Structura de ansamblu a vehiculelor feroviare

Dei exist ntr-o mare varietate de tipuri, vehiculele de cale ferat prezint n structura lor o

serie de pri, subansambluri sau piese asemntoare sau chiar identice. Unele dintre

aceste elemente comune sunt de altfel standardizate pe plan naional i internaional.

Elementele comune majoritii vehiculelor feroviare i care formeaz aa-numita parte

mecanic sunt:

aparatul de rulare - constituit din osia montat i cutia (cutiile) de osie;

organele de ghidare ale cutiei de osie;

suspensia;

boghiul;

asiul i cutia;

aparatele de ciocnire, traciune i legare.

1 2 3 4 5 6 78

Aparatul de rulare are rolul de a transmite sarcinile ntre vehicul i ine, de a asigura

deplasarea i ghidarea acestuia. Aparatele de rulare cuprind osia montat (1) i cutiile de

osie (2) i ele constituie masa nesuspendat a vehiculului.

Organele de ghidare ale cutiei de osie (3) transmit forele care acionez n planul

orizontal ntre cutia de osie i cadrul boghiului (sau asiul vehiculului). Ele trebuie s asigure

o poziie corect a osiei montate i s permit funcionarea suspensiei.

Suspensia (4) asigur legtura elastic dintre cutia vehiculului i osii. Are rolul de a prelua

elastic i de a amortiza ocurile i vibraiile, asigurnd confortul cltorilor sau integritatea

mrfurilor transportate. De asemenea, trebuie s asigure comportarea dinamic stabil a

vehiculului i diminuarea forelelor dinamice dezvoltate n timpul circulaiei.

Boghiul este un ansamblu cu 2 sau 3 osii pe care reazem asiul sau cutia vehiculului.

Presupune un cadru (5), n general rigid, de care sunt legate cutiile de osie. Utilizarea

boghiurilor permite o mai bun nscriere n curb a vehiculului i o capacitate de transport

sporit.

asiul (6) este structura metalic ce preia sarcinile transmise de ncrctur sau

echipamentul de for. Pe asiu se fixeaz aparatele de ciocnire, traciune i legare (7),

precum i toate instalaiile vehiculului.

Cutia (8) este format dintr-o structur metalic acoperit cu tabl, scndur sau materiale

sintetice. asiul i cutia pot forma o singur structur de rezisten (cutii autoportante).

Forele care acioneaz asupra vehiculelor de cale ferat

Vehiculul aflat n stare de repaus este supus la sarcini statice, cele mai importante fiind date

de greutatea proprie, de cea a ncrcturii, presiunea exercitat de materialele friabile

asupra pereilor ( sau cea a gazelor/ lichidelor n cazul cisternelor).

n timpul circulaiei vehiculul este supus la solicitri dinamice ce iau natere ca urmare a

neregularitilor cii, a forelor de traciune, de frnare, a ciocnirii vehiculelor (la manevr), a

vntului, a oscilaiilor vehiculului, etc.

Pe lng cele de mai sus, subansambluri sau elemente ale vehiculelor mai pot fi supuse

unor solicitri determinate de tehnologia de fabricaie sau de reparaie. De exemplu, ca

urmare a procesului de fabricaie, pot persista tensiuni de natur termic. La presarea roilor

pe osie i la montarea bandajelor pe roi apar de asemenea tensiuni importante. n timpul

reviziior si reparaiilor, la ridicarea vehiculelor din anumite puncte se produc solicitri de care

trebuie s se in cont la proiectare.

Ca urmare a tuturor acestor cauze se produc fore verticale, laterale sau longitudinale care

se aplic n diferite puncte ale elementelor vehiculului, dar al cror efect se poate transmite

asupra mai multor subansambluri sau chiar asupra ntregului vehicul.

Pentru identificarea corect a solicitrilor este necesar s fie cunoscut modul de transmitere

a forelor n structura portant a vehiculului. De exemplu, greutatea cutiei vehiculului se

transmite la ine prin intermediul urmtoarelor elemente: cutie suport de arc arc de

suspensie cutie de osie lagr fus de osie roat in.

Forele orizontale de frnare sau de traciune se transmit prin intermediul elementelor: roat

- fus de osie lagr cutie de osie furci de osie cadrul boghiului crapodin sau pivot

asiu crlig de traciune.

Elementele care se afl pe aceste trasee de transmitere vor fi toate solicitate de ctre

aceste fore, trebuind s reziste solicitrilor. Calculul acestor piese trebuie s se fac avnd

n vedere cele mai defavorabile condiii care pot aprea n exploatare.

Sarcinile care acioneaz asupra elementelor i subansamblurilor vehiculelor se pot grupa

astfel:

sarcini verticale, statice - date de greutatea proprie i a ncrcturii vehiculului - sau

dinamice n principal ca urmare a neregularitilor cii;

sarcini laterale, produse de fora centrifug necompensat i de aciunea vntului;

sarcini longitudinale produse n aparatul de ciocnire, traciune i legare;

sarcini produse de cuplul de traciune (la vehiculele motoare);

sarcini produse la frnare: fore de inerie i solicitrile elementelor sistemului de

frnare;

sarcini verticale antisimetrice;

sarcini produse de presiunea materialelor ncrcate n vrac, a lichidelor sau gazelor;

solicitri care se produc n procesul de fabricaie sau reparaie.

Sarcini verticale

Sarcini verticale statice acionnd asupra unui vehicul feroviar

Sarcinile verticale statice sunt date de greutatea proprie a vehiculului i de cea a ncrcturii.

Ele se transmit de la cutia vehiculului la cadrele boghiurilor prin reazeme (centrale, laterale

sau centrale i laterale n funcie de tipul constructiv). De la boghiu, sarcinile verticale sunt

preluate prin intermediul suspensiei de ctre cutiile de osie i transmise mai departe fusurilor

de osie i roilor. n fiecare punct de reazem apar reaciuni egale cu sarcinile aplicate i de

sens contrar acestora.

Gc

GbGb

Pc

Rc Rc

RbRb Rb RbPc

PoPo Po Po

2Q2Q 2Q 2Q

Fig.1

Considernd cazul unui vehicul pe boghiuri (vezi fig. 1), greutatea Gc a cutiei vehiculului

(greutatea proprie plus cea a ncrcturii) produce apariia n reazeme a reaciunilor Rc

pentru fiecare boghiu. n situaia simetriei - geometrice, elastice i de ncrcare - a

vehiculului, reaciunea Rc este jumtate din greutatea cutiei:

2

cc

GR

Sarcina vertical acionnd asupra boghiului Pc este numeric egal i de sens contrar cu

reaciunea Rc:

cc RP

La aceasta se adaug greutatea suspendat a boghiului Gb, care reprezint greutatea total

a boghiului Gtb, din care se scade greutatea elementelor nesuspendate (osia montat, cutiile

de osie,...):

ootbb GnGG ,

unde n0 reprezint numrul de osii ale boghiului iar G0 greutatea nesuspendat

corespunztoare unei osii. Ca urmare a acestor sarcini apar reaciunile Rb:

2

bcb

GPR

.

Sarcina transmis cutiilor de osie este de sens contrar i numeric egal cu reaciunea Rb:

bo RP .

Sarcina static pe osie transmis cii 2Q (Q-sarcina pe roat) rezult adugnd i greutatea

nesuspendat corespunztoare unei osii G0.

oo GPQ 2 .

Sarcini statice verticale acionnd asupra unui boghiu

Se consider cazul unui boghiu motor (fig. 2) asupra cruia acioneaz sarcina static P0

dat de greutatea cutiei i greutatea elementelor proprii:

Gl greutatea unui longeron;

Gt greutatea unei traverse;

Gm greutatea motoarelor electrice de traciune;

Ca urmare a greutii cutiei i a elementelor suspendate ale boghiului apar reaciunile Rb,

sarcinile pe fiecare fus de osie P0/2, sarcin care, nsumat cu jumtate din greutatea osiei

(nesuspendat) G0 d sarcina static pe roat Q.

Fig. 2

2

cc

GP

ltrmc

b GGGP

R 22

bo RP

2

oo GPQ

.

Sarcini verticale dinamice

Sarcinile verticale dinamice apar n principal ca urmare a circulaiei vehiculelor peste

neregularitile cii, ceea ce genereaz i oscilaii ale maselor suspendate. Sarcinile

dinamice se suprapun peste cele statice i cvasistatice i mrimea lor este influenat de

viteza de circulaie a vehiculului.

Repartizarea sarcinilor dinamice (aplicarea pe elementele vehiculului) este identic cu cea a

celor statice. Luarea n considerare a sarcinilor dinamice se face prin amplificarea sarcinilor

statice cu un coeficient dinamic kdv.

sdvdin PkP

Mrimea coeficientului dinamic se determin n funcie de viteza de circulaie a vehiculului:

sdv

f

Vak 1,0 pentru V = 50...100 km/h

sdv

f

Vak

5522,0

pentru V = 100...160 km/h,

unde a = 0,01 (cutie), a = 0,1 (partea suspendat a boghiului), a = 0,15 (partea

nesuspendat a boghiului, cu excepia osiilor) iar fs este sgeata suspensiei, care se ia n

considerare astfel:

mmfdacmm

mmfdacff

s

sss

18,18

18,

n general, valoarea coeficientului dinamic kdv este de aproximativ 0,3, deci sarcina dinamic

reprezint circa 30% din cea static.