Пассажирская тележка в габарит 1-ВМ

4.4.2 Колесная пара с буксовыми узлами

Колесная пара (чертёж ДП. МВ-51. 0001. 2010. 03 СБ) состоит из оси 1, колес 2, тормозных дисков 3 и буксовых узлов 4. Ось колесной пары имеет две шейки, две предподступичные части, две подступичные части, два посадочных места для установления тормозных дисков и средней цилиндрической части. На торцах оси предусмотрены резьбовые отверстия для крепления торцевой шайбы. Для повышения усталостной прочности ось подвергнута упрочнению накатыванием роликами.

Колесная пара в соответствии (см. чертеж ДП. МВ-51. 0001. 2010. 03 СБ) оборудована редуктором 32 квт.

Колеса цельнокатаные диаметром круга катания 957 мм, профилем поверхности катания по ГОСТ 9036-88 из стали марки 1 по ГОСТ 10791 или с содержанием углерода 0, 44 - 0, 52%. Посадка колес на ось прессовая. Тормозные диски в соответствии состоят из стальной ступицы выточенной из осевой стали и напрессованной на ось, и венца из стали 20X13 ГОСТ 5632-72. Посадка колес на ось - прессовая.

Колесо имеет обод, диск ступицу. Профиль поверхности катания характеризуется гребнем и конической поверхностями с конусностями 1: 10 и 1: 3, 5.

Буксовый узел (см. чертёж ДП. МВ-51. 0001. 2010. 04. 00 СБ) состоит из корпуса буксы 1, кассетного двухрядного подшипника 20 с размерами 230 х 130 х 150 с коническими роликами с прессовой посадкой внутренних колец на ось, задней 4 и передней 3 крышек, фиксирующих внутренние кольца подшипника на шейке оси в осевом направлении. Посадка задней крышки на предподступичную часть оси прессовая. Передняя крышка фиксируется на оси шайбой 18 и болтами 16, стопорящимися стопорной шайбой 4, поджимая внутренние кольца подшипника.

Для предотвращения попадания влаги и пыли на дорожки качения подшипника имеются выполненные на задней и передней крышках кольцевые канавки, в которые вставлены кольца 5, и в паре с кожухами 6, вставленными в наружное кольцо подшипника, образующие лабиринтное уплотнение подшипника.

Наружное кольцо подшипника фиксируется в корпусе буксы при помощи задней 7 и передней 8 крепительных крышек, поджимаемых к корпусу буксы болтами 15. Буксовые узлы разделяются на левый и правый.

Правым считается буксовый узел, на котором под верхними болтами передней крепительной крышки установлены бирки с нанесенной на них маркировкой. Правые буксовые узлы закрываются с помощью болтов смотровой крышкой.

Как вариант, на переднюю крепительную крышку 8 левого буксового узла установливаем с помощью 2-х винтов осевой датчик 10, который взаимодействует с диском 11, закрепляемым на торце оси между фланцем 13 и шайбой 19 на специальной бобышке, поджатой болтами 16. Размер А (3, 7мм) регулируется фланцем 13 или пластинами, устанавливаемыми под осевой датчик 10. Передача крутящего момента от оси на датчик скольжения осуществляется при помощи поводка, установленного на специальных болтах, крепящих переднюю крышку подшипника.

Датчики служат для регулирования работы дискового тормоза с целью предотвращения юза колесной пары, чем достигается защита поверхностей катания колёсных пар от повреждений, повышение безопасности движения и увеличение эффективности торможения, а также для измерения текущей скорости движения, в том числе определения достижения пороговых значений скорости для целей эффективного управления магниторельсовым тормозом (МРТ) и системой закрывания (блокирования) дверей.

Датчики вырабатывают 240 импульсов за каждый полный оборот колёсной пары с частотой прямопропорциональной угловой скорости колёсной пары. Они устанавливаются через паронитовые прокладки на буксы колёсных пар вагона так, чтобы плавающая муфта датчика вошла в надёжное зацепление с присоединительными пальцами колёсной пары вагона.

Осевой датчик соединяются с электрической схемой вагона специальными присоединительными кабелями длиной 0, 5 м., входящим в состав датчиков, и имеющими снаружи металлическую защиту выполненную из нержавеющей плетёнки.

В целях повышения устойчивости датчика к механическим воздействиям корпуса и крышки выполнены из чугуна с существенным утолщением наружных поверхностей.

Осевой датчик соединяют с электрической схемой вагона специальными присоединительными кабелями длиной 0, 5 м., входящими в состав датчиков, и имеющими снаружи металлическую защиту выполненную из нержавеющей плетёнки.

Каждый датчик имеет два канала (один основной и один резервный), что повышает надёжность защиты колесных пар от повреждений.

Диапазон скоростей эффективной работы осевого датчика от 0, 2 км/час до 300 км/час.

Для предотвращения попадания влаги и грязи в буксовые узлы между крепительными и смотровыми крышками и корпусом буксы устанавливается уплотнительная прокладка 20.

С целью исключения несанкционированного проникновения в буксовые узлы по одному болту на передних крепительных крышках и смотровой или датчике скольжения каждого буксового узла обвязываются проволокой и пломбируются. Буксовое подвешивание является первичной ступенью рессорного подвешивания тележки и предназначено для передачи нагрузок от рамы тележки колесную пару.

4.4.3 Подвешивание буксовое

Подвешивание буксовое является первичной ступенью рессорного подвешивания тележки и предназначено для передачи нагрузок от рамы тележки на колесную пару.

Буксовое подвешивание в соответствии с (см. чертёж ДП. МВ-51. 0001. 2010. 05. 00 СБ) состоит: из двухрядного комплекта винтовых цилиндрических пружин 1 с оттянутыми и поджатыми опорными витками, гнезда опорного 2, устанавливаемого сверху на корпусе буксы и служащего для фиксации комплекта пружин на корпусе буксы, резиновой прокладки 3 для гашения высокочастотных колебаний и двух поводков 4 - для связи колесной пары с рамой тележки и передачи продольных и поперечных усилий. из четырёх комплектов.

Поводки буксовые устанавливаются в клиновые пазы кронштейнов буксы и рамы тележки и закрепляются болтами 8. Болты от самоотвинчивания стопорятся шайбами 9.

Как вариант, в буксовом подвешивании устанавливаем гидравлический гаситель колебаний 5. Буксовый гидравлический гаситель со штыревым креплением устанавливается в кронштейнах рамы и корпуса буксы в резиновых амортизаторах 6 и закрепляется с помощью шайб 12, гаек 10 и шплинтов 11.

В верхнем узле крепления гидравлического гасителя для предотвращения перетяжки резиновых амортизаторов устанавливается втулка 7, а для предотвращения ослабления затяжки резиновых амортизаторов 6 используются гайки 10 и шплинты 11.

Сила сопротивления гидравлического гасителя при скорости 0, 1 м/с - 3, 5 кН, при скорости 0, 25 м/с - 6, 5 кН.

4.4.4 Подвешивание центральное

Подвешивание центральное является вторичной ступенью рессорного подвешивания тележки и предназначено для передачи нагрузки от кузова вагона через надрессорный брус, комплекты пружин на раму тележки.

Центральное подвешивание показанное на листе ДП. МВ-51. 0001. 2010. 06. 00 СБ выполнено безлюлечным с однорядными цилиндрическими винтовыми пружинами 1, вертикальными 2 и горизонтальными 3 гидравлическими гасителями колебаний и служит для демпфирования вертикальных и горизонтальных колебаний кузова вагона.

Для реализации момента трения в опорных скользунах и для предотвращения сдвигающих (продольных) усилий служат продольные поводки 4. Для ограничения прогиба использованы сварные опоры 5 с амортизирующими подкладками, установленными внутри пружин.

Пружины при установке должны быть ориентированы таким образом, чтобы средняя линия между началом верхнего и нижнего опорных витков пружины располагалась вдоль поперечной оси тележки.

Для фиксирования надрессорного бруса относительно рамы тележки перед подкаткой под вагон служит стяжное устройство, состоящее из двух серег 6, осей 7 и элементов крепления. Пружины 1 при этом должны быть подвергнуты предварительному сжатию до совпадения паза серьги с отверстиями в проушинах на раме тележки.

Гидравлические гасители колебаний, устанавливаемые в центральном подвешивании тележек, способствуют обеспечению необходимой плавности хода вагона, снижает воздействие подвижного состава на железнодорожный путь, уменьшают износ деталей тележки, способствуют безопасности движения.

4.4.5 Гидравлический гаситель колебаний

Гидравлический гаситель колебаний представляет собой поршневой

телескопический демпфер двухстороннего действия, развивает усилия сопротивления на ходах сжатия и растяжения.

В соответствии с чертежом ДП. МВ - 51. 0001. 2010. 00 СБ гаситель состоит из цилиндра 1, в котором перемещается шток с поршнем и клапаном. В нижнюю часть цилиндра запрессован корпус с клапаном 2, а верхнюю вставлен шток 3, который уплотнен направляющей буксой 4 и сальниковым устройством, состоящим из обоймы 5 и каркасной манжеты 6. Гайка 7 фиксирует положение деталей гасителя и одновременно через обойму разжимает резиновое кольцо 8, которое уплотняет корпус гасителя 9. К тележке гаситель крепится через верхнюю 10 и нижнюю 11 головки. На верхней головке болтами 13 крепится защитный кожух 12. Стопорение штока с верхней головкой осуществляется винтом 14.

Принцип работы гидравлического гасителя заключается в последовательном перемещении рабочей жидкости поршнем через рабочие клапаны одностороннего действия. При прохождении рабочей жидкости через щели возникает вязкое трение и происходит превращение механической энергии колебательного движения вагона в тепловую и передача ее в окружающую среду.

При ходе поршня вверх давление рабочей жидкости в надпоршневой полости 15 повышается, диск клапана в поршне прижимается к посадочным пояскам корпуса и жидкость с большим сопротивлением дросселирует через щелевые каналы, расположенные на наружном пояске, в подпоршневую полость 16. Однако, давление в подпоршневой полости все равно снижается, так как освобождающийся объем под поршнем больше объема продросселировавшей жидкости. Свободный объем под поршнем заполняется за счет образовавшегося разряжения путем всасывания жидкости из запасного резервуара через канавку в нижней головке, калиброванные отверстия клапана и пазы дистанционного кольца.

При ходе поршня вниз давление рабочей жидкости в подпоршневой полости повышается, диск нижнего клапана прижимается к посадочным пояскам корпуса и часть жидкости с большим сопротивлением дросселирует через щелевые каналы в запасной резервуар. Одновременно, при этом ходе давление жидкости в над

4.4.6 Брус надрессорный

Надрессорный брус (см. чертёж ДП. МВ-51. 0001. 2010. 08. 00СБ) представляет собой сварную коробчатую конструкцию. В средней части верхнего опорного листа 1 бруса приварено кольцо 2 и втулка 3, посредством которых тележка связана через шкворень с пятником кузова вагона. По концам бруса приварены цилиндрические обечайки 4 и кольца 5 для установки и фиксации пружин, кронштейны 6 поводков и кронштейны 7 для горизонтальных гасителей.

К верхнему опорному листу приварены также два основания 8 для установки рамок 9 под опорные скользуны, а также кронштейны 10 для установки вертикальных гасителей.

К нижнему листу 11 приварены упоры 12, на которые закрепляются при помощи болтов, гаек, шайб и шплинтов коробки скользуна 13 с амортизаторами и вставками. Данные упоры ограничивают поперечное перемещение бруса.

Упоры 14 ограничивают продольные перемещения.

4.4.7 Тормоз тележки

Взамен традиционного колодочного применен более эффективный дисковый тормоз. На каждой колесной паре в средней части оси запресовываются две ступицы, на которых через втулки и болты закрепляются рабочие «венцы» тормозных дисков, изготовленные из нержавеющей стали 20Х13. К каждому диску на кронштейнах рамы устанавливается клещевой механизм с башмаками, колодками и тормозным цилиндром со встроенным регулятором, устанавливающим постоянный зазор между тормозными накладками из металлокерамики и диском.

Неэффективность колодочного тормоза вагона, связанная прежде всего с большим количеством рычагов, тяг и шарнирных соединений как на тележках, так и под самим вагоном (общее количество более 160 шарниров) в дисковом тормозе заменена механизмом с тремя шарнирами (на вагон 24 шт.), что значительно увеличило надежность и эффективность работы тормоза и, кроме того, устранило воздействие тормозных колодок на поверхность катания колес, приводящее иногда к нарушению работоспособности колпары.

Рабочее торможение осуществляется дисковым тормозом состоящим из тормозных блоков закрепленных при помощи болтовых, соединений к кронштейнам поперечных балок рамы тележки.

Тормозные блоки состоят из корпусов, закрепленных на них тормозных цилиндров. Внутренние рычаги клещевых механизмов шарнирно связаны соответственно со штоком и корпусом тормозного цилиндра 670ГС-1 продольными тягами.

Тормозные цилиндры предназначены для прижатия тормозных накладок к тормозному диску посредством передачи тормозного усилия к ним через тягу и клешневые механизмы и автоматического регулирования постоянной величины суммарного зазора между накладками и поверхностями тормозного диска по мере их износа.

Тормозной цилиндр 670ГС-1 снабжен встроенной системой АТС автоматического торможения, предназначенной для аварийного торможения при отсутствии воздуха в тормозной магистрали вагона.

5 Расчет оси колесной пары вероятностным методом на ЭВМ

5.1 Назначение расчета и постановка задачи исследования

Вероятностный метод используется для расчета новой оси колесной пары при ее проектировании или оценке прочности существующей оси при намечаемом изменении условий ее нагружения в эксплуатации.

В качестве основного критерия оценки прочности оси по этому методу расчета принимается величина допускаемого коэффициента запаса усталостной прочности, в качестве дополнительных - допускаемые значения напряжений (при оценке статической прочности) и нормативные значения вероятности безотказной работы (при оценке надежности).

Последовательность расчета оси вероятностным методом:

- определение расчетных сил;

- оценка статической прочности;

- оценка усталостной прочности;

- оценка надежности.

В результате выполненных расчетов необходимо исследовать зависимость показателей, характеризующих статическую, усталостную прочность и надежность, от конструктивных особенностей оси и осевой нагрузки (веса вагона брутто).

Методика расчета оси колесной пары вероятностным методом

При расчете оси учитываются следующие основные силы, действующие на колесную пару (рисунок 5. 1) :

- вертикальные Р1 и P2, передающиеся на шейки оси;

- боковые Н1, Н2 и Н;

- вертикальные инерционные Рн1,, Рн2, Рнк и Рнс

Рассмотрим методику их определения.

Вертикальные расчетные силы, передающиеся:

а) на левую шейку оси -

Р1= Рст + Рд + Рц + Рв, (5. 1)

б) на правую шейку оси -

Р2= Рст - Рц - Рв, (5. 2)

где Рст - вертикальная статическая сила груженого вагона (брутто), приходящаяся на шейку оси, кН;

Рд - вертикальная динамическая сила от колебаний кузова на рессорах, кН;

Рц - вертикальная составляющая на шейку оси от действия центробежной силы, кН;

Рв - вертикальная составляющая на шейку оси от действия ветровой нагрузки, учитываемая при расчете только оси пассажирского вагона, кН. Для оси грузового вагона Рв = 0.



Р и с у н о к 5. 1 - Схема сил, действующих на колесную пару

Вертикальная статическая сила на шейку оси

, (5. 3)

где Рбр - вес вагона брутто, кН;

mо- осность вагона;

mкп - масса колесной пары, т;

mш - масса консольной части оси (от торца оси до плоскости круга катания, т)

g - ускорение свободного падения; g =9, 81 м/с;

л - коэффициент использования грузоподъемности вагона: дня пассажирских вагонов л =1, для грузовых и изотермических - л =0, 9.

Вес вагона брутто;

- грузового

Рбр = mоро. (5. 4)

- пассажирского

(5. 5)

где ро - допускаемая осевая нагрузка, кН;

Т- масса пассажирского вагона с экипировкой, т;

nпас - расчетная максимальная населенность вагона;

mпас - средняя масса одного пассажира с багажом; mпас = 0, 1 т.

Величины Т и nпас для существующих конструкций пассажирских вагонов.

Вертикальная динамическая сила от колебаний кузова на рессорах

Рд = РстКдв, (5. 6)

где Кдв - коэффициент вертикальной динамики;

(5. 7)

лв - величина, зависящая от оснасти вагона: для 4-осных грузовых, изотермических и пассажирских вагонов лв = 1; для 6-осных грузовых - лв = =0, 9; для 8-осных грузовых- лв =0, 8;

А - величина, зависящая от типа вагона и гибкости рессорного подвешивания: для грузовых вагонов - А= 0, 03, изотермических - А = 0, 05, пассажирских - А = 0, 06;

В - величина, зависящая от типа вагона: для грузовых вагонов В = 6, 0 ·10?4изотермических - В= 5, 5. 10 -4, пассажирских - В= 5, 0. 10-4;

Н - расчетная скорость движения вагона, м/с: для осей грузовых вагонов принимается н = 25 м/с (90 км/ч), изотермических - н = 28 м/с (100 км/ч), пассажирских н = 40 м/с (144 км/ч), для конструктивной скорости 160 км/ч;

ѓcт - статический прогиб рессорного подвешивания, м: для тележек и грузовых вагонов ѓcт = 0, 045... 0, 065 м, изотермических - ѓcт = 0, 08…0, 12 м, пассажирских для скоростей движения до 45 м/с (160 км/ч) ѓcт = 0, 20... 0, 25 м, для скоростей до 55 м/с (200 км/ч) и более - ѓcт = 0, 25... 0, 30м.

Вертикальная составляющая от центробежной силы при прохождении вагоном кривых

(5. 8)

где гц - допустимое непогашенное центробежное ускорение вагона в кривой;

гц - 0, 07g;

hц - расстояние от продольной оси колесной пары до центра тяжести полностью загруженного вагона за вычетом веса колесных пар. м. Значения величин hц для основных типов вагонов. В предварительных расчетах рекомендуетcя принимать hц = 1, 7 м - для пассажирских вагонов, hц = 2, 0 м - для грузовых и изотермических;

2 l - расстояние между точками приложения вертикальных расчетных сил Р1 и Р2 к шейкам оси, м; 2 l = 2, 036 м.

Вертикальная составляющая от давления ветра на боковую поверхность вагона (для пассажирских вагонов)

(5. 9)

где - давление ветра, приходящееся на одну колесную пару, кН;

(5. 10)

Нв - давление ветра на боковую поверхность вагона, кН; Нв= щFк;

щ - удельное давление ветра; щ = 0, 5 кН/м;

Fк - площадь боковой проекции кузова на вертикальную продольную плоскость симметрии вагона, м2; Fк = 2Lн Нкз;

2Lн - длина кузова по концевым балкам, м;

Нкз - наружная высота кузова, м;

hв - расстояние от продольной оси колесной пары до точки приложения равнодействующей ветровой нагрузки, м. Для пассажирских вагонов hв можно принимать равной 2, 26 м.

Вертикальные силы Р1, и Р2, рассчитанные по формулам (5. 1) и (5. 2), прикладываются соответственно к левой и правой шейкам оси на расстоянии l от ее середины. l =1, 018м.

Горизонтальные (боковые) силы от центробежной силы и давления ветра

вместе с усилиями взаимодействия колес с рельсами при движении вагона по кривой приводятся к следующим силам:

1) поперечной составляющей силе трения, возникающей в месте контакта правого колеса с рельсом,

Н2= µRв (5. 11)

2) поперечной рамной силе (реакции рамы тележки)

(5. 12)

3) боковому давлению, приложенному к колесу, движущемуся по наружному рельсу кривой (горизонтальной реакции наружного рельса),

Н1= Н + Н2, (5. 13)

где µ - расчетный коэффициент трения скольжения колеса по рельсу в поперечном направлении; µ = 0. 25;

Rв - вертикальная реакция внутреннего рельса от суммарной расчетной нагрузки (см. формулу (5. 27)) ;

Кг - коэффициент горизонтальной динамики;

Кr =лгд (40+Fн), (5. 14)

лг - величина, зависящая от осности вагона: для 4-осных грузовых, изотермических и пассажирских вагонов лг = 1, 0; для 6-осных грузовых - лг = 0, 9; для 8-осных грузовых - лг = 0, 8;

д, F - величины, зависящие от типа вагона: для грузовых вагонов д = 1, 0 ·10?3 и F = 3, 9; для изотермических - д = 0, 95* 10?3 и F =3, 9; для пассажирских- д = 0, 9·10?3 и F =3, 8.

Вертикальные инерционные силы:

а) на левую шейку

Рн1= m1ј1, (5. 15)

б) на правую шейку

Рн2= m2ј2, (5. 16)

в) от левого колеса на рельс

Рнк = mкjк, (5. 17)

г) на среднюю часть оси

Рнс = mсjс, (5. 18)

где m1, m2 - масса необрессоренных частей, опирающихся на левую и правую шейки соответственно, включая собственную массу шейки, т;

m1 = m2 = mш + mб + mнч (5. 19)

mш - масса консольной части оси, т;

mб - масса буксы и жестко связанных с ней необрессоренных деталей,

mнч - масса необрессоренных частей, опирающихся на буксу, т: для

тележки грузового вагона с центральным подвешиванием-половина

массы боковой рамы; для тележки пассажирского вагона - половина массы пружин, опирающихся на буксу, а также массы укрепленных на буксе карданного привода генератора, противогазного устройства и других частей (при их наличии) ;

mк - масса колеса, т;

mс - масса средней части оси (между кругами катания), т;

j1, j2, jк, jс - соотсветственнно ускорения левого и правого буковых узлов, левого колеса и средней части оси, м/с2.

В расчете принимаются два условия:

- наличие вертикального ускорения одного колеса (левого) и отсутствие ускорения другого (правого), т. е. условие, обычно возникающее при движении колесной пары по неровностям пути;

- изменение ускорений по длине оси производится по линейному закону. Поэтому, вычислив одно из них (j1), по графику изменения ускорений можно определить все остальные.

Ускорение левого буксового узла определяется по эмпирической формул

где D - коэффициент, зависящий от типа вагона и скорости движения; для грузовых, изотермических и пассажирских вагонов с конструкционной

скоростью 33-39 м/с (130-140 км/ч) D = 130, для пассажирских вагонов с конструкционной скоростью 39-45 м/с (140-160 км/ч) D = 115;

1000 - множитель для перевода массы в килограммы;

mнк - масса необрессоренных частей, приходящаяся на рельс, т;

mнк = 0, 5mкп + mб + mнч, (5. 21)

Ускорение:

- левого колеса

(5. 22)

- правого буксового узла

(5. 23)

- средней части оси

jс = jк /2, (5. 24)

где 2s - расстояния между кругами катания колесной пары; 2s = 1, 58 м;

l3 - расстояние от точки приложения вертикальной расчетной силы Р1 к шейке оси до плоскости круга катания; l3 = 0, 228 м.

Вертикальные реакции наружного Rн и внутреннего Rв рельсов от расчетных сил определяются из условий равновесия колесной пары (см. рисунок 5. 1) :

УМА = 0; УМв = 0; (5. 25)

(5. 26)

(5. 27)

где rк, rш - соответствуют радиусу колеса и шейки оси, м.

Расчетные силы и сечения оси колесной пары

Расчетная схема оси (рисунок 5. 2) представляет собой балку, которая опирается на две опоры, лежащие в плоскости круга катания.

Р и с у н о к 5. 2 - Расчетная схема и положение расчетных сечений

Вместо удаленных колес в опорных местах оси прикладываются силы Н1, Н2 и моменты:

а) на левой опоре

Мл = Н1rк - (1 - в) Рн1 (е1 + l3), (5. 28)

б) правой опоре

Мп = Н2rк,, (5. 29)

где в - коэффициент передачи инерционных нагрузок (буксового узла) на внутренние сечения оси (между кругами катания колес) ; в = 0, 7.

Таким образом, моменты Мл и Мп получаются при переносе горизонтальных сил Н1 и Н2, действующих в точках контакта колес с рельсами, в опорные части оси. Кроме того, учитывается, что в -я часть момента от инерционной силы буксового узла Рн1 воспринимается осью, а (1- в) -я - диском колеса за счет его упругости. Поэтому при определении момента Мл учитывается (1- в) -я часть момента Рн1, воспринимаемая диском колеса.

Вертикальные реакции в опорах оси Rc и RD определяются из условия равновесия оси (см. рисунок 5. 2) :

УМс = 0; УМD = 0; (5. 30)

(5. 31)

(5. 32)

В связи с тем, что ось имеет переменное по длине сечение, определение

напряжений и оценку прочности ее производят для следующих наиболее загруженных расчетных сечений (см. рисунок 5. 2) :

1-1 - по шейке оси по внутренней кромке кольца заднего подшипника (начало разгружающей канавки). Сечение 1-1 находится на расстоянии у) от точки приложения вертикальной расчетной силы Р1; l1 = 0, 072 м;

2-2 - по шейки оси на расстоянии а от торца предподступичной части. Для осей с галтелями по ГОСТ 22780-93 а рекомендуется принимать равным 10 мм.

Это значение может быть определено и расчетным путем по формуле а = (2/3) t. Здесь t - длина участка от торца предподступичной части до точки сопряжения цилиндрической поверхности разгружающей канавки и поверхности галтели с радиусом 25 мм. Сечение 2-2 находится на расстоянии; от точки приложения вертикальной расчетной силы Р1; = 0, 090 м;

3-3 - по подступичной части в плоскости круга катания. Сечение 3-3 находится на расстоянии l3 от точки приложения вертикальной расчетной силы Р1; l3 = 0, 228м;

4-4 - по середине оси. Сечение 4-4 находится на расстоянии l от точки приложения вертикальной расчетной силы Р1; l = 1, 018 м;

5-5 - по галтели средней части оси на расстоянии с от конца подступичной части, с = (2/3) d. Здесь d - длина участка от конца подступичной части до точки сопряжения галтели со средней частью.

Для осей с конической средней частью без переходной галтели сечение 5-5 рекомендуется принимать на расстоянии 10 мм от конца подступичной части. Сечение 5-5 находится на расстоянии l5; от точки приложения вертикальной расчетной силы Р1. В целом величина l5; зависит от варианта конструктивного исполнения оси.

Оценка статической прочности оси

Оценка статической прочности оси производится по условию

уЯ ? [уЯ], (5. 33)

где уЯ - расчетное значение нормальных напряжений для Я - го сечения, Я=1, 5;

[уЯ] - то же допускаемое значение.

Нормальные напряжения в расчетных сечениях оси, МПа:

- от расчетных сил

(5. 34)

-от вертикальной статической силы

(5. 35)

где МЯ, МстЯ - изгибающие моменты в Я -м расчетном сечении соответственно от

расчетных сил и от вертикальной статической силы Рст, кН•м;

WЯ - момент сопротивления изгибу Я -го расчетного сечения, м3;

103- множитель для перевода напряжений в мегапаскали.

Изгибающие моменты в расчетных сечениях определяются по следующим формулам:

- от расчетных сил

М1 = Р1l1 +Рн1 (е1 + l1) + Нrш,

М2 = Р1l2 +Рн1 (е1 + l2) + Hrш,

М3 = Р1l3 +Рн1 (е1 + l3) + Нrш + Мл, (5. 36)

М4 = Р1l + Рн1 (е1 + l) + Нrш + Мл - Rcs + Pнсl6,

М5 = Р1l5 +Рн1 (е1 + l5) + Нrш + Мл - Rc (l5 - l3),

- от вертикальной статической силы Рст

Мст1 = Рстl1,

Мст2 = Рстl2, (5. 37)

Мст3 = Мст4 = Мст5 = Рстl3,

где l1,..., l6, s - расстояния, показанные на рисунке 5. 2.

Моменты сопротивления изгибу расчетных сечений оси:

- сплошной

(5. 38)

- полой

(5. 39)

где dЯ - диаметр оси в Я-м расчетном сечении, м;

dоЯ - диаметр полости в Я -м расчетном сечении, м.

Коэффициенты перегрузки расчетных сечений оси:

- максимальные значения

бmaxЯ = уЯ /устЯ, (5. 40)

- минимальные значения

бmini = у-1Я /2устЯ, (5. 41)

где у-1Я - предел усталостной прочности материала оси в Я-м расчетном сечении.

Оценка усталостной прочности оси

Оценка усталостной прочности производится по условию

n i ? [n], (5. 42)

где ni - расчетный коэффициент запаса усталостной прочности в Я-м расчетном сечении.

[n] - допускаемый коэффициент запаса усталостной прочности.

Расчетный коэффициент запаса усталостной прочности в Я-м расчетном сечении

(5. 43)

где бmini - минимальное значение коэффициента перегрузки Я- го расчетного

сечения;

m - показатель степени в уравнении кривой усталости оси, зависящий от

свойств материала и технологии изготовления: для накатанной оси

принимается m = 18, для ненакатанной - m = 8;

N0 - базовое число циклов погружения оси для определения предела

выносливости у-1; = 108;

Nc -суммарное число циклов нагружения за срок службы оси для

среднесетевых условий эксплуатации: для осей грузовых вагонов Nc =

5•108, для осей пассажирских вагонов Nc = 10•108;

Ф (t) - нормированная интегральная функция нормального распределения;

(5. 44)

определяемая из таблицы приложения А для найденных значений

t =tmini и t = tmax. При этом Ф (-t) = Ф (t),

(5. 46)

sнЯ - среднее квадратическое отклонение логарифмов амплитуд напряжений;

, (5. 47)

t0 - число, определяющее границы доверительного интервала

статистического распределения: для осей грузовых и изотермических

вагонов t0 = 4, для пассажирских - t0 = 4, 5.

5. 3 Подготовка исходной информации для расчета оси на ЭВМ

Переменная исходная информация

К этой группе информации относятся исходные данные, характеризующие принятые условия проектирования. Они вводятся вручную с клавиатуры при выполнении каждого расчета. Структура рассматриваемого массива исходных данных приведена в таблице 5. 1.

Для подготовки численных значений величин, указанных в таблице 5. 1, необходимо прежде всего задаться типом вагона и вариантом конструктивного исполнения оси: сплошная или полая, с цилиндрической или конической средней частью, с торцовым креплением подшипников гайкой или шайбой и др.

Рекомендации по заданию р0 и Рбр. В зависимости от заданного типа вагона вводится величина или р0 (грузовой вагон), или Рбр (пассажирский вагон).

Т а б л и ц а 5. 1 - Переменная исходная информация, характеризующая принятые условия проектирования

Величина	Обозначение в программе	Размерн-ость	Наименование величены	Значение
Рбр	РВР	кН	Вес вагона брутто (для пассажирских вагонов)	640, 6
mкп	МКР	т	Масса колесной пары	1, 119
mш	МG	т	Массой консольной части оси (до круга катания)	0, 029
mс	MS	т	Масса средней части оси (между кругами катания)	0, 257
l5	L5	м	Расстояние от точки приложения вертикальной расчетной силы Р1 до расчетного сечения 5-5	0, 440
d3	D3	м	Диаметр расчетного сечения 3-3	0, 202
d4	D4	м	Диаметр расчетного сечения 4-4	0, 175
d5	D5	м	Диаметр расчетного сечения 5-5	0, 175
ѓст	FST	м	Статический прогиб рессорного подвешивания тележки	0, 225
hц	HC	м	Расстояние от продольной оси колесной пары до центра тяжести вагона	1, 7
hв	HV	м	Расстояние от продольной оси колесной пары до точки приложения равнодействующей ветровой нагрузки (для пассажирского вагона)	2, 26
F	F	м2	Площадь проекции боковой поверхности кузова вагона (для пассажирского вагона)	189, 7

6 Расчет колеса на устойчивость против схода с рельс

При разработке конструкции проектируемой тележки произведем расчет на устойчивость колеса против схода с рельс.

Согласно требованиям Норм должно обеспечиваться устойчивое движение колесной пары по рельсовому пути. Однако при неблагоприятном сочетании в эксплуатации большой поперечной силы взаимодействия набегающего рельса и малой вертикальной силы на это колесо возможно вкатывание (`вползание') гребня набегающего колеса на головку рельса, что приводит к сходу вагона с рельсов.

Критическое сочетание действующих на колесную пару поперечных и вертикальных сил может возникнуть в двух случаях:

- при движении вагона с конструкционной скоростью (в результате ударного входа вагона в кривую, проходе стрелок на боковой путь, интенсивном вилянии тележки при движении с максимальной скоростью по прямому участку пути) ;

- при экстренном торможении поезда.

Оценка устойчивости колеса против схода с рельса производится по условию

(6. 1)

где - расчетный и нормативный коэффициенты запаса устойчивости, для пассажирского вагона =2;

- коэффициент, равный

, (6. 2)

- угол наклона образующей гребня колеса горизонтальной оси, =650;

- коэффициент трения, ;

- вертикальная составляющая силы давления соответственно на набегающего и не набегающего колеса на головку рельса;

- горизонтальная составляющая силы давления набегающего колеса на головку рельса, действующая одновременно и .

Тогда

Вертикальная составляющая сила давления набегающего колеса на головку рельса в кН:

- набегающая колеса

, (6. 3)

- ненабегающего колеса

(6. 4)

Горизонтальная составляющая сила давления набегающего колеса на головку рельса

(6. 5)

где - осевая нагрузка,

Рбр - вес вагона брутто, Рбр= 590 кН;

Кд - коэффициент вертикальной динамики,

. (6. 6)

- среднее значение ,

(6. 7)

- коэффициент, равный для обрессоренных частей тележки, - коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке,

. (6. 8)

- число осей в тележке, =2,

- коэффициент, учитывающий тип ходовой части вагона, для пассажирско го вагона =0, 002,

- скорость движения вагона, =55м/с,

r - радиус колеса, r=0, 475м,

- статический прогиб рессорного подвешивания, =0, 24м,

- вес колесной пары, =11кН.

Тогда,

,

Расчетный коэффициент оказался больше нормативного, равного 2.

Следовательно, устойчивость колеса тележки при движении по рельсовому пути со скоростью =55м/с.

7 Расчет себестоимости и эффективности предлагаемых решений по совершенствованию тележки пассажирского вагона

Себестоимость является комплексным показателем, характеризующим использование затраченных материальных и трудовых средств, отражает рост производительности труда, степень использования основных фондов, повышение эффективности качества работы предприятия.

Снижение себестоимости продукции имеет большое народно- хозяйственное значение. Всемирное усилие хозяйственного расчета, строжайший режим экономии, бережливость, сокращение потерь, снижение себестоимости и повышение рентабельности производства, улучшение системы цен, достижение в интересах общества набольших результатов при наименьших затратах - непреложный закон хозяйственного строительства.

Себестоимость продукции отражает все стороны хозяйственной деятельности предприятия: организацию производственного процесса, использование техники, экономию сырья, топлива, материалов, электроэнергии и прочих затрат, а так же выполнение качественных показателей работы, повышающих экономическую эффективность производства.

Себестоимость продукции складывается из затрат, связанных с использование в процессе производства материалов, труда, топлива и энергии, основных фондов, а так же других затрат на его производство, реализацию и ремонт.

В соответствии с этим в себестоимость продукции включаются:

- затраты на подготовку и освоение производства, непосредственно связанные с производством продукции, обусловленные его технологией и организацией, включаются расходы на управление;

- затраты, связанные с совершенствованием производства, улучшением качества продукции и других эксплуатационных свойств;

- затраты на улучшение условий труда и техники безопасности, повышение квалификации работников и т. д.

В полную себестоимость товарной продукции включаются так же расходы на доставку и перевозку ее в транспортных средствах.

Необходимо учитывать, что внедрение новой технологии и организация ремонта, механизация и особенно автоматизация не только уменьшают общие размеры себестоимости, но и изменяют ее структуру. В ремонтных заводах фактические затраты на ремонт оборудования, электроэнергию, ремонт оснастки, инструмента, автоматизацию и некоторые другие затраты не подсчитывают на единицу продукции, а берут сумму этих расходов по всему цеху и делят пропорционально основной заработной плате рабочих по данному цеху. Исчисление по указанному методу (бухгалтерскому) ведет к получению несравнимых данных о себестоимости единицы продукции.

В связи с этим при подсчете себестоимости для решения вопроса об экономной эффективности следует применять расчетный метод калькуляции себестоимости расчетом и выводам полной себестоимости.

Экономической эффективности производства, новой техники и капитальных вложений отводится важное место в экономике железнодорожного транспорта. Она является критерием целесообразности создания и применения новой техники действующих предприятий, а так же мер по усовершенствованию производства и улучшений условий труда.

Экономическая эффективность качественных вложений и новой техники в общем виде определяется как соотношение между затратами и результатами, как итоговый синтетический интегральный показатель качества развития отрасли или предприятия.

Экономическая эффективность новой техники определяется теми же методами, что и эффективность капитальных вложений, то есть путем сопоставления затрат с полученным эффектом.

Железные дороги и другие государственные предприятия используют традиционную методику расчета экономической эффективности капитальных вложений и новой техники на железнодорожном транспорте, которая разработана исходя из народнохозяйственного подхода, из заинтересованности всего общества в росте национального дохода.

Данная методика требует:

- учета транспортных показателей (натуральных, эксплуатационных и денежных) ;

- нетранспортных эффектов (экономических, социальных, энергетических) ;

- учета ограниченности ресурсов, всестороннего системного анализа;

- учета основных последствий, принятых решений.

Согласованности и сопоставимости альтернативных вариантов по их разумности, полноте охвата, нормативной базе, четкого рассмотрения результатов, возможности при расчетах моделей на ЭВМ инвестором изменять и выбирать критерии расчетов с учетом интересов заказчиков, учета динамики объемов перевозок, их структуру, неравномерности во времени, изменение цен и тарифов, нормативных показателей, полноты информации.

Таким образом, при государственной собственности на средства производстcва экономическая эффективность капитальных вложений и новой техники оценивается с народнохозяйственной позиции.

Важным требованием к расчету экономической эффективности принимаемых решений является сопоставимость сравниваемых вариантов по качественным параметрам техники, фактору времени, по социальным факторам производства, включая влияние на окружающую среду.

При этом необходимо принимать одинаковых точностью, а также проводить расчеты либо на ровный объем работ в год, либо на единицу продукции.

Определение и расчеты экономической эффективности основаны на соизмерении затрат с результатами. Следует различать понятие эффекта и эффективности. Эффектом называется непосредственный производственный полезный конечный результат, полученный от внедрения того или иного мероприятия (увеличение массы грузового поезда, сокращения оборота вагонов, роста производительности подвижного состава, снижения себестоимости перевозок, увеличения объема грузовой работы), то есть выгода от разработанного предложения.

Эффект может быть измерен технико-экономическими показателями, степенью повышения качества продукции, техники безопасности труда или в рублях. Эффективность есть отношение эффекта технического, эксплуатационного или экономического к затратам, обуславливающим его получение. Существует два вида эффективности: технико-эксплуатационная и обобщающая экономическая (абсолютная или относительная, сравнительная).

Экономическая эффективность выражается уровнем рентабельности, коэффициентом эффективности, нормой прибыли, величиной фондоотдачи и другими показателями. Она определяется в общем виде отношением эффекта в рублях (прибыль, экономия) к затратам, благодаря которым стал возможен этот эффект (прибыль, экономия).

Технико-эксплуатационная эффективность выражается как в натуральном, так и в денежном исчислении, то есть приводиться к величине экономической эффективности. Любой технический или эксплуатационный полезный эффект оказывает прямое влияние на экономическую эффективность через прибыль, снижение издержек или трудовых затрат. Например, повышение производительности вагона, общественного труда, экономия топлива или электроэнергии, уменьшение тары вагона, повышение массы и скорости движения поездов имеют прямое влияние на сокращение эксплуатационных расходов, увеличивают прибыли железных дорого, предприятий. Прибыль, отнесенная к эксплуатационным расходам в плановом периоде выражает рентабельность, которая в пределах предприятия является одним из важнейших показателей, характеризующих экономическую эффективность производства.

Решение о выборе вариантов принимают по анализу совокупности результатов экономического расчета, характеризующих социальные и санитарно-гигиенические условия, технику безопасности, улучшению условий труда (борьба с шумом, загрязнение воздуха) и другие экономические, технические и натуральные показатели.

Затраты на материалы определяются по формуле:

(7. 1)

где - масса сварных деталий тележки

(7. 2)

тнб- масса надрессорной балки тележки, тнб=0, 522 т;

тб - масса корпуса буксы, тб=0, 078 т;

mбр - масса боковой рамы тележки, mбр=0, 428 т;

Цл - цена сварки, Цл=500 тыс. руб. ;

тпр - масса поковок, проката и фасонных изделий:

(7. 3)

тос- масса оси (крепление шайбой), тос=0, 458 т;

- масса тормозного оборудования, =0, 515 т;

Цпр - цена одной тонны проката, Цпр=275 тыс. руб.

Тогда,

Затраты на полуфабрикаты определяются по формуле

(7. 4)

Затраты на попутные изделия определяются по формуле

(7. 5)

где Цп - цена роликового подшипника, Цп = 62000 руб. ;

Цк - цена цельнокатаного колеса, Цк = 295000 руб. ;

Тогда,

На статью «Основная заработная плата производственных рабочих» относится основная заработная плата, как производственных рабочих, так и ИТР, непосредственно связанных с изготовлением продукции; доплаты по сдельной и повременно-премиальной формам и системам оплаты труда; оплата за дополнительные операции, не предусмотренные технологическим процессом.

В состав основной заработной платы производственных рабочих входит оплата за выполнение операций и работ по сдельным нормам и расценкам, а также по повременной форме оплаты труда рабочих-повременщиков, занятых непосредственно на выполнении технологических операций изготовления продукции.

Основная заработная плата производственных рабочих определяется по формуле,

(7. 6)

где q - трудоемкость модернизации одной тележки, 150 нормо - ч;

z - стоимость одного нормо - часа по 5 разряду, z = 2377 руб.

Премия составляет 10% от основной заработной платы:

(7. 7)

Доплата за выслугу лет определяется как 20% от основной зароботной платы

(7. 8)

Начисление на заработную плату 35, 7% от величины :

(7. 9)

Таким образом, заработная плата работников занятых модернизацией определяется по формуле:

(7. 10)

Общецелевые расходы определяются по формуле:

(7. 11)

На статью «Общезаводские расходы» относятся затраты, связанные с управлением предприятием и организацией производства в целом: на служебные разъезды и содержание легкового транспорта; почтово-телеграфные и телеграфные расходы; амортизация, содержание и текущий ремонт зданий, сооружений и инвентаря общезаводского назначения; расходы на организованный набор рабочей силы, подготовку кадров (включая централизованную) ; расходы на охрану предприятия, и другие расходы.

Общезаводские расходы

(7. 12)

Непроизводительные и непроизводственные расходы

(7. 13)

Полная заводская себестоимость

(7. 14)

Рассчитаем экономическую эффективность внедрения новой тележки. Значение себестоимости берем по данным о фактической себестоимости вагона за март 2009 года.

(7. 15)

Эффективность внедрения разработанного предложения определяется по формуле (7. 16) и она равна;

(7. 16)

где Кд - дополнительные капитальные вложения необходимые для внедрения разработанного предложения.

Однако эффективность может оказаться недостаточной, чтобы рекомендовать разработанное предложение к внедрению.

Чтобы ответить на этот вопрос необходимо сравнить рассчитанные значения коэффициента эффективности с нормативным значением коэффициента Ен.

Численное значение нормативного коэффициента эффективности Ен колеблется в пределах от 0, 11 до 0, 3.

В международной практике нормативным считается значение коэффициента Ен = 0, 2.

Так как 0, 75 > 0, 2 делаем вывод, что внедрение разработанного предложения экономически целесообразно.

Список литературы

1 Комаров, В. П. Железнодорожный транспорт за рубежом // Железные дороги мира. - 2002. - №12. - С. 9-13.

2 Денисов, Л. Г. Тележки, подкатываемые под поезда // Железные дорогимира. - 2005. - № 11. - С. 9-13.

3 Невзорова, Н. Н. Проверка вписывания проектируемого вагона в габарит: в 2 ч. / Н. Н. Невзорова, И. Ф. Пастухов, В. В. Пигунов. - Гомель: БелИИЖТ, 1983. - 1 ч. : Методика вписывания проектируемого вагона в габарит: учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию. - 32 с.

4 Пигунов, А. В. Конструкция, теория и расчет вагонов: учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию / А. В. Пигунов. - Гомель. : БелГУТ, 2009. - 65 с.

5 Пигунов, В. В. Ходовые части вагонов. Расчет деталей: учебное пособие / В. В. Пигунов. - Гомель: БелГУТ, 2005. - 251 с.

6 Пастухов, И. Ф. Конструкция вагонов: учебник для колледжей и техникумов ж. -д. транспорта / И. Ф. Пастухов, В. В. Пигунов, Р. О. Кошкалда. - 2-е изд. - М. : Маршрут, 2004. - 504 с.

7 Вагоны: учебник для вузов ж. -д. трансп. / Л. А. Шадур [и др. ]; под ред. Л. А. Шадура. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Транспорт, 1980. - 439 с.

9 Скиба, И. Ф. Вагоны: учебник для техникумов ж. -д. трансп. / И. Ф. Скиба. - 5-е изд., перераб. и доп. - М. : Транспорт, 1979. - 303 с.

10 Цырлин, М. И. Основные требования к оформлению пояснительных записок курсовых и дипломных проектов (работ) : учебно-методическое пособие / М. И. Цырлин. - 2-е изд., доп. - Гомель: БелГУТ, 2007. - 31 с.

Размещено на Allbest.ru

...