Конструкция и расчет вагонов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Филиал Иркутского государственного университета путей сообщения

Красноярский институт железнодорожного транспорта

Кафедра: Вагоны и вагонное хозяйство

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту

“Конструкция и расчет вагонов”

Выполнил:

Устинов Р.И.

Проверил:

Кушков М.Г.

г. Красноярск 2012.

План

железнодорожный вагон грузовой

Введение

1. Описание конструкции вагона

2. Выбор основных технико-экономических параметров грузовых вагонов

2.1 Расчёт грузоподъёмности вагона

2.2 Определение тары вагона

2.3 Вычисление объёма кузова и площади пола

2.4 Определение линейных размеров вагона

3. Вписывание вагона в габарит

3.1 Определение горизонтальных поперечных размеров строительного очертания вагона

3.1.1 Ограничения полуширины для кузова вагона

3.2 Определение размеров проектного очертания вагона

3.3 Построение горизонтальной габаритной рамки проектного очертания вагона

4. Расчёт нагрузок, действующих на вагон и его части

4.1.Вертикальные нагрузки, действующие на вагон и его части

4.1.1 Вертикальные статические нагрузки

4.1.2 Вертикальная динамическая нагрузка

4.2 Боковые нагрузки

4.2.1 Боковая горизонтальная нагрузка

4.2.2 Вертикальные составляющие боковых загрузок

5. Устойчивость колёсной пары против схода с рельсов

6. Расчёт оси колёсной пары условным методом

7. Расчёт двухрядной цилиндрической пружины

8. Расчёт подшипника на долговечность

Список литературы

Введение

Проектирование вагонов является сложной инженерной задачей, обеспечивающей безопасность движения поездов. Вагон представляет собой сложную систему, включающую механические, электро-теплотехнические и др. подсистемы. Поэтому в создании нового типа и конструкции вагона принимают участие специалисты из различных отраслей промышленности, а также научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций.

Создание новых типов и конструкций вагонов включает в себя этапы проектирования, производства, экспериментальных исследований, освоение серийного выпуска с учетом корректировки рабочей документации по результатам испытаний и опытной эксплуатации. На всех этапах проектирования и постройки учитывают требования, предъявляемые к подвижному составу госстандартами и другими законодательными и нормативными документами.

Проектируемые и поставляемые железнодорожному транспорту вагоны должны быть удобными при техническом обслуживании и ремонте, иметь устройства и условия для обеспечения правил техники безопасности, противопожарных требований, отвечать требованиям экологии при изготовлении и в эксплуатации.

1. Описание конструкции вагона

Рис. 1. 4-осная платформа с металлическими бортами, модель 13-401.

Универсальная четырёхосная платформа серии 13-401 с металлическими бортами серийно выпускалась в период с 1964 по 1985 гг. на Днепродзержинском вагоностроительном заводе имени газеты "Правда".

Вагон предназначен для перевозки грузов не требующих защиты от атмосферных осадков, штучных лесных грузов, а так же колёсной и гусеничной техники.

2. Выбор основных технико-экономических параметров грузовых вагонов

Основными параметрами вагона являются: грузоподъемность Р, тара Т, осность, объем кузова V или площадь пола F, линейные размеры, статистика и погонная нагрузка. Для сравнения параметров между собой пользуются параметрами, представляющими отношения этих величин: удельный объем кузова, удельная площадь пола, коэффициент тары, осевая и погонная нагрузка

Правильный выбор параметров обеспечивает наименьшие затраты на перевозку грузов.

Исходные данные:

Универсальная четырёхосная платформа с металлическими бортами

Габарит 0-ВМ

Удельный относительный объем 0,58

Коэффициент тары 0,33

Осевая нагрузка 205(кН)

2.1 Расчёт грузоподъёмности вагона

где - вес брутто;

- заданная осевая нагрузка;

- количество колесных пар в вагоне

- коэффициент тары



2.2 Вычисление объёма кузова и площади пола

F =P*f_у,опт=616,54 ·0,58 = 35,75(м²)

2.3 Определение линейных размеров вагона

Внутренняя ширина вагона () для платформы - 2900 (мм)

Внутренняя длина платформы, находится из выражением:

= 12,32(м)

Наружная длина кузова, определяется как:

2L_p=2L_B+2a_T

где а_Т=0,10(м) -толщина торцовой стенки кузова

2L_p=12,32 + 0,10=12,42(м)

Наружная ширина кузова:

2В=2В_В+2а_б

где а_б=0,175(м) - толщина боковой стенки кузова

2В=2,9 +2·0,175 =3,25(м)

Общая длина вагона или длинна вагона по осям сцепления:

2L₀=2L_p+2a_a

где а_а=0,43(м)-вылет автосцепки четырехосного крытого вагона

2L₀=12,42 +2·0.610 =13,64(м)

Вычислив длину рамы, можно определить базу вагона:

(м)

Длинна консольной части вагона для четырехосных вагонов:

_гр

2l_т=1850мм=1,85м - база двухосной тележки;

Dк=950мм=0.95м - диаметр колеса;

h_гр.=28мм=0,028м - высота гребня колеса;

3. Вписывание вагона в габарит

3.1 Определение горизонтальных поперечных размеров строительного очертания вагона

На некоторой высоте Н над верхним уровнем головки рельса максимально допускаемая ширина вагона определяется по формуле:

2В = 2(В₀ - Е)

где В₀-полуширина габарита подвижного состава на рассматриваемой высоте Н,

Е-ограничение полуширины для одного из рассматриваемых сечений.

3.1.1 Ограничения полуширины для кузова вагона

Ограничение Е₀ направляющих поперечных сечений вагона.

E₀=0.5·(s-d)+q+w+[k₁-k₃]-k=0.5·(1465-1410)+3+32+1.71-25=39.21(м)

Внутреннее ограничение Е_В поперечных сечений вагона, расположенных между направляющими сечениями по середине базы, при n=1

E_B·(s-d)+q+w+[k₂·(2l-n)·n+k₁-k₃]-k+б=

=0.5·(1465-1410)+3+32+[2·(15.8-1)·1+1.71-0]-25=68.81(м)

Hаружное ограничение Е_н поперечных сечений вагона, расположенных снаружи его направляющих сечений, при n=n_k

E_н=[0.5·(s-d)+q+w]· +[k₂(2l+n)·n-k₁-k₃]-k+в=

=[0.5(1465-1410)+3+32]·+[2(15.8+1.42)·1.42-1.71]-25=95.95(м)

2В₀=2(В₀-2Е₀)=2(1465-39,21)=2851,58(мм)

2В_в=2(В₀-2Е_в)=2(1465-68,81)=2792,38(мм)

2В_н=2(В₀-2Е_н)=2(1465-95,95)=2738,1(мм)

=0,5·(s^п-d)+q+w=0.5·(1465-1410)+3+32=62.5(мм)

[0.5·(s^п-d)=q+w]·=[0.5·(1465-1410)+3+32]· =73.75(мм)

3.2 Определение размеров проектного очертания вагона

Ширина проектного очертания вагона на некоторой высоте H над уровнем верха головки рельсов определяется по формуле:

2b=2B-2E_Т

где Е_Т - конструктивно-технологические отклонения, допускаемые при постройке вагона, в горизонтальной плоскости Е_Т=15,5мм

2b₀=2В₀-2Е_Т=2851,58-(2·15,5)=2820,58(мм)

2b_в=2В_в-2Е_Т=2792,38-(2·15,5)=2761,38(мм)

2b_н=2В_н-2Е_Т=2738,1-(2·15,5)=2707,1(мм)

3.3 Построение горизонтальной габаритной рамки проектного очертания вагона

Горизонтальная габаритная рамка определяет наибольшую допускаемую ширину проектного очертания вагона для любого поперечного сечения по длине вагона.

В наших расчетах для упрощения рассматриваем только три поперечных сечения: пятниковое I-I; внутреннее II-II, расположенное по середине вагона; крайнее наружное III-III, расположенное снаружи вагона.

Максимально допускаемая ширина вагона:

2В_мах=2(В₀-Е_мах-Е_Т)=2(1465-95,95-15,5)=2707,1

2В_н=2В_мах

2707,1=2707,1

Вагон можно считать вписавшимся в заданный габарит.

Рис. 2. Горизонтальная габаритная рамка проектного очертания вагона на уровне рамы

4. Расчёт нагрузок, действующих на вагон и его части

При выполнении данной работы необходимо определить

1) вертикальные статические и динамические нагрузки, действующие на кузов вагона и детали тележки;

2) боковые нагрузки, действующие на кузов вагона и детали тележки

4.1 Вертикальные нагрузки, действующие на вагон и его части

4.1.1 Вертикальные статические нагрузки

Р_ст.=

где Р_бр. - вес брутто вагона, кH;

Р_ч.- вес частей и укрепленного на них оборудования, через которые передается нагрузка от рассчитываемой детали вагона на рельс, кH;

m-число одинаковых, параллельно загруженных деталей.

Р_{ст.пруж.}=

Р_{ст.пруж.}=26,77 (кН)

Р_{ст.кузова}=

Р_{ст.кузова}=(кН)

Р_ст.н.б.=

Р_ст.н.б.=(кН)

Р_ст.п.=

Р_ст.п.= (кН)

Р_ст.к.п. =

Р_ст.к.п. =(кН)

Р_ст.б.р. =

Р_ст.б.р. =(кН)

4.1.2 Вертикальная динамическая нагрузка

Р_д=k_дв·Р_ст.

где k_дв - коэффициент вертикальной динамики;

Коэффициент вертикальной динамики определяют по формуле:

,

в = 1,13 - параметр распределения, для грузовых вагонов при существующих условиях эксплуатации.

р(k_дв) = 0,97 - расчетная вероятность;

Среднее вероятное значение определяется по формуле для скоростей движения вагона v?15м/с(~55км/ч);

где а - коэффициент, принимаемый на основании обработки результатов теоретических и экспериментальных исследований, равный для элементов кузова вагона 0,05; для обрессоренных частей тележки - 0,10; для необрессоренных частей тележки - 0,15;

b - коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке (n) группе тележек под одним концом вагона на величину коэффициента динамики:

где n - число осей в тележке (2шт.);

v - расчётная скорость движения вагона (33.5км/ч);

f_ст - статический прогиб рессорного подвешивания (0,05м).

Р_д.куз.=k_дв1·Р_ст.куз.=0,032·724,31=23,17 (кН)

Р_д.н.б.= k_дв2·Р_ст.н.б.=0,040·371,13=14,84 (кН)

Р_д.п.= k_дв3·Р_ст.п.=0,049·48,17=2,36 (кН)

Р_д.б.р.= k_дв3·Р_ст.б.р.=0,049·191,2=9,36 (кН)

Р_д.к.п.= k_дв3·Р_ст.к.п.=0,049·205=10,04 (кН)

Р_д.пруж.= k_дв3·Р_{ст.пруж.}=0,049·26,77=1,31 (кН)

Суммарные нагрузки определяются по формуле:

Р_куз.= Р_д.куз.+ Р_ст.куз.

Р_н.б.= Р_д.н.б.+ Р_ст.н.б.

Р_п.= Р_д.п.+ Р_ст.п.

Р_б.р.= Р_д.б.р.+ Р_ст.б.р.

Р_к.п.= Р_д.к.п.+ Р_ст.к.п.

Р_пруж.= Р_д.пруж.+ Р_ст.п.

Р_куз.= 747,48 (кН)

Р_н.б.= 385,97 (кН)

Р_п.= 50,53 (кН)

Р_б.р.= 200,56 (кН)

Р_к.п.= 215,04 (кН)

Р_пруж.=28,08 (кН)

4.2 Боковые нагрузки

4.2.1 Боковая горизонтальная нагрузка

Боковая нагрузка, возникающая при движении вагона, по кривому участку путиё складывается из центробежной силы и давления ветра на кузов и равна:

Н=(Н_ц+Н_в)

где Н_ц - центробежная сила, направленная наружу кривой, кН

Н_в - равнодействующая сила давления ветра на кузов вагона, кН

Центробежную силу, направленную наружу кривой определяют по формуле:

Н_ц=з_ц(Р_бр-Р_ч)

где з_ц - коэффициент равный 0,075

Н_ц.куз.=0,075(820-747,48)=5,43(кН)

Н_ц.н.б.=0,075(820-385,97)=32,55(кН)

Н_ц.п.=0,075(820-50,53)=57,71(кН)

Н_ц.б.р.=0,075(820-200,56)=46,45(кН)

Н_ц.к.п.=0,075(820-215,04)=45,37(кН)

Н_ц.пруж.=0,075(820-28,08)=59,39(кН)

Н_ц.куз.=5,43(кН)

Н_ц.н.б.=32,55(кН)

Н_ц.п.=57,71(кН)

Н_ц.б.р.=46,45(кН)

Н_ц.к.п.=45,37(кН)

Н_ц.пруж.=59,39(кН)

Равнодействующую силу давления ветра определяют по формуле:

Н_в=щF

где щ - удельное сопротивление ветра, перпендикулярное боковой стене вагона, принимаемое согласно нормам расчета на прочность, равным 500Н/м²

F - площадь боковой проекции кузова, м².

F=2L_pH_max

F=2,880*13,64=39,28 (м²)

Н_в=500·39,2=19,6 (кН)

Н_.=(59,39+19,6)=39,49(кН)

4.2.2 Вертикальные составляющие боковых загрузок

Боковые нагрузки вызывают дополнительное вертикальное загружение частей тележек с одной стороны вагона и соответствующее разгружение с другой. Величина такого дополнительного загружения рассчитываемой детали находится по формуле:

где h_ц и h_в - вертикальные расстояния от места приложения Р_б до точек приложения сил Н_ц и Н_в соответственно;

m₁ - число одноименных, параллельно нагруженных элементов, расположенных с одной стороны вагона;

2b₂ - расстояние между точками приложения сил Р_б дополнительного загружения и разгружения рассчитываемой детали(равной 2.036).

(кН)

(кН)

(кН)

(кН)

5. Устойчивость колёсной пары против схода с рельсов

Устойчивость колёсной пары в рельсовой колее оценивается коэффициентом устойчивости колеса против схода с рельса, учитывающим соотношение вертикальных и горизонтальных составляющих сил, возникающих при движении вагона. При неблагоприятном сочетании вертикальных и горизонтальных сил, а также при нарушении условий загрузки и отклонении в состоянии вагона могут возникнуть случаи вползания гребня колеса на головку рельса, что приводит к сходу вагона с рельсов.

6. Расчет оси колесной пары условным методом

Условный метод может быть применен в эксплуатации при выявлении и для предупреждения излома или деформации оси, если они не вызваны перегревом буксового узла или другими явно выраженными факторами. Наиболее эффективно этот метод может быть использован при перегрузе вагона или максимальных износах шеек осей, связанных с их обточками в эксплуатации.

В расчетной схеме силы приложены в центре тяжести вагона, находящемся на расстоянии от осевой линии колесной пары h=1,45м.

Вертикальная 1,25 Р₀ и горизонтальная Н = 0,5 Р₀ силы вызывает загружение:

левой шейки оси силой:

Правой шейки оси

где 2b₂ - расстояние между серединами шеек оси.



Рис. 3. Действие нагрузок на ось колесной пары.

Таким образом, силы Р₁ и Р₂ приложены к серединам шеек оси.

Вертикальные реакции при этом:

для левого колеса:

для правого колеса:

где r - радиус колеса по кругу катания (=0,475м);

2S - расстояние между кругами катания колесной пары (1,58м).

Изгибающие моменты, вызванные действием расчетных нагрузок, подсчитываю в трех расчётных сечениях:

в шейке оси у внутренней галтели (сечение I--I):



где l-длина шейки(=0,176м);Дl₁-износ по длине шейки в эксплуатации(=0);

в середине оси (сечение III-III):

=67,63(кН·м)

Находим минимальные допустимые в эксплуатации диаметры:

шейки оси:

(м)

подступичной части:

(м)

середины оси:



(м)

7. Расчёт двухрядной цилиндрической пружины

k_зп=1.8

f_ст=0,05м=50 мм

мм

m=5.5

[ф]=750МПа

о=1+

D=m·d

D=5.5·=0,170м

G=0.8·10¹¹МПа

Определим высоту в жатом состоянии эквивалентной пружины

Определим высоту пружины в свободном состоянии

Найдем диаметры наружной и внутренней пружин

Определим высоту сжатия наружной и внутренней пружин

Найдем высоту пружин в свободном состоянии

Определим количество рабочих витков наружной и внутренней пружин



Определим средние диаметры наружной и внутренней пружин

Определим жесткости наружной и внутренней пружин

Определим жесткость комплекта

Определим нагрузки на внутреннюю и наружную пружины

Определим касательное напряжение на пружинах

Сравним полученные значения с допустимым

8. Расчет подшипника на долговечность

В колесных парах грузовых вагонов рекомендуется применять типовой буксовый узел с установкой в нем двух цилиндрических роликовых подшипников при консистентной смазке.

При расчете динамической эквивалентной радиальной нагрузки для роликовых подшипников используют формулу:

где - средняя постоянная нагрузка;

- температурный коэффициент, для подшипников

- коэффициент безопасности. Для вагонных подшипников при установке на шейке оси с дистанционными кольцами принимают , без дистанционных колец

С целью определения эквивалентной динамической нагрузки необходимо переменные радиальные силы, действующие на подшипник, привести к средним постоянным величинам. Приближенные средние постоянные нагрузки, определяется по формуле:

где , - соответственно повторяемость нагрузок , в долях единицы для роликовых подшипников в млн. оборотов при 90%-ной рассчитывают

где С - базовая динамическая грузоподъемность

- эквивалентная динамическая нагрузка

В километрах пробега вагона, долговечность подшипника определим, используя формулу:

где - диаметр по кругу катания среднеизношенного колеса. При номинальном диаметре 0,95м

Библиографический список

1. Пастухов И.Ф., Лукин В.В., Жуков Н.И. Вагоны: учебник для техникумов железнодорожного транспорта./Под ред. В.В. Лукин. - М.: Транспорт, 1977.-280с.

2. Пастухов И.Ф., Пугунов В.В., Р.О. Кошкалда. Конструкция вагонов: учебник для колледжей и техникумов ж.-д. транспорта.- М.: Желдориздат, 2000. 504с.

3. Лукин В.В., Анисимов П.С., Федосеев Ю.П. Вагоны. Общий курс: Учебник для вузов ж.-д.транспорт./ Под ред. В.В. Лукина. - М.: Маршрут, 2004.-424с.

4. Габариты приближения строений и подвижного состава железных дорог колеи 1520 (1524) мм. ГОСТ 9238-83.

Размещено на Allbest.ru

...