Tính toán độ bền thùng xe khách thế hệ mới

Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
Lời nói đầu
ầu máy toa xe là một phơng tiện vận chuyển rất quan trọng trong
ngành Đờng sắt nói riêng và ngành Giao thông vận tải nói chung. Nó
có nhiệm vụ vận chuyển một khối lợng lớn hành khách và hàng hoá lu thông
trong nớc và quốc tế. Trong tình hình hiện nay, phơng tiện giao thông rất đa
dạng và phong phú với nhu cầu đi lại ngày càng tăng của đại bộ phận dân
chúng. Sự đòi hỏi ngày càng cao về chất lợng phục vụ cũng nh độ an toàn tuyệt
đối, yêu cầu của ngành Giao thông vận tải nói chung và của ngành Đờng sắt nói
riêng là đáp ứng đợc những yêu cầu đó. Một trong những công việc hết sức
quan trọng của ngời thiết kế là tính toán kiểm nghiệm độ bền toa xe, trong đó
chủ yếu là thùng xe, bệ xe, động lực học và độ bền giá chuyển.
Đ
Sau năm năm học dới mái trờng Giao thông vận tải. Đợc sự dạy dỗ nhiệt
tình của các thầy và không ngừng phấn đấu của bản thân, em đã tích luỹ đầy đủ
những kiến thức mà Nhà trờng đề ra. Do vậy, với đề tài Tính toán độ bền thùng
xe khách thế hệ mới mà Nhà trờng giao cho. Em muốn đóng góp một phần
công sức của mình cho ngành Đờng sắt nói riêng và ngành Giao thông vận tải
nói chung.
Thiết kế tốt nghiệp là công việc cuối cùng của sinh viên trớc khi rời ghế tr-
ờng Đại học, là đợt thực tập cuối cùng trớc khi mang những kiến thức mình đã
học đợc vào áp dụng trong thực tế và nghiên cứu khoa học. Cũng là dịp em đợc
lần nữa củng cố lại kiến thức của mình, giúp em có một phơng pháp t duy khoa
học đúng đắn khi ra công tác cũng nh nghiên cứu khoa học.
Trong quá trình làm đề tài đợc sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hớng dẫn
PGS.TS Lê Văn Học, cũng nh các thầy giáo trong bộ môn Đầu máy toa xe, đề
tài đã hoàn thành theo đúng thời gian quy định.
1
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
Mặc dù em đã có nhiều cố gắng trong thu thập tài liệu và tìm hiểu thực tế,
nhng vì thiếu kinh nghiệm làm một đề tài lớn nên không thể tránh khỏi những

thiếu sót. Em rất mong đợc sự đánh giá, góp ý kiến của các thầy cô để đề tài
của em đợc hoàn thiện hơn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn của thầy giáo PGS.TS Lê Văn Học,
cùng các thầy trong tổ môn Đầu máy toa xe đã giúp đỡ em hoàn thành đề tài tốt
nghiệp này.
Hà Nội, ngày tháng năm 2002
Sinh viên thực hiện
4. Mục đích đề tài
Qua việc tìm hiểu thực tại toa xe khách đang vận dụng ở Việt Nam, ta thấy
toa xe ở Việt Nam còn kém phát triển.
2
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
Với đề tài đợc giao là Tính toán kiểm nghiệm độ bền thùng xe khách thế
hệ mới (S1, S2) đang vận dụng ở Việt Nam để nâng cao chất lợng toa xe khách,
nhằm đáp ứng ngày càng cao nhu cầu đi lại của đại bộ phận dân chúng.
- Về kỹ thuật
Kết cầu thùng xe là kết cầu toàn thân chịu lực, bệ xe không xà dọc giữa. Đ-
ợc hàn tổng thành lại khi đủ các yếu tố của toa xe.
- Về phơng pháp
+ Sử dụng phơng pháp chúng tính gần đúng thùng toa xe khách.
+ Sau đó là phơng pháp tính kiểm nghiệm chính xác với các giả thiết
phù hợp, áp dụng cụ thể cho thùng xe khách S1, S2.
- Về kinh tế
+ Sử dụng vật liệu hợp lý, rẻ tiền nhng vẫn đảm bảo về mặt kỹ thuật cao.
+ áp dụng triệt để với những toa xe đóng mới vận dụng ở Việt Nam.
I. Cách nhiệt thùng xe và gỗ sử dụng trong toa xe
1. Cách nhiệt thùng
- Cách nhiệt mui với chiều dày là 70 mm.
- Cách nhiệt thành bên dày là 90 mm
- Cách nhiệt thành đầu dày 60 mm.

* Vật liệu: Dùng sợi bông thuỷ tinh, ép thành tấm với chiều dày 20 và 50 mm
(hệ số cách nhiệt của bông thuỷ tinh là
CM
w
0
04,0
=

).
2. Cách nhiệt sàn xe
Dới cùng là lớp cách âm, tiếp theo là dầm gỗ kê theo chiều ngang xe rồi
đến ván ghép mộng dày 20 mm theo chiều dọc. Trên cùng là lớp tapi trải sàn
dày 5 mm. Đây là loại trải sàn có độ chống mài mòn cao, đợc dán bằng loại keo
đặc biệt.
3. Gỗ thùng xe
3
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
- Thùng lớp vỏ thép là lớp cách âm, cách nhiệt không bắt lửa, trong lớp
cách nhiệt là ván thùng xe dày 14mm bọc poócmica 2 lớp (đối với thành xe),
trên xe làm bằng composite dày 4 mm.
- Trần buồng khách làm bằng ván dày 5 mm (vì phải uốn cong).
- Các vách gồm thành đầu trong, vách ngăn giữa các buồng khách, khách
với nhân viên, khách với buồng rửa mặt, giữa buồng khách và hành lang đợc
làm bằng ván ép dày 28 mm.
- Các ván thành và ván trần đợc liên kết bằng khung thép, bằng khoan lỗ,
tarô ren đợc bắt trực tiếp vào khung thép hoặc vào khung gỗ thành xe, mui xe
bằng đinh vít. Tại các mối ghép ván có nẹp nhôm trang trí.
- Các vách ngăn đợc liên kết với thành, sàn và mui xe nhờ các tai sắt hàn vào
khung thép thành xe.
II. Các loại cửa xe

1. Cửa lên xuống
Đợc lắp ở hai đầu toa xe, bằng thép dày 2 mm, bên trong có chất cách nhiệt
bằng bông thuỷ tinh ép, bản lề cửa đợc lắp với trụ thép góc xe. Phía trên cửa có
ô kính, chiều rộng cửa 660 mm.
2. Cửa đầu xe
Gồm hai cánh cửa lùa về phía hai thành xe, cửa đợc làm bằng tôn dập dày
1,5 mm. Phía trong có chất cách nhiệt bằng sợi bông thuỷ tinh, phía trên cửa là
hệ thống thanh trợt cửa bằng bi. Phần trên cửa có bố trí một ô kính nhỏ, có
gioăng làm theo kiểu thanh đẩy có lò so đẩy hai cánh cửa sát vào nhau và đợc
làm kín bởi gioăng cao su chuyên dùng.
3. Cửa hành lang
Cửa làm bằng gỗ ván ép poócmica hai mặt dày 28 mm phía trên có ô kính.
Cửa đợc làm theo kiểu trụ xoay, có lắp cơ cấu tự động cửa có giảm chấn thuỷ
lực. Với cơ cấu này cửa hành lang (hai đầu) thờng đóng kín để giữ nhiệt cho
buồng khách.
7. Cửa sổ
4
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
- Cửa sổ bên trong phòng khách và dọc hành lang có kích thớc 1.200
ì
1000
mm cửa sổ làm bằng kính hai lớp an toàn.
- Để đảm bảo tính cách nhiệt thành xe, khoảng cách giữa hai lớp kính là 12
mm đợc đặt trong cùng một khung nhôm và cố định vào khung cửa sổ.
A. tham số kỹ thuật và kích thớc cơ bản
I. Các tham số kỹ thuật
1. Khổ giới hạn Đầu máy toa xe : Theo QPKTKT - ĐSVN 1999.
Tâm 2 móc nối : 20676 mm
11. Đầu đấm móc nối : Kiểu ấn Độ hoặc Trung Quốc
12. Tóc độ cấu tạo : 100 km/h

13. Kết cấu thép thùng xe : Toàn thân chịu lực, bệ xe
không xà dọc giữa
14. Hệ thống điện : Tập chung 220/380 VAC-50 Hz
15. Hệ thống nớc : Bố trí gầm xe, tổng dung tích 1650 lít
16. Hệ thống hãm : Dùng van hãm Knorreksl
Hãm tay : Kiểu trục vít
17. Điều hoà không khí : Loại máy Thermoking LRV-10
18. Trần toa xe : Compozit cao cấp
19. Vách ngăn : Gỗ dán, dán poócmica cao cấp
dày 28 mm
20. Tay nắm, Khoá cửa : Loại cao cấp của Trung Quốc
21. Chiếu sáng, điều hoà không khí : Gián tiếp
22. Dụng cụ thoát hiểm : Búa chuyên dùng
23. Khung che gió đầu xe : Kiểu kết cấu thép
II. Kích thớc của toa xe
5
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
- Chiều dài toàn xe : 20.676 mm
Thùng xe : 20.005 mm
- Chiều rộng : 2.900 mm
- Chiều cao mui xe : 3.900 mm
Sàn xe : 1.100mm
Đầu đấm : 835 mm
B. Đặc điểm kết cấu thùng xe
- Kết cấu thùng của toa xe là loại kết cấu mới phù hợp với việc lắp đặt thiết
bị máy lạnh và điều hoà không khí trên nóc xe, là kết cấu thép toàn thân chịu
lực. Bệ xe không có xà dọc giữa đợc lắp ghép theo kiểu tổng thành bằng phơng
pháp hàn điện hồ quang.
- Kết cấu thép thùng xe bao gồm các phần sau:
+ Kết cấu thép bệ xe và sàn tôn

+ Kết cấu thép thành bên 1 và bên 2
+ Kết cấu thép thành đầu 1 và đầu 2
+ Kết cấu thép mui xe
Bên cạnh đó còn có các chi tiết phụ của bệ xe, thành xe và mui xe để liên
kết với các bộ phận khác của toa xe và làm cho kết kấu cứng vững hơn phù hợp
với kết cấu tổng thành toa xe.
1. Kết cấu bệ xe và sàn tôn
Bệ toa xe là loại bệ không có xà dọc giữa bao gồm:
- 02 xà đầu ngoài bằng tôn dập dày 10 mm
- 02 xà cạnh bằng thép hình
[
87520
ìì
- 04 thanh xà kéo bằng thép hình
[
10100260
ìì
.
- 02 xà gối thép dày 10 mm hàn thành hộp và 18 thanh làm bằng tôn dập
hình chữ [.
6
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
- Các xà dọc phụ, xà ngang phụ, và chống chéo để tăng cờng độ cứng vững
của bệ xe.
Các xà của bệ xe đợc liên kết với nhau bằng phơng pháp hàn điện.
2. Kết cấu sàn xe: chia làm hai phần
- Phần bằng tôn tấm dày 3 mm từ xà đầu ngoài đến xà gối.
- Phần bằng tôn dày 2,5 mm, dập gân ở khoảng giữa hai xà gối gân dập có
dạng dập sóng cao 32 mm theo chiều dọc xe và đợc hàn liên kết với bệ xe tạo
thành khoảng cách hàn vững chắc.

3. Kết cấu thành bên .
Bao gồm khung thép và vỏ thép:
- Khung thép thành bên có cột cửa và cột đứng ở các ô cửa sổ. Các cột đứng
làm bằng tôn dày 2,5 mm và đợc dập gân tăng độ cứng theo dọc chiều xe. để
giảm ứng suất tập trung tại góc các lỗ khoét cửa sổ đợc làm thành góc lợn trên
R=120 mm. Khung thép và vỏ thép đợc hàn ghép chắc chắn và đợc liên kết hàn
với bệ xe.
- Yêu cầu kỹ thuật của thành xe
+ Độ vồng lên của thành bên từ 5
ữ
12 mm.
+ Độ không vuông góc của cột thành xe với mặt bệ xe không lớn hơn
1,5 mm.
+ Toàn bộ thành bên không đợc vênh vặn, khoảng cách hai đờng chéo
góc của thành xe chênh lệch không quá 5 mm.
4. Kết cấu thép thành đầu.
Bao gồm kết cấu khung thép và vỏ thép.
- Khung thép gồm hai cột đầu xe với kết cấu hình chữ nhật
415115
ìì
hai
cột bên là thép chữ
[
43495
ìì
hai đoạn bên là thép
[
475115
ìì
trên cùng là

vành mai L
32560
ìì
ngoài ra còn có các thanh ngang phụ để tăng cờng độ
cứng. Một bộ phận cấu thành quan trọng của khung thép thành đầu xe là khung
che gió đầu xe đợc hàn với hai cột đứng hình hộp và thanh ngang trên tạo cho
7
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
thành đầu thêm cứng vững. Phía ngoài là tôn bọc dày 2,5 mm đợc hàn chắc với
khung thép.
Các chân cột thành đầu và vỏ thép thành đầu đợc liên kết hàn với bệ xe. 5.
Kết cấu thép mui xe.
- Gồm kết cấu khung thép và vỏ thép. Đặc điểm của loại toa xe có điều hoà
không khí và kết cấu thép mui xe phải thiết kế để bố trí đợc máy điều hoà
không khí kiểu nóc xe.
- Khung thép mui xe bao gồm : Các vành mai có mặt cắt hình Z
3252560
ììì
. Vành mai hình Z đợc tăng cứng tôn dày 2 mm hình Z
3255060
ììì
để ghánh đỡ máy lạnh và thùng nớc mui xe. Các thanh dọc mui
hình Z
3252540
ììì
và hai thanh dọc cạnh L
43060
ìì
.
- Tại chỗ trần bằng đỡ máy lạnh ở đầu xe bố trí các xà hộp

349100
ìì
và
34950
ìì
. Các xà của khung thép mui đợc hàn chắc chắn và toàn bộ đợc phủ
tấm thép dày 2 mm. Tôn mui xe đợc hàn ghép với nhau bằng mối hàn liền để
chống dột nớc và đợc hàn ghép với khung thép bằng hàn phân đoạn.
Phơng pháp tính độ bền thùng toa xe metro
i. các phơng pháp chung tính toán sức bền thành bên toa xe
khách
Trong tình hình thực tế tính toán sức bền thùng xe khách từ trớc đến nay ngành
Đờng sắt đã sử dụng nhiều phơng pháp tính, trong đó thờng sử dụng phơng pháp
tính toán riêng cho thành bên và bệ xe (có xà dọc giữa). Nó đợc sử dụng rất rộng rãi
để tính toán cho các loại toa xe khách đang vận dụng phổ biến ở Việt Nam.Trong
giới hạn khuôn khổ đề tài tôi chỉ giới thiệu các phơng pháp tính sức bền thành xe.
Hiện nay có hai phơng pháp tính toán sức bền thành xe đang đợc sử dụng rộng
rãi nhất đem lại kết quả tơng đối chính xác:
- Phơng pháp tính toán gần đúng sức bền thành xe khách
- Phơng pháp tính chính xác sức bền thành xe khách.
Sau đây tôi lần lợt giới thiệu các phơng pháp tính toán sức bền thành xe khách
1. Phơng pháp tính gần đúng sức bền thành xe khách
8
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
1.1 Tính sơ bộ
Trong bớc tính toán này ta tạm cha xét tới các khoang cửa. Mục đích của phơng
pháp này là chọn kích thớc ban đầu.
- Ta tạm coi thành bên là một dầm gối lên hai gối (hai gối tạm coi đó là xà gối ) lúc
này kết cấu của thành xe bao gồm các xà dọc cạnh của bệ xe, thép bọc thành xe, các xà
dọc của thành, một phần nhỏ của mui (phần bán kính cong chuyển tiếp giữa thành xe

và mui xe).
- Tải trọng lúc này bao gồm:
+ Tải trọng giải đều gồm:
* Trọng lợng của thành bên
* Trọng lợng của một nửa mui
* 1/16 các thiết bị bên trong
+ Tải trọng tập trung bao gồm:
* Phản lực của các xà ngang truyền tới
* Nửa trọng lợng thành đầu trong và các thiết bị
* Nửa thành đầu ngoài, đầu đấm móc nối, bệ qua lại
ứng suất của dầm đợc tính theo công thức
y
J
M
1
=

F
Q
=

J: Mô men quán tính mặt cắt ngang thành xe
y: Tọa độ của điểm xét ứng suất
M: Mô men uốn của mặt cắt đang xét
Q: Lực cắt tại mặt cắt đang xét ứng suất
F: Diện tích mặt cắt ngang đang xét ứng suất
Phơng pháp này trong quá tình tính toán có các sai sót sau:
- Tại chỗ cắt ngang không có cửa sổ thì kết quả tính khá gần đúng với
thực tế.
9

Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
- Tại chỗ cắt ngang có cửa sổ sai sót lớn nguyên nhân là do ảnh hởng
của lực cắt mà mặt cắt ngang thành bên không phẳng nữa, đờng cong đàn hồi
thanh dây trên và thanh dây dới không đồng tâm.
1.2 Tính sửa lại
Chủ yếu để tính ứng suất phụ thêm tại các khoang cửa sổ
- Xét tại mặt cắt (1,1) và (2,2)
H.II.2 Mặt cắt khoang cửa sổ
a. Tính ứng suất phụ thêm của thanh dây tại mặt cắt ngang sát mép cửa sổ.
- Coi các thanh dây nằm trong đoạn khung cửa sổ là một dầm 2 đầu ngàm cứng
trợt.
Chia tải trọng cho thanh dây trên và thanh dây dới
Td
T
T
JJ
J
+
=

Td
d
d
JJ
J
+
=


- Là hệ số mô men quán tính của thanh dây trên và dới

J
T
, J
d
là mô men quán tính của thanh dây trên và thanh dây dới
Q
Trên
=

Trên
.Q Q
d
=

d
.Q
Q: Lực cắt quán tính khi cha xét đến cửa sổ
Q
Trên
, Q
d
là lực cắt của thanh dây trên và thanh dây dới khi ta phân theo hệ số
theo mô men quán tính.
- Nguy hiểm nhất là các điểm 1 và 4 nên ta cần tìm thêm ứng suất phụ thêm tại
điểm 1 và 4.
T
T
csT
h
J

lQ
1
'
1
.
.
=

T
T
F
Q
=
1

Trong đó:
1
2
2
1
10
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
2l
cs
Chiều rộng khoang cửa sổ
h
T
1
Khoảng cách từ điểm 1 đến đờng trục thanh dây trên
H.II.3 Điểm tính ứng suất phụ thêm

.
.
'
4
d
csd
J
lQ
=

d
F
Qd
=
'
4

b. ứng suất phụ thêm của cột đứng tại mép cửa sổ
T
Fh
J
M
T ..
1
1
=
F
T
- Bề mặt cắt ngang thanh dây trên
J Mô men quán tính mặt cắt ngang cả thành bên

H.II.4 ứng suất phụ thêm của cột đứng
T
Fh
J
M
T ..
2
2
=
Ta giả thiết rằng T
1
> T
2
lúc đó ta có
Q
T
Q
d
Q
d
Q
T
Q
Tx
L
C
S
T
2
T

1
M
1
M
2
11
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
SQ
J
l
l
MM
hF
J
l
TTT
T
T
=







==
21
21
trên

Trong đó:
F
T
.h là mômen tĩnh của mặt cắt ngang của nửa trên đối với trục tâm hình.
- Ta coi cột đứng là 1 dầm 2 đầu ngàm cứng trợt thì:
cs
hTM
=
2
1
max
Fv
T
w
xM
v
==

;
max
2
w
hQS
J
l
w
hT
csT
v
cs

==

=

2
1
2
QS
JF
l
T
N
v
=

H.II.5 Biểu đồ mômen của cột đứng
ở đây ta chú ý tính Fv ta chỉ xét thép bọc mà không để ý đến cột đứng.
1.3 ứng suất cuối cùng trong các thanh (bớc sơ bộ + sửa lai)
- Đối với thanh dây trên :
T
T
csr
h
J
lQ
w
M

+=
1
1

T
T
F
Q
h
J
w
==
1
1
1

- Đối với thanh dây dới
d
d
d
d
csd
F
Q
h
J
hQ
w
M
=

+=
4
4
4
;

- Vách ngăn (cột đứng) chỉ xét phần ứng suất sửa lại bớc tính 1 không đả động
đến:
Fv
T
w
M
v
==

;
max
2
T
M
ma
x
12
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
Tại góc cửa sổ có hiện tợng tập trung ứng suất nên:
w
M
k
max

2
=

k- hệ số ứng suất tập trung phụ thuộc bán kính góc lợn ở cửa sổ






=
b
r
k
r là bán kính góc lợn ở mép cửa sổ
b- chiều rộng cột đứng
- ứng suất tính toán là:
22
4

+=
2. Phơng pháp tính chính xác
a. Sơ đồ tính
Do kết cấu đối xứng ta chỉ xét 1/2 thành bên bỏ qua phần bệ qua lại.
- Sơ đồ tính tạo bởi các đờng trục tâm hình các thanh dây trên, dới và các vách
ngăn.
- Tải trọng gồm tải dải đều q tải tập trung p.
b. Giả thiết
- Coi tại điểm chính giữa cột đứng mômen uốn bằng không (dựa trên kết quả
tính rút đợc trong tính toán gần đúng lần trớc). Do đó, ta thay vào điểm giữa cột

đứng là chốt.
- Để tiến hành giải ta chia tải trọng cho thanh dây trên và dới theo tỷ lệ mômen
quán tính:
M
q
13
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
Td
T
T
JJ
J
+
=

Td
d
d
JJ
J
+
=

qqqq
ddrtr
==

;
ididiTT
xxxx

==
- ở đây có 1điểm cần chú ý: để sử dụng đợc các giả thiết trên cần có 2 điều kiện:
+ Mặt cắt ngang của vách ngăn cửa phải khá lớn để có thể nói rằng khi chịu kéo
nén dọc trục thì không biến dạng.
+ Các lực tập trung phải đặt đúng tại các điểm đờng cong kết giữa cột đứng và
thanh dây.
Đờng cong đàn hồi của thanh dây trên và dới khi biến dạng là hoàn toàn nh
nhau:
d
d
dtr
tr
T
J
M
J
E
J
M
J
E
==
;
Td
d
d
dT
tr
tr

JJ
MJ
M
JJ
MJ
M
+
=
=
+

=
;
Thế vào nhau ta có :
dT
tr
T
JJ
MJ
J
E
+

=

dTd
JJ
M
J
E

+
=

dT

=
Nh vậy, sau khi chia ra nh trên thì vách ngăn cửa sổ không còn chịu lực dọc trục.
q
d
q
T
X
X
14
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
Giả sử nó bị biến dạng thanh dây trên là
dT
=
(do thanh dây trên và dới
không có biến dạng xê dịch với nhau (cột đứng có độ dài không đổi).
33
4
;.
4
.
l
EJ
P
l
EEEJ

P
d
d
d
T
tr
T





=
+
=
vì
0
==
x
dT
c. Bài toán sửa lại đối với phản lực R của xà gối
Lúc này ta coi 2 đầu cửa sổ là ngàm cứng
d. Bậc siêu tĩnh và kết cấu cơ bản
- Tháo khớp ở trên các cột đứng và thêm vào các ẩn lực tạo thành kết cấu cơ bản:
Nh vậy, ta thấy rằng ẩn lực phụ thuộc vào số lợng khoang cửa sổ.
e. Biểu đồ nội lực
- Đối với thanh dây trên cần vẽ biểu đồ mômen uốn, dọc trục.
- Đối với cột đứng thì vẽ mô men uốn, lực cắt.
- Khi vẽ phải dùng giả thiết về điểm nối kết thực tế.
- Đối với thanh dây mô men uốn, lực dọc trục tồn tại trên các bề dài.

R
.

R
.
dR
R
.

R
.
d
X
1
X
1
X
2
X
2
X
3
X
3
X
4
X
4
X
5

X
5
X
6
15
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
-Với cột đứng thì khi vẽ mô men uốn bắt đầu từ mép cửa sổ giảm dần theo quy
luật đờng thẳng tại điểm gặp đờng trục, mô men uốn = 0. Lực cắt chỉ tồn tại
trong đoạn khoang cửa sổ.
- Bỏ qua một phần bán kính lớn của mui xe.
- Coi thành xe là một hệ thanh thông thờng vì kích thớc bề ngang và dài các
thanh là cùng bậc.
- Mỗi mặt cắt ngang của thành xe có hai điểm ứng suất pháp bằng 0.
- Mô men uốn tại điểm nối kết giữa cột đứng và thanh dây trong biểu đồ mô
men uốn hợp thành có sự đổi dấu nhảy vọt và trong mỗi khoang cửa sổ trên mỗi
thanh dây có một điểm uốn .
Cách tính này hiện nay vẫn dùng vì :
- Tại chỗ ứng suất tính đợc khá phù hợp với thực tế.
- Khối lợng tính toán vừa phải.
3. Kiểm tra ổn định của thành bên
3.1 Thép bọc thành xe
a. ứng suất tới hạn của thành xe chịu cắt
Dới tác dụng của tải trọng thẳng đứng tại vùng xà gối lực cắt rất lớn có thể mất
cứng vững do ứng suất gây ra
( )
2
2
1
.
b

E
k
th

à


=
Điều kiện ổn định :
th

> [n] với [n] = 1,2
b. Dới tác dụng của uốn hoặc nén
( )
2
2
1
.
b
E
k
th

à


=
Điều kiện ổn định :
[ ]
n

tt
th
>


với [n] > 1,5
c. Tại mắt cắt ngang đồng thời có cả

và

khá lớn tính riêng từng loại ứng
suất sau đó kiểm tra.
16
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
[ ]
1
1
22
>








+

=
thth
n




3.2 Thanh dọc
a. Lực cắt tác dụng lên thanh dọc


.
.
tr
ctr
c
J
SQ
=
dtr
tr
tr
JJ
J

QQ
+
=
2/1
b. Lực dọc tác dụng lên thanh dọc
Do M
q
, M
N
, N gây ra
F
N
W
M
W
M
i
N
i
q
++=
ƯƯ
'
1

c. Tính ứng suất cứng vững của thanh dọc
Cần xét tại hai mặt cắt chính giữa thành và xà gối:
- Mặt cắt chính giữa thùng Q = 0 , ti = 0.
2
min

2
..
i
th
l
JE
P

=
Điều kiện ổn định :
[ ]
n
P
P
ili
ith
>
với [n] = 1,5
II. quy trình tính toán thành bên cho một số loại xe
tiêu biểu đang sử dụng ở việt nam.
1. Lập sơ đồ tính
Lấy các đờng trục của thanh dây trên và thanh dây dới, cột đứng, tạo thành
sơ đồ tính. Kích thớc các cột đứng, khoảng cách giữa các cột đứng, thanh dây
chiều rộng chiều cao của cửa sổ
2. Xác định tải trọng tác dụng lên thành bên toa xe
a. Tải trọng rải đều: Gồm trọng lợng thành bên, cộng với 1/2 mui xe, cộng
với 3/16 trọng lợng các thiết bị bên trong.
17
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
b. Tải trọng tập trung bao gồm:

- Phản lực của các xà ngang bệ xe truyền tới thành xe
- 1/2 thành đầu trong và các thiết bị
- 1/2 thành đầu ngoài đầu đấm móc nối bệ qua lại
3. Tiến hành tính toán xác định các đặc trng hình học của thành bên
- Xác định mặt cắt ngang tại các chỗ sau:
+ Diện tích mặt cắt ngang thanh dây trên, dây dới tại mặt cắt chính giữa cửa
sổ
+ Diện tích mặt cắt ngang cột đứng giữa hai khoang cửa sổ, ở phần này ta
nên chú ý là vì cột đứng có kích thớc tơng đối khác nhau. Trong khi đó ta phải
xác định tất cả các cột đứng.
+ Diện tích mặt cắt ngang ở chính giữa cột đứng
- Xác định mômen quán tính sau:
+ Mômen quán tính của thanh dây trên (J
tr
)
+ Mômen quán tính của thanh dây dới (J
d
)
+ Mômen quán tính của cả thành bên (Tính toán dễ dàng nhờ kết quả của
hai phần trớc)
+ Mômen quán tính của cột đứng giữa hai khoang cửa sổ
- Từ kết quả tính toán ở trên ta xác định đợc hệ số mômen quán tính
trd
tr
tr
JJ
J
+
=

trd
d
d
JJ
J
+
=

Trong đó
+ J
tr
Là mômen quán tính của thanh dây trên
+ J
d
Là mômen quán tính của thanh dây dới
+

- Là hệ số mô men quán tính
i. phơng pháp tính gần đúng
18
Thiết kế tốt nghiệp Thân Đức Nam ĐMTX K 38
1. Tính sơ bộ
a. Coi thành bên là một dầm gối lên hai gối. Thành xe bao gồm: Thép bọc, xà
dọc cạnh của bệ, các xà dọc của thành, một phần nhỏ của mui.
b. Tiến hành vẽ biểu đồ mô men uốn cho dầm, xác định các điểm có mô men
uốn cực đại.
c. Vẽ biểu đồ lực cắt cho dầm xác định các điểm có trị số cực đại.
d. Xác định ứng suất sinh ra tại mặt cắt có trị số mômen uốn cực đại, lực cắt cực
đại.
F

Q
y
J
M
==

;
J, F: Mô men quán tính, mặt cắt khi ta xét toàn bộ chi tiết thành bên chịu lực.
2. Bớc tính sửa lại
Do trong quá trình tính toán ở bớc trên có sai sót. ứng suất sinh ra tại mặt
cắt ngang có cửa sổ sai sót với thực tế khá lớn. Sở dĩ nh vậy là do ảnh hởng của
lực cắt mà mặt cắt ngang thành bên không phẳng nửa đờng cong đàn hồi của
thanh dây trên, dới không đồng tâm. Cho nên, trong bớc tính này ta chú ý đến
lực cắt Q.
a. ứng suất phụ thêm của thanh dây tại mặt cắt ngang sát mép cửa sổ
- Coi các thanh dây nằm trong đoạn khung cửa sổ là 1 dầm 2 đầu ngàm cứng tr-
ợt.
- Tiến hành chia tải trọng cho thanh dây trên và dới:
QQQQ
drdTrTr
==

;
Tr
Q
- là lực cắt do thanh dây trên chịu
d
Q
- là lực cắt do thanh dây dới chịu
2

21
QQ
Q
+
=
- ứng suất nguy hiểm nhất là điểm 1 và 4:
Tr
Tr
Tr
Tr
csTr
F
Q
h
J
lQ
=

=
1
1'
1
;

19