Расчет вагонов на прочность

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Описание конструкции

1.1 Классификация цистерны

Железнодорожные цистерны предназначены для перевозки различных по своим свойствам грузов. Это обусловливает существенное различие их как по конструкции, так по отдельным узлам и элементам.

Рис. 1.1 Общий вид цистерны

Четырехосная цистерна грузоподъемностью 60 т модели предназначенная для перевозки бензина и нефтепродуктов.

Цистерна (рис. 1.1) состоит из следующих основных частей: рамы 7, ходовой части 6, ударно-тяговых приборов 5, тормозного оборудования 8, котла 4, внутренней 3 и наружной 10 лестниц, крепления котла на раме 11, устройств загрузки 1 и выгрузки 9, предохранительной арматуры 2. Цистерна может быть оборудована дополнительно устройством разогрева груза, термоизоляцией и теневой защитой. Возможно в цистернах разное сочетание- составных частей, а в свою очередь каждая из этих цистерн может иметь конструктивное различное исполнение. В связи с этим цистерны можно классифицировать по следующим признакам.

1. По назначению: для наливных грузов; для сжиженных; для вязких;

для скоропортящихся; для затвердевающих; для порошкообразных.

2. По наличию устройств у котла без дополнительных устройств; с теневой защитой; с трубчатыми змеевиками подогрева; с подогревательным кожухом; с термоизоляцией; с термоизоляцией и подогревательным кожухом; с термоизоляцией и трубчатыми электронагревателями; с термоизоляцией и трубчатыми змеевиками подогрева; с устройством аэропневмовыгрузки.

3. По конструкции несущих элементов: рамной или безрамной.

4. По способу загрузки груза: открытый, закрытый.

5. По способу выгрузки: под давлением (передавливанием, сифонированием, аэропневматический -- нижний и верхний); без давления (самотеком).

6. По состоянию груза при движении: цистерны без давления; под давлением.

7. По поддержанию температурного режима груза: с термоизоляцией;

без термоизоляции.

8. По осности: 4-х, 8-ми осные.

9. По габариту: ГОСТ 9238--83

10. По принадлежности: парк МПС; парк промышленного транс порта.

1.2 Устройства составных частей

1.2.1 Платформа

У рамной конструкции котел с устройствами устанавливается на платформу, включающую раму, тормозное и автосцепное оборудование и ходовую часть.



Рис. 1.2 Типовая платформа для 4-х осной цистерны

У четырехосных цистерн с расстоянием между осями сцепления автосцепок 12020 мм и базой 7800 мм котел устанавливается на типовую платформу (рис. 1.2), которая состоит из рамы 3 сварной конструкции, автоматического 2 и стояночного4 тормозов, автоматических ударно-тяговых приборов 5 и ходовой части /. Детали и узлы платформы выполняются из низколегированных и литейных сталей повышенного качества.

Параметры платформ, соответствующие требованиям, предъявляемым к подвижному составу, обращающемуся по всей сети железных дорог России, приведены ниже:

Грузоподъемность, т ? 74

Масса тары, т ? 14,0

База, мм ? 7800

Высота оси автосцепки, мм - 1040 ? 1080

Сцепное устройство -автосцепки СА-3

Тип тормоза ? автотормоз

Длина по осям сцепления автосцепок, мм ? 12020

Ширина колеи, мм ? 1520(1524)

Ширина платформы, мм ? 3000

Конструкционная скорость, км/ч ? 120

Габарит по ГОСТ 9238-83 ? 02-ВМ

Рис. 1.2.2 Конструкция платформы

Рама платформы служит для восприятия тяговых усилий, ударов в автосцепку, а также инерционных сил котла, возникающих при изменении скорости движения. Она представляет собой сварную конструкцию, состоящую из двух шкворневых и хребтовой балок. Крепится котел к раме посредством лапы 7 и опор 6, располагаемых на шкворневых балках (см. рис.1.2).

Ходовая часть платформы состоит из двух двухосных тележек ЦНИИ ХЗ-О модели 18-100 по ГОСТ 9246-- 79.

Ударно-тяговые приборы платформы включают в себя автосцепку типа СА-3, поглощающий аппарат типа Ш2В-90, тяговый хомут, клин хомута, крепление тягового хомута, балочку центрирующую с двумя маятниками, расцепной рычаг, укрепленный на лобовом листе рамы с помощью кронштейна и державки расцепного рычага.

На кронштейнах рамы установлено тормозное оборудование цистерны (рис. 1.3), состоящее из тормозного цилиндра 12 № 188 Б или воздухораспределителя 11 № 483 М, запасного резервуара 6 Р7-78, автоматического регулятора рычажной передачи 2 усл. № 574 Б, рычагов 3, тяг 1, 10, воздухопровода 4, разобщительного крана 5, авторежима 9 модели 265 А-1. На раме крепят также поддерживающие 16 и предохранительные скобы 17. Главный воздухопровод оборудован концевыми кранами 7 и соединительными рукавами 8 типа Р17Б. Для регулировки рычажно-тормозной передачи служит рычажный привод бескулисного авторегулятора, включающий в себя рычаг-упор 14, регулирующий винт 15, распорку 13. Отрегулированная рычажно-тормозная передача обеспечивает зазор между тормозной колодкой и колесом в пределах 5--8 мм в расторможенном состоянии и выход штока тормозного цилиндра в пределах 50--125 мм в заторможенном состоянии.

Рис.1.3 Схема тормозного оборудования

На платформе установлен стояночный тормоз, предназначенный для затормаживания цистерны на погрузочно-разгрузочных пунктах. Он состоит (рис. 1.4) из тяги 5, соединенной с горизонтальными рычагами автотормоза, червячного сектора 4, червячного вала 2 со штурвалом 1 и ручки-фиксатора 3. Стояночный тормоз приводится в рабочее (левое) и нерабочее (правое) положения перемещением червячного вала 2 со штурвалом 1. Фиксирует червячный вал 2 в рабочем или нерабочем положении ручка фиксатора 3, цистерна затормаживается поворотом штурвала 1 по часовой стрелке. Для растормаживания ее ручку-фиксатор необходимо повернуть на 90° в горизонтальное положение. При этом под воздействием возвратной пружины штока тормозного цилиндра червячный вал со штурвалом отбрасывается в нерабочее положение (вправо).

У четырехосных цистерн с нетиповой платформой рама, ходовая часть, тормозное и автосцепное оборудование отличаются лишь размерами некоторых элементов.

Рис.1.4 Стояночный тормоз

1.2.2 Лестницы

Для осмотра узлов и внутренней поверхности котла на нем у большинства цистерн установлена внутренняя лестница 6. В верхней части она крепится к обечайке люка 5, а в нижней вставляется в специальные ограничители. Внутренними лестницами не оборудуются цистерны для перевозки токсичных грузов.

Наружная лестница состоит из ступенек, площадок, выполненных из рифленого листа, поручней, лестниц. На цистернах встречается конструктивное различное исполнение наружных лестниц.

Рис.1.5 Схема расположения внутренней лестницы

1.2.3 Крепление котла на раме

У цистерн рамной конструкции для предотвращения смещения котла из-за продольных усилий (рис. 1.6) он крепится к раме в средней части специальными болтами 6, запрессованными в лапы рамы и лапы котла 5. Крепление концевых частей котла, лежащих на деревянных брусках 3, прикрепленных к желобам опор шкворневых балок рамы, осуществляется четырьмя хомутами 1 с муфтами 2 и стяжными болтами 4. Затягивают хомуты муфтой 2, соединяющей их наконечники со стяжным болтом 4, имеющим левую резьбу. В последние годы на ряде цистерн установлены два хомута с тарельчатыми пружинами.

Рис.1.6.1 Крепление котла на раме

Внутри хребтовой балки установлены передний и задний упоры, между которыми монтируются авто сцепные устройства.

1.2.4 Конструкция котлов

Котлы цистерн различаются по конструкции, линейными параметрами, подсоединительными элементам различных устройств и материалом.

По конструкции они бывают: бес секционные, секционные, бункерного типа.

На большинстве цистерн устанавливается бессекционный котел (рис. 1.1), который состоит из цилиндрической части и двух днищ Цилиндрическая часть котла состав лена из продольно расположенных листов: нижний - броневой лист имеет большую толщину, чем верхние, обычно равную толщине днища.

Котел включает цилиндрическую обечайку, сваренную из продольных листов (верхние толщиной 9 мм. нижние 11 мм) и два днища эллиптической формы (11 мм). Рядом с люком установлен предохранительно-впускной клапан, отрегулированный на избыточное давление 0,15 МПа и вакуум 0,01--0,03 МПа. Котел оборудован сливным прибором, расположенным в середине котла. В зимнее время он может обогреваться паром. Для обеспечения полного слива продукта нижний лист котла имеет уклон 25--30 мм к сливному прибору. Сливной прибор допускает также нижний налив продукта при помощи насоса. Для удобства обслуживания цистерны имеют двустороннюю наружную лестницу с площадками около люка. Она имеет откидную ступеньку, установленную на котле, которая в нерабочем положении (при движении цистерны) находится в откинутом состоянии для обеспечения вписывания цистерны в габарит подвижного состава 02-ВМ. Внутренняя лестница служит для спуска вовнутрь котла через люк.

1.2.5 Устройства загрузки

Грузы в котлы цистерн загружаются различными способами, что определяется в основном свойствами груза, его токсичностью и агрессивностью. Для загрузки необходимо специальное оборудование, часть которого располагается на пунктах загрузки, а другая -- на самом котле

Специальными элементами для загрузки не оборудованы (рис. 1.11) котлы у цистерн для бензина и светлых нефтепродуктов спирта, патоки, вязких нефтепродуктов, фенола, виноматериалов, цемента. Цистерны для кальцинированной соды и поливинилхлоридов имеют загрузочные люки.

Рис.1.7 Схема загрузочного люка 1-крышка; 2-ригель; 3-кольцо; 4-прокладка; 5-люк; 6-внутренняя лестница; 7-болт; 8 - гайка; 9 - колпачок.

1.2.6 Устройства разгрузки

Выгрузка груза из котла цистерны может осуществляться в зависимости от свойств материала и условий разгрузки под давлением (передавливанием, сифонированием, аэропневматическим) и без давления (самотеком через сливной прибор). Пункты разгрузки в зависимости от технологии выгрузки оснащаются соответствующим оборудованием, а на котлах цистерн устанавливается некоторая часть элементов принятой схемы выгрузки груза. Цистерны могут быть оборудованы одним из вариантов установки элементов устройства разгрузки. На рис. 1.8 изображен сливной прибор с верхним управлением. Таким прибором оборудованы все цистерны для бензина и светлых нефтепродуктов, спирта, патоки, фенола, вязких нефтепродуктов. Слив производится через патрубок 8, приваренный к седлу клапана 3. Прибор состоит из штанг 2 и 9, клапана 10, крышки 11 с запорным устройством 6 и воротка 1. Открытие и закрытие клапана 10 осуществляются вращением воротка 1, соединенного со штангой 9. В нерабочем положении вороток 1 должен быть опущен в горловину люка-лаза. Перед сливом крышка с запорным устройством должна быть отведена в сторону и подвешена на крючке 5. Прибор имеет патрубок 7 для подачи пара и горячей воды в полость 4 для разогрева груза в приборе.

Рис.1.8 Схема сливного прибора с верхним управлением

1.2.7 Ходовая часть

В настоящее время грузовые вагоны железных дорог России строят с тележками типа 18-100 (рис.1.9), которые имеют клиновые гасители колебаний.

Боковая рама 2 тележки выполнена в виде стальной отливки, в средней части которой расположен проем для рессорного комплекта, а по концам -- проемы для букс.

В верхней части буксовых проемов имеются кольцевые приливы, которыми боковые рамы опираются на буксы, а по бокам -- буксовые челюсти.

Сечения наклонных элементов (поясов) и вертикальных стержней (колонок) боковой рамы имеют корытообразную форму с некоторым загибом внутрь концов полок. Горизонтальный участок нижнего пояса имеет замкнутое коробчатое сечение. Балки с таким профилем хорошо сопротивляются изгибу и кручению.

По бокам среднего проема в верхней части рамы расположены направляющие для ограничения поперечного перемещения фрикционных клиньев, а внизу имеется опорная поверхность для установки рессорного комплекта. С внутренней стороны к этой поверхности примыкают полки, являющиеся опорами для наконечников триангелей в случае обрыва подвесок, которыми триангели подвешены к кронштейнам боковой рамы. В местах расположения клиньев к колонкам рамы приклепаны фрикционные планки.

На наклонном поясе отливают пять цилиндрических выступов (шишек), часть которых срубается в соответствии с, фактическим расстоянием между наружными челюстями буксовых проемов.

Подбор боковых рам при сборке тележек производят по числу оставленных шишек, что гарантирует соблюдение необходимых допусков для обеспечения параллельности осей колесных пар.

Надрессорная балка тележки отлита заодно с подпятником, опорами для размещения скользунов, гнездами для фрикционных клиньев и приливом для крепления кронштейна мертвой точки рычажной передачи тормоза. Балка выполнена по форме бруса равного сопротивления изгибу в соответствии с эпюрой изгибающих моментов и имеет коробчатое замкнутое сечение.



Рис.1.9 Тележка 18-100

1.2.8 Автосцепное устройство

Автосцепное устройство вагона обычно состоит из следующих частей: корпуса и расположенного в нем механизма; расцепного привода; ударно-центрирующего прибора; упряжного устройства; поглощающего аппарата; опорных частей.

Устройство корпуса и механизма автосцепки определяет ее тип и конструкцию, поэтому корпус с механизмом часто называют автосцепкой.

Вагоны и локомотивы магистральных железных дорог Советского Союза оборудованы автоматической сцепкой СА-3 (советская автосцепка, третий вариант), утвержденной в 1934 г. в качестве типовой. Эта автосцепка (рис. 1.10) относится к нежестким.



Рис.1.10 Корпус автосцепки СА-3.

1.2.9 Расцепной привод, ударно-центрирующий прибор, упряжное устройство и опорные части

Расцепной привод автосцепки СА-3, как и других распространенных конструкций автоматических сцепок, предназначен для расцепления автосцепок без захода человека между вагонами и для установки механизма в выключенное положение. Такой привод (рис. 1.11) состоит из двуплечего рычага 3 с рукояткой 1, кронштейна с полкой 2, державки 5 и цепи 8 для соединения рычага с валиком подъемника.

Расцепление автосцепок осуществляется поднятием рукоятки 1 вверх для выведения рычага 3 из паза кронштейна, поворотом рычага против часовой стрелки и последующим восстановлением его исходного положения. В результате этого натягивается цепь 8, поворачивается валик подъемника, и расцепление автосцепок происходит, как описано выше.

Для установки механизма автосцепки в выключенное положение рукоятку рычага после поворота не возвращают в первоначальное положение, а располагают его плоской частью на полке 2 кронштейна.

Ударно-центрирующий прибор воспринимает непосредственно от корпуса автосцепки большие сжимающие усилия (вызывающие полное сжатие поглощающего аппарата и деформации упряжного устройства), а также возвращает в центральное положение отклоненный корпус. Прибор состоит из ударной розетки 4, прикрепленной к концевой балке рамы вагона, двух маятниковых подвесок 6, опирающихся на розетку, и центрирующей балки 7, опирающейся на подвески и поддерживающей корпус автосцепки, при высоком отклонении корпус 9 вместе с центрирующей балкой несколько поднимается вверх, а после прекращения действия боковой силы под воздействием собственного веса возвращается в исходное нижнее (центральное) положение предварительную затяжку усилием 10 кН, которая обеспечивается стяжными болтами 5.

Рис. 1.11 Автосцепное устройство цистерны

Большие вертикальные силы могут возникнуть в результате зависания одного вагона на другом при возможном заклинивании сцепленных автосцепок во время прохода горба сортировочной горки, особенно у вагонов с большой длиной консольной части рамы кузова. Опирание корпуса на пружины предотвращает такое заклинивание и позволяет значительно уменьшить эти силы, передаваемые от автосцепки на раму кузова вагона.

Для возвращения отклоненного корпуса автосцепки в центральное положение предусмотрены удлиненные маятниковые подвески 6.

Упряжное устройство передает продольные растягивающие и сжимающие усилия от корпуса 9 (см. рис. 1.12) поглощающему аппарату 14. Оно состоит из клина 11, тягового хомута 12, болтов 17 с гайками, запорными шайбами, планкой и шплинтами для крепления клина, а также упорной плиты 16.

Клин соединяет корпус автосцепки с тяговым хомутом и передает последнему растягивающее усилие. Имеющийся внизу заплечик предотвращает выжимание клина вверх. Для повышения прочности клинья, а также маятниковые подвески и упорные плиты в последние годы изготовляют из низколегированной стали марки 38ХС вместо ранее применявшейся стали марки Ст5.

Тяговый хомут предназначен для передачи растягивающего усилия поглощающему аппарату. Он представляет собой стальную отливку, в головной части которой имеются окно для клина и приливы с отверстиями для прохода болтов, поддерживающих клин. Головная часть тягового хомута соединена с его хвостовой частью верхней и нижней полосами. В модернизированном автосцепном устройстве эти полосы имеют увеличенное поперечное сечение, а вертикальные отверстия в головной части выполнены круглыми (для валика). Для размещения поглощающего аппарата увеличенной энергоемкости, обычно имеющего большие габариты, увеличено расстояние между полосами (252 вместо 236 мм); обеспечивается также возможность большего поворота корпуса автосцепки в горизонтальной плоскости.

Упорная плита передает сжимающее усилие от корпуса автосцепки поглощающему аппарату и растягивающие усилия от последнего через передний упор раме кузова вагона. Плита имеет прямоугольную форму и цилиндрическое гнездо в середине, облегчающее повороты корпуса автосцепки в горизонтальной плоскости и обеспечивающее центральную передачу усилия.

Опорные части соединяют упряжное устройство и поглощающий аппарат с рамой кузова вагона. Они состоят из переднего 10 (см. рис. 1.12) и заднего 13 упоров и поддерживающей планки 15. К ним относятся также верхние ограничительные планки, устанавливаемые в случаях, когда конструкция хребтовой балки или других частей вагона не препятствует перемещению тягового хомута вверх на расстояние более 24 мм.

Через передний упор на раму кузова вагона передаются растягивающие продольные усилия, а через задний - сжимающие. Раньше эти упоры (упорные угольники) выполняли раздельными, а в последние годы - объединен. Объединенный передний упор отливают вместе с розеткой (рис. 1.12, а), а задний при коротких консолях рамы кузова - заодно с надпятниковым усилением этой рамы или так, как изображено на (рис. 1.12, б).

Переход к объединенным упорам обусловлен тем, что они в отличие от раздельных усиливают хребтовую балку и уменьшают перекос поглощающего аппарата, возможный при неточной установке 7 раздельных угольников. Такой перекос перегружает отдельные элементы хребтовой балки и вызывает ненормальный износ ее и деталей упряжного устройства.

Рис. 1.12 Объединенные унифицированные упоры; а - передний; б - задний.

1.2.10 Поглощающий аппарат

Аппарат типа Ш-1-ТМ (см. рис. 1.13) применяется в четырехосных грузовых вагонах. Энергоемкость этого аппарата с хорошо приработанными поверхностями достигает 55--65 кДж, а сила полного сжатия составляет примерно 2,5--2,8 МН; при силе 2 МН аппарат воспринимает энергию примерно 40 кДж.

Литой корпус аппарата в соответствии с требованиями ГОСТ 977--75 изготовляют из термически обработанной стали марки ЗОГСЛ-Б или 32Х06Л-У. Клинья штампуют из стали марки 38ХС (ГОСТ 4543--71) или марки 30 (ГОСТ 1050--74) с последующей закалкой. Пружины используются заневоленные.

Основные размеры фрикционных элементов и углы наклона клиньев выбраны из условия получения больших сил трения при сохранении определенной стабильности работы.

Рис.1.13 Поглощающий аппарат типа Ш-1-ТМ

При сжатии аппарата нажимной конус 1, продвигаясь внутрь корпуса 5, перемещает клинья 3 и через нажимную шайбу 4 передает усилие на пружины 6 и 7. Все части аппарата стянуты болтом 2 с гайкой. Сила прижатия клиньев к корпусу увеличивается по мере сжатия аппарата, соответственно растут силы трения и общее сопротивление сжатию. После прекращения действия сжимающей силы пружины возвращают нажимную шайбу, клинья и конус в первоначальное положение.

Основной недостаток аппарата Ш-1-ТМ - нестабильность его работы и недостаточная энергоемкость для вагонов большой грузоподъемности. Нестабильность связана с высокой чувствительностью аппарата к изменениям коэффициента трения. Это, с одной стороны, проявляется в изменении энергоемкости (рис. 1.13) по мере приработки поверхностей трения во время эксплуатации (зона рассеяния заштрихована); с другой стороны, в аппарате с хорошо приработанными поверхностями иногда возникает заклинивание при прямом и обратном ходе, а начальная жесткость аппарата (начальная сила) становится недопустимо большой. Кроме того, как правило, появляется скачкообразное изменение силы (автоколебания при трении). Аппараты такого типа чувствительны к изменению окружающей температуры - при низких температурах коэффициенты трения повышаются. Изменение температур способствует также появлению коррозии на поверхностях трения, особенно в периоды длительных остановок.

2. Расчет технико-экономических параметров цистерны

Конструкция грузового вагона характеризуется следующими параметрами (рис.2.):

-тара вагона - Т, т;

-грузоподъемность вагона - Р, т;

-объем кузова - V, м³

-длина вагона по осям сцепления - 2L_o6., м;

-внутренняя длина вагона - 2L_в., м;

-ширина кузова вагона - 2В, м;

-внутренняя ширина кузова вагона - 2В_в., м;

-площадь пола вагона - F, м²;

-длина консольной части вагона - n_к, м;

-база вагона - 2l, м;

-вылет автосцепки - а_а, м;

-толщина торцевой стены - а_т, м;

-толщина боковой стены - а_б, м;

-число осей (осность) вагона - m₀.

Рис. 2 Линейные параметры грузового вагона.

Габарит 02-ВМ;

Норма осевой нагрузки Р₀=24,5 т/ось;

Норма погонной нагрузки q_п=9,5 т/м;

Число осей m₀=4

Таблица 3.1

Груз	Доля в грузообороте	Удельный объем груза, м3/т	Дальность перевозок, км
1 Сырая нефть	0,5	1,0	2000
2 Приволжская нефть	0,4	1,2	3000
3 Западно-Сибирская нефть	0,1	1,4	4000

Последовательность расчетов технико-экономических параметров следующая:

Определяем минимально допустимую длину вагона по выражению

.

Длина вагона полуученая по результатам вычислений 2L_об=12,215м.

Определяем наружную длину вагона по раме

где: а_а- вылет автосцепки (а_а=0,565м)

Определяем внутреннею длину кузова вагона:

Определяем базу вагона:

= 7,839 м

Определяем длину консольной части вагона:

= 1,623 м

3. Вписывание вагона в габарит

цистерна вагон железнодорожный грузовой

Рис. 3.1 Габарит подвижного состава 02-ВМ

Максимально допускаемая ширина строительного очертания кузова вагона на некоторой высоте Н над уровнем верха головок рельсов определяется по выражению

2В = 2(В_о-Е),

где: В - максимальная полуширина строительного очертания кузова вагона на рассматриваемой высоте Н;

Во - полуширина заданного габарита подвижного состава на той же высоте H (см. табл. 3.5);

Е - ограничение полширины кузова вагона для одного из рассматриваемых сечений: направляющего - Ео, внутреннего - Ев или наружного - Ен.

Ограничения полуширины габарита для сечений кузова вагона вычисляют по выражениям:

- для направляющего (шкворневого) сечения

- для внутреннего (по середине вагона) сечения

-

для наружного (в конце кузова) сечения

где: S к - максимальная полуширина колеи в кривой расчетного радиуса,

S к= 770,5 мм;

dг- максимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колес, d г= 744,5 мм;

S к - dг =26 мм;

q - наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении рамы тележки относительно колесной пары вследствие зазоров при максимальных износах в буксовом узле и узле сочленения рамы тележки с буксой, мм;

w- наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении кузова относительно рамы тележки вследствие зазоров при максимальных износах и упругих колебаний в узле сочления кузова и рамы тележки, мм;

q -w = 31 мм;

2l- база вагона, м;

n- расстояние от рассматриваемого поперечного сечения вагона до его ближайшего направляющего сечения, м; 1000

2В = 2(В_о-Е_мах).

, где l_T = 0,925 - полубаза тележки

К₂ = 2

К₃ = 0

К = 75

На рис.1.3. представлена схема определения строительного очертания вагона по вписыванию его в заданный габарит.

E_н=Е_max E₀ E_B

Рис. 3.2 Схема определения строительного очертания вагона по результатам исследования

Максимально допускаемая ширина строительного очертания кузова вагона на некоторой высоте Н над уровнем верха головок рельсов определяется по выражению

2В=2(1575-35,305)=3079 мм

Внутренняя ширина кузова равна

2Вв=2В-2а_б

D_B=2B_B=3079-2*11=3057 мм

В дальнейших расчетах примем диаметр котла равный D=3000 мм.

Вычисляем геометрический объем котла вагона по выражению:

Определяем тару вагона:

где: n₀ - составляющая тары вагона независящая от длинны самого вагона

(n₀=16,5 т) - масса тары стандартной платформы, на которую устанавливается котел.

n₁ - составляющая тары вагона зависящая от длинны цилиндрической части цистерны (n₁=1,2 т/м)

Определение грузоподъемности вагона:

Определение статической нагрузки:

= 68,3 т

= 70,07

= 58,4

= 50,05

Определение средней статической нагрузки:

;

Определение средней динамической нагрузки:

;

Определение технико-экономических параметров вагона:

- средний погрузочный коэффициент тары.

- - величина средней погонной нагрузки.

4. Расчёт оси колёсной пары

Расчёты по оценке прочности осей менее сложны, чем расчёты колёс, и потому более отработаны. «Нормы» рекомендуют два подхода к расчёту осей при их проектировании или экспертизе на случай соответствия оси предполагаемым условиям эксплуатации. Как принято считать, наиболее прогрессивный - вероятностный метод расчёта, в котором оценочными критериями служат коэффициент запаса усталостной прочности оси по отношению к её пределу усталости и вероятность безотказной работы. Другой метод - так называемый условный. В нём оценка прочности осуществляется по допускаемым напряжениям. Будем применять этот метод, ввиду его простоты.

Суть условного метода заключается в том, что в качестве расчётной нагрузки принимается вертикальная статическая нагрузка Р₀ на обе шейки оси от массы брутто вагона и боковая горизонтальная нагрузка как доля 0.25 от вертикальной, приложенная в центре тяжести кузова, расположенном от центра оси на расстоянии h = 1450 мм.

Из условий равновесия оси, рассматриваемой как двухконсольная шарнирно опёртая балка, определяются изгибающие моменты в трёх расчётных сечениях - шейка оси у внутренней галтели, подступичная часть в плоскости круга катания и середина оси.

Исходные данные для расчёта:

Т = 28,3 т; m_кп = 1230 кг = 1.23 т;

Р = 69,7 т; m₀ = 4;

2b₂ = 2036 мм = 2,036 м; 2s = 1580 мм = 1.58 м;

l₁ = 190 мм = 0,19 м; l₂ = 228 мм = 0,228 м;

h - расстояние от оси колёсной пары до центра тяжести вагона, равное 1450 мм.

Р₀ - статическая нагрузка на ось от веса брутто вагона

кг.

Прикладываемые силы вызывают нагружение:

левой шейки оси

кг;

правой шейки оси

кг.

Вертикальные опорные реакции без учёта веса колеса:

левая опорная реакция

правая опорная реакция

Моменты и напряжения в сечениях:

Диаметры оси:

шейки d₁ = 130 мм;

подступичной части d₂ = 194 мм;

средней части d₃ = 172 мм

Допускаемые напряжения:

кг м,

где l1 - допустимый износ по длине шейки;

кг/м² = 103,74 МПа < [у_ш] = 120 МПа;

кг м;

кг/м² = 148,48 МПа < [у_п.ч.] = 165 МПа;

кг м;

кг/м² = 120,26 МПа < [у_ср.ч.] = 155 МПа.

Вывод: Ось удовлетворяет условиям прочности по допускаемым напряжениям.

5. Расчет комплекта 2-х рядных пружин

Т=28,3 т	Q=69,7 т	m=5	fст=0,05 м	Кзп=2	[]=7500 кг/см2

= 3,2 т

определяем коэффициент кривизны витков

= = 1,293

= = 3,749 см

см

кг/см² - модуль упругости при сдвиге

кг/см²

диаметр прутка наружной пружины

принимаем d_H = 3,2 см

диаметр прутка внутренней пружины

принимаем d_B = 2 см

средний диаметр пружины

= 16 см

= 10 см

число рабочих витков

= 5,5

= 8,86

высота пружин в свободном состоянии

= 25,8 см

= 24,72см

Для выравнивания высот наружной и внутренней пружин необходимо предусмотреть шайбу (под внутреннюю пружину) толщиной 25,8 - 24,72 = 1,08 см

жесткость пружин

= 182,3 кг/см - внутренняя пружина

= 469,9 кг/см - наружная пружина

6. Оценка показателей хода спроектированного вагона

КДВ - коэффициент вертикальной динамики

где:

₀ = 0.01 м - амплитуда неровности

с^-1 - частота вынужденных колебаний

с^-2

V = 120 км/ч = 33.3 м/с - конструктивная скорость

L_P = 25 м - длина рельса

частота собственных колебаний

m- масса обрессоренных частей вагона

= 88160кг

С = 16576 кг/см = 16261056 H/м - суммарная вертикальная жесткость рессорного подвешивания

184,45 с^-2

отношение коэффициента вязкого трения к критическому значению коэффициента трения

Х₀ = ₀ = 0,01 м - амплитуда колебаний

= 86485 кг - сила трения в гасителях колебаний

= 0,55

= = 1.31 см

= 0,39

Вывод: К_ДВ < 0,6, что говорит об отличном показателе хода

- амплитуда вертикальных ускорений

= 0,92 м/с²

- амплитуда вертикальных ускорений в долях от g

Вывод: < 0.2, что говорит об отличном показателе хода

С - показатель плавности хода

параметр плавности хода

техническая частота

= 1,334 с^-1

= 0,09 м³/с⁵

показатель плавности хода

где:

К - коэффициент, учитывающий влияние частоты и направление колебаний на утомляемость пассажиров

К 0.9

= 3,04

Вывод: С < 4, что удовлетворяет показателю плавности хода для грузового вагона

Расчет коэффициента запаса устойчивости колеса от вкатывания на головку рельса

где:

= 60^о - угол наклона образующей гребня колеса к горизонтальной оси

Р_В1 - вертикальная реакция набегающего колеса на головку рельса

Р_В2 - вертикальная реакция ненабегающего колеса на головку рельса

Р_б - горизонтальная реакция набегающего колеса на головку рельса

Q_Ш - нагрузка, приходящуюся на одну шейку оси от обрессоренных масс вагона

q_КП - масса необрессоренных частей вагона, приходящихся на колесную пару

,

где n - число осей в тележке; n = 2

= 2,02 т

,

где m₀ - число осей в тележке; m₀ = 4

= 2,53 т - считаем для порожнего вагона

L = 1.555 м - расстояние между точками контакта колес с рельсами

a₁ = 0.264 м - расстояние от точки контакта ненабегающего колеса до середины шейки оси

a₂ = 0.217 м - расстояние от точки контакта набегающего колеса до середины шейки оси

- среднее значение коэффициента вертикальной динамики

= 0,2925

- среднее значение коэффициента динамики боковой качки

= 0,0975

Н_Р - среднее значение рамной силы

где:

= 0,003 - коэффициент, принимаемый согласно "Нормам", равным 0,003 (для грузовых вагонов на безлюлечных тележках)

= 7,075 т/ось - фактическая осевая нагрузка

= 0,827 т

= 2,81т

= 2,76 т

= 1,52 т

= 1,9

Валкость кузова

, где h_Ц = 1,5 м

Список используемой литературы

Шадур Л.А. Вагоны.-М.: Транспорт,1973 - 440с.

Вершинский С.В. Данилов В.Н. Хусидов В.Д. Динамика вагона.-М.: Транспорт, 1991 - 360с.

Вершинский С.В. и др. Расчет вагонов на прочность - М.: «Машиностроение», 1971 - 432с.

Размещено на Allbest.ru

...