông số sau: F = 376,1 cm2... 1163,26( KG / cm2 ) < [ ] = 1650( KG / cm2 ) 2 2 Dải dới thùng xe không đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không có xà kéo (mặt cắt c-c): Mô men lớn nhất của thùng xe là ở giữa thùng để an toàn ta lấy: M3 = 390,09 KN.m = 3 900 900 KG.cm V2 = -175,77 KN = - 17 577 KG P = - 1 000 KN = - 100 000 KG Mặt khác dải dới thùng xe không đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không có xà kéo có các thông số sau: F= 496,94... 29,55 ) 2 = 487,62( KG / cm 2 ) < [ ] = 1650( KG / cm 2 ) 2 5 Dải trên thùng xe đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng (mặt cắt e-e): Mô men lớn nhất của thùng xe là ở giữa thùng để an toàn ta lấy: M3 = 87,91 KN.m = 879 100 KG.cm V2 = - 32,32 KN = - 3 232 KG P = - 20,5 KN = - 2 050 KG Mặt khác dải dới thùng xe đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không có xà kéo có các thông số sau: F = 55,3 cm2 Jx = 88 049,45... ) 2 = 664,58( KG / cm 2 ) < [ ] = 1650( KG / cm2 ) 2 6 Dải trên thùng xe không đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng (mặt cắt f-f): Mô men lớn nhất của thùng xe là ở giữa thùng để an toàn ta lấy: M3 = 87,91 KN.m = 879 100 KG.cm V2 = - 32,32 KN = - 3 232 KG P = - 20,5 KN = - 2 050 KG Mặt khác dải dới thùng xe đi qua cửa sổ tại vị trí giữa thùng không có xà kéo có các thông số sau: F = 40,49 cm2 Jx = 48... -30,63 Nh vậy ứng suất lớn nhất là tại mặt cắt a-a và mặt cắt c-c là hai mặt cát tại giữa xe max Nó có giá trị là tt = 1163,26( KG / cm 2 ) < [ ] = 1650( KG / cm 2 ) Vậy thùng xe đảm bảo điều kiện bền Kết luận Sau khi tính toán ta có thể rút ra kết luận là thùng toa xe đợc thiết kế hoàn toàn đảm bảo độ bền và độ cứng trong điều kiện vận hành của Đờng sắt Việt Nam . 158,0 2,2575596,4 833 0 6,4 833 0 = + = + = dtr tr tr JJ J 842,0 2,2575596,4 833 0 2,257559 = + = + = dtr d tr JJ J P tĩnh = P 1 + P 2 = 38 .000 + 8.000 =. 97951 4,64 59,176128 38 41600 2 cmKGx x === )/(84 ,34 1 ,37 6 7, 131 02 2 2 cmKG F V === Vậy [ ] )/(1650)/(84,1145)84 ,34 . (3) 25,1144( .3 22222 2 cmKGcmKG