Конструкция, теория и расчет вагонов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

вагон рельс колесный платформа

1. Выбор основных параметров платформы для большегрузных контейнеров

1.1 Определение грузоподъемности платформы

1.2 Обоснование линейных размеров

1.3 Погонная нагрузка

2. Проверка вписывания вагона в габарит 0-ВМ

2.1 Исходные данные

2.2 Определение горизонтальных поперечных размеров строительного очертания кузова вагона

2.3 Определение вертикальных размеров строительного очертания кузова вагона

2.4 Определение горизонтальных поперечных размеров проектного очертания кузова вагона

2.5 Определение вертикальных размеров проектного очертания кузова вагона

3. Расчет оси колесной пары вероятностным методом

3.1 Определение расчетных сил, действующих на колесную пару

3.1.1 Вертикальные расчетные силы

3.1.2 Горизонтальные расчетные силы

3.1.3 Вертикальные инерционные силы

3.1.4 Реакции наружного и внутреннего рельсов

3.2 Расчетные силы и сечения оси колесной пары

3.3 Оценка статистической прочности

3.4 Оценка усталостной прочности

3.5 Оценка надежности оси

4. Проверка устойчивости вагона против схода с рельсов

5. Расчет экономической эффективности проектируемого грузового вагона

Литература



1. Выбор основных параметров платформы для большегрузных контейнеров

1.1 Определение грузоподъемности платформы

Грузоподъёмность универсальной платформы определяется по формуле [1]

(1.1)

где Р₀ - осевая нагрузка,Р₀=228 кН;

m₀ - число осей вагона ,m₀=4;

К_Т - технический коэффициент тары;

g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с².

К_Т=0,3-технический коэффициент тары

Масса тары вагона

Т=К_Т*Р, (1.2)

Т=0,35*69=24 т.

Масса брутто вагона

m_бр=Р+Т, (1.3)

m_бр=69+24=93 т.

Массу брутто кузова определим по формуле



m_бр^кз=m_бр-2m_Т, (1.4)

где m_Т - масса тележки.

Для вагона с осевой нагрузкой 228 кн m_Т=4.88 т.

m_бр^кз=93-2*4.88=83.24 т.

Масса кузова определяется по формуле

m_кз=Т-2m_Т, (1.5)

m_кз= 24-2*4.88=14.24 т.

1.2 Обоснование линейных размеров

Длина рамы платформы при условии перевозки 2 или более типов контейнеров одновременно

2L_p=n₁L₁+…..n_iL_i+(n₁……n_i-1)S_k+2S (1.6)

где n_i - количество контейнеров i-го типоразмера, перевозимых на платформе;

L_i - длина контейнера;

S_k - расстояние между 2 соседними контейнерами, необходимое для возможности их захвата грузоподъёмными механизмами при погрузке и выгрузке;

S - расстояние между торцами крайнего контейнера и концевой балки.

2L_p=2*12.192+(2-1)*0.078+2*0.032=24.53 м.

Внутреннюю ширину кузова принимаем равной ширине перевозимых контейнеров 2B_b=2.44 м.

Наружная ширина кузова



2В_н=2В_в+2?_б, (1.7)

где ?_б - расстояние от внутренней поверхности боковой стены до наиболее выступающей части наружной её поверхности. Для платформы ?_б=0,075 м.

2В_н=2,44+2*0,075=2.59 м.

Длину консольной части принимаем 1.85 м.

База вагона

2l=2L_p-2*l_k (1.8)

2l=24.53-2*1.85=20.83 м

Общая длина вагона

2L_об=2L_p+2?_a. (1.9)

где ?_a - вылет автосцепки. ?_a=0,61 м.

2L_об=24.53+2*0,61=25.75 м.

1.3 Погонная нагрузка

Погонные нагрузки

нетто-

q_н=(Т*g)/(2L_об) (1.13)

q_н=(24*9,81)/25.75=9.14 кН/м.

брутто-



q_бр=(m_бр*g)/(2L_об), (1,14)

q_бр=(94*9,81)/25.75=36 кН/м.



2. Проверка вписывания вагона в габарит 0-ВМ

2.1 Исходные данные

Верхние очертания габарита 0-ВМ показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Верхнее очертание габарита 0-ВМ

Параметры вагона[2]:

- полезная нагрузка (грузоподъемная сила) P=0,69 МН

- длина рамы вагона 2L_р=24.53;

- база 2l=20.83;

- длина консоли l_к=1.85 м.

Параметры тележки:

- база р=1,85;

- общая гибкость рессорного подвешивания мм/МН.

При проектировании вагона по габариту 0-ВМ значения отдельных величин входящих в формулы для ограничения полуширины вагона Е_В, Е₀, Е_Н для верхнего очертания габарита принимают следующими[3]:

S=1465 мм;

d=1410 мм;

k=75;

k₁=0,5^.p²=0,5•1,85²=1,71 мм;

k₂=2 мм;

k₃=0 мм;

q=3 мм;

w=28 мм.

Величина суммарного статического понижения для обрессоренных частей кузова:

ё (2.1)

мм;

Конструктивно-технологическое отклонение допускаемое при постройки вагона:

а) в горизонтальной плоскости:

- для верхней части кузова Е_Т=23 мм;

- для нижней части кузова Е_Т=13 мм;

б) в вертикальной плоскости:

- для верхней части кузова мм;

- для нижней части кузова мм.



2.2 Определение горизонтальных поперечных размеров строительного очертания кузова вагона

Максимально допускаемая ширина строительного очертания вагона на некоторой высоте Н над уровнем верха головки рельса определяется по формуле

(2.2)

где В Ї максимальная полуширина строительного очертания вагона на рассматриваемой высоте Н, мм;

В₀ Ї полуширина соответствующего габарита подвижного состава на той же высоте, мм;

Е Ї ограничение полуширины вагона для одного из рассматриваемых сечений: направляющего, внутреннего и наружного, мм.

Ограничение полуширины для сечений, мм:

основного Ї

(2.3)

внутреннего (при n =l) Ї

(2.4)

крайнего наружного (при n =l_k) Ї

(2.5)



где s Ї максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса, s=1465 мм;

d Ї минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колес, d=1410 мм;

q Ї наибольшее возможное поперечное перемещение из центрального положения в одну сторону рамы тележки относительно колесной пары, q=3 мм;

w Ї наибольшее возможное поперечное перемещение из центрального положения в одну сторону кузова относительно рамы тележки, w=28 мм;

2l Ї расстояние между шкворневыми сечениями вагона;

n Ї расстояние от рассматриваемого поперечного сечения вагона до ближайшего основного сечения,(для Е_O n=l, E_H n=l_k) м;

к Ї величина на которую допускается выход подвижного состава, проектируемого по габариту 0-ВМ, за очертание этого габарита в кривой R=250 м, k= 75 мм;

к₁ Ї величина дополнительного поперечного смещения в кривой расчетного радиуса R (R=250мЇ для нижней части габарита 0-ВМ), тележечного подвижного состава, k=1,71 мм;

к₂ Ї коэффициент, зависящий от величины расчетного радиуса кривой (R=250 м Ї для габаритов 0-ВМ), к₂=2 мм;

к₃ Ї половина принятой на железной дороге величины увеличения горизонтального расстояния между осями путей на перегонах в расчетной кривой R=200 м при вписывании вагонов в верхнюю часть 0-ВМ или величина геометрического смещения середины (внутрь кривой) и концов (наружу кривой) расчетного вагона в кривой R=200 м, к₃=0 мм;

, Ї дополнительные ограничения внутреннего и наружных сечений вагона, имеющие место только у очень длинных вагонов, проектируемых по габариту 0-ВМ и определяемые из условия вписывания в кривую радиуса R=150 м.

Для габарита 0-ВМ и принимают

Ї для верхней части

, (2.6)

(2.7)

для при n=l;

(2.9)

для n=l_k

(2.10)

Тогда по формулам (2.6) и (2.7) имеем:

б= 0;

в= 0.

Получаем ограничение полуширины

- основного сечения

- внутреннего сечения

- наружного сечения

Тогда ограничение полуширины:

Е₀=0 мм;

Е_В=70 мм;

Е_Н=90 мм.

Ширина строительного очертания кузова вагона 2В на некоторой высоте головки рельсов над уровнем головки рельсов для верхнего очертания:

- в основном сечении 2(В_О-Е_О):

- во внутреннем сечении 2(В_О-Е_В):

- в наружном сечении 2(В_О-Е_Н)



23 Определение вертикальных размеров строительного очертания кузова вагона

Наименьшие допускаемые вертикальные размеры строительного очертания вагона понизу, которые он может иметь в загруженном состоянии при наличии нормируемых максимальных износов ходовых частей определяют по формуле (только для точки 1):

(2.11)

где Ї суммарное статическое параллельное понижение для соответствующего элемента вагонаё

H_i0 Ї высота i-ой точки габарита подвижного состава над уровнем верха головки рельса.

Вертикальные размеры габарита подвижного состава поверху являются одновременно и максимальными размерами строительного очертания проектируемого вагона на высоте, которые он может иметь в ненагруженном состоянии, т.е.

(2.12)

где Н_iЇ вертикальный размер строительного очертания вагона для i-ой точки габарита подвижного состава;

Вертикальные размеры строительного очертания кузова поверху:

24 Определение горизонтальных поперечных размеров проектного очертания кузова вагона

Ширина проектного очертания вагона на некоторой высоте Н над уровнем верха головки рельса определяется по формуле

(2.13)

где Е_тЇ конструктивно-технологические отклонения, допускаемые при постройке вагона, в горизонтальной плоскости, принимаем для верхней части кузова Е_т=23мм, для нижней части кузова Е_т=13мм.

Тогда ширина проектного очертания:

- в основном сечении

- во внутреннем сечении

- в наружном сечении

Построение габаритной горизонтальной рамки.

Габаритная горизонтальная рамка определяет наибольшую допускаемую ширину проектного очертания вагона для любого поперечного сечения по длине вагона и на определенной высоте от уровня верха головки рельса.

Для упрощения рассматриваются только три поперечных сечения по длине вагона: пятниковое (основное) I-I; внутреннее II-II, расположенное посередине вагона; крайнее наружное III-III, расположенное снаружи пятникового.

Горизонтальная габаритная рамка проектного очертания кузова на уровне рамы показана на рисунке 2.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2. Горизонтальная габаритная рамка проектного очертания кузова вагона на уровне рамы

2.5 Определение вертикальных размеров проектного очертания кузова вагона

Наименьшие допускаемые вертикальные размеры проектного очертания вагона определяются по формулам

Ї понизу

(2.14)

Ї поверху



2.15)

где _ТЇ конструктивно-технологические отклонения, допускаемые при постройке вагона в вертикальной плоскости, для верхней части кузова вагона принимаем _Т=30мм, для нижней части _т=10мм.

Тогда

Ї понизу

Ї поверху

Вертикальная габаритная рамка определяет наибольшие размеры рассматриваемого поперечного сечения проектного очертания вагона.

Вертикальная габаритная рамка проектного очертания показана на рисунке 3.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3. Вертикальная габаритная рамка проектного очертания кузова вагона

Специализированная платформа для перевозки большегрузных контейнеров отличается от универсальной тем, что снабжена элементами для крепления контейнеров. Она состоит из рамы, ходовых частей, автосцепного оборудования и тормоза.

Рама платформы имеет хребтовую, две продольные боковые, две концевые, две шкворневые, три основные и две дополнительные поперечные балки и четыре раскоса.

Хребтовая балка выполнена из двух двутавров № 60 переменной по длине высоты, перекрытых сверху листом (400x12 мм) на протяжении всей балки, а нижние горизонтальные полки в средней части на длине 7 м усилены полосами (150x14 мм). В местах пересечения со шкворневыми и поперечными балками двутавры хребтовой балки соединены диафрагмами, а в консольных частях усилены задним и передним упорами автосцепки. В средней части к хребтовой балке приварены кронштейны для крепления деталей тормозного оборудования. Боковые балки выполнены из двутавра № 60 также переменной высоты по длине. Нижние полки двутавров № 60, как и у хребтовой балки, усилены в средней части полосами 150x14 мм. На каждой из балок по диагонали рамы приварены лестницы, а к концевым балкам -- стойки с поручнями, которые служат для удобства подъема на платформу обслуживающего персонала.

Между боковой и хребтовой балками приварена балка для крепления штурвала стояночного тормоза вагона. Концевые балки сварные П-образного сечения и имеют постоянную высоту по длине В середине к концевым балкам прикреплены ударные розетки автосцепки, объединенные с передними упорами.

Для передачи избыточной части силы удара от розетки и концевой балки на пропольные боковые балки при полном закрытии поглощающих аппаратов в консольной части рамы установлены раскосы, которые сварены из двух швеллеров № 14 и имеют коробчатое сечение. Для безопасности работы составителей поездов на концевых балках укреплены поручни. Шкворневые балки сварные замкнутого коробчатого сечения и состоят из двух вертикальных (10 мм) и двух горизонтальных (12 мм) листов. К нижнему листу шкворневой балки приварены скользуны и на болтах закреплены пятники, через которые рама опирается на тележки. Средние поперечные балки рамы сварные двутаврового сечения и состоят из вертикального листа (5 мм) постоянной по длине высоты и горизонтальных листов толщиной 8 мм. Дополнительные поперечные балки сварные коробчатого сечения из вертикальных и горизонтальных листов толщиной 12 мм.

Для крепления типовых большегрузных контейнеров платформа оборудована десятью поворотными и четырьмя угловыми неподвижными упорами, которые удерживают контейнеры за нижние угловые фитинги от продольных и поперечных смещений. При погрузке контейнеров используются только те упоры, которые расположены на расстоянии, соответствующем длине данного контейнера, а остальные приводят в нерабочее положение. Поворотный упор представляет собой панель с жестко закрепленными на ней двумя упорами. В рабочем положении упоров панель фиксируется, от продольных и поперечных смещений планками. Панель поворачивается на шарнире, включающем валик , опорные ушки и петлю. Расстояние между центрами упоров смежных панелей соответствует межцентровым расстояниям угловых фитингов контейнеров, а одной панели -- 280 мм, которое выбрано из расчета постановки двух контейнеров с зазором 75 мм. Все несущие элементы рамы выполнены из стали 09Г2Д.



3. Расчет оси колесной пары вероятностным методом

3.1 Определение расчетных сил, действующих на колесную пару

При расчете оси учитывается следующие основные силыё действующие на колесную пару (рисунок 4)[6]:

- вертикальные Р₁ и Р₂ё передающиеся на шейку оси;

- боковые Н₁ёН₂ и Н;

- вертикальные инерционные Р_н1ёР_н2ёР_нк и Р_нс .

Рассмотрим методику их определения.

Рисунок 4. Схема сил, действующих на колесную пару

3.1.1 Вертикальные расчетные силы

а) на левую шейку оси -

(4.1)

б) на правую шейку оси -



(4.2)

где Р_ст - вертикальная статическая сила груженного вагона (брутто), приходящаяся на шейку оси, kH;

Р_д - вертикальная динамическая сила от колебаний кузова на рессорах kH;

Р_ц - вертикальная составляющая на шейку оси от действия центробежной силы kH;

Р_в - вертикальная составляющая на шейку оси от действия ветровой нагрузки, kH.

Вертикальная статическая сила на шейку оси

(4.3)

где Р_бр - вес вагона бруттоё kH;

m₀ - осность вагона, m₀=4;

m_кп - масса колесной пары, m_кп=1.178 т;

m_ш - масса консольной части оси ( от торца оси до плоскости круга катания), m_ш=0.033 т;

g - ускорение свободного падения, g=9.81 м/с²;

- коэффициент использования грузоподъемности вагона, =0.9.

Вес вагона брутто:

(4.3)

где р₀ - допускаемая осевая нагрузка, kH.

Тогда

Р_бр=4^.228=912 kH;

Вертикальная динамическая сила от колебаний кузова на рессорах

(4.4)

где К_вд - коэффициент вертикальной динамики,

(4.5)

где - величина, зависящая от оснасти вагона =1;

А - величина зависящая от типа вагона и гибкости рессорного подвешивания А=8.125^.(f_cт-0.0463);

F_ст - статический прогиб рессорного подвешивания, f_ст=0.050 м;

В - величинаё зависящая от типа вагона В=5.94^.10^-4;

V - расчетная скорость движения вагона V=25 м/c²

Тогда

А=8125(005-00463)=003

Вертикальная составляющая от центробежной силы при прохождении вагоном кривых

(4.6)

где - центробежная сила вагонаё приходящая на одну колесную пару kH

(4.7)

где - коэффициент, равный 0.075;

h_ц - расстояния от продольной оси колесной пары до центра массы вагонаё h_ц=1.5 м;

2b - расстояние между точками приложения вертикальных расчетных сил Р₁ и Р₂ к шейкам осиё 2b=2.036 м.

Тогда

Вертикальная составляющая от давления ветра на боковую поверхность вагона

(4.8)

где - давления ветраё приходящею на одну колесную пару kH

(4.9)

где H_B - давление ветра на боковую поверхность вагона kH H_B=;

- удельное давление ветра =0.5 kH/м;

F - площадь боковой проекции кузова на вертикальную продольную плоскость симметрии вагона м²,

h_B - расстояние от продольной оси колесной пары до точки приложения равнодействующей ветровой нагрузки м.

Тогда

F=25.75^.*2.59=66 м²;

Р₁=108.8+36.4+14.47+8.04=164.06 kH;

Р₂=108.8-14.75-8.04= 89.99kH.

4.1.2 Горизонтальные расчетные силы

Горизонтальные (боковые) силы от центробежной силы и давления ветра вместе с усилиями взаимодействия колес с рельсами при движении вагона по кривой приводится к следующим силам

а) сила трения, возникающая в месте контакта правого колеса с рельсом -

(4.10)

б) поперечной рамной силе (реакции рамы тележки)-

(4.11)

в) боковому давлениюё приложенному к колесуё движущемуся по наружному рельсу кривой (горизонтальной реакции наружного рельса) -

(4.12)

где - коэффициент трения при скольжении колеса по рельсу в поперечном направленииё =0.25;

R_B - вертикальная реакция внутреннего рельса, kH;

К_Г - коэффициент горизонтальной динамикиё

(4.13)

где - величина, зависящая от оснасти вагона =1;

- величина зависящая от типа вагона =1.

Тогда

К_Г=1^.1^.(0.038+0.00382^.25)=0.1335

3.1.3 Вертикальные инерционные силы

а) на левую шейку-

(4.14)

б) на правую шейку -

(4.15)

в) от левого колеса на рельс -

(4.16)

г) на среднюю часть оси -

(4.17)



где m₁ё m₂ - сумма масс необрессоренных частей, опирающихся на левую и правую шейку соответственно, включая собственную массу шейки т

(4.18)

m_ш - масса консольной части осиё m_ш=0.033 т;

m_б - масса буксы и жестко связанных с ней необрессоренных деталейё m_б=0.112 т;

m_р - масса необрессоренных частей, опирающихся на буксу, m_р=0.312 т;

m_к - масса колеса, m_к=0.410 т;

m_c - масса средней части оси, m_c=0.292 т;

j₁ёj₂ёj_kёj_c - соответственно ускорение левого и правого буксового узлаё левого колеса и средней части оси, м/с².

Тогда

m₁=m₂=0.033+0.112+0.312=0.457 т.

Ускорение левого буксового узла определяется по эмпирической формуле

(4.19)

где D - коэффициент зависящий от типа вагона и скорости движения D=113;

m_нк - масса необрессоренных частей приходящаяся на рельс т



(4.20)

m_нк=1.178/(0.228+1.58)^.0.112+0.312=1.013 т

Тогда

Ускорение (из подобия треугольника на (рисунке 5)):

а) левого колеса -

(4.21)

б) правого буксового узла -

(4.22)

в) средней части оси -

(4.23)

где 2s - расстояние 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.

Тогда

j_к=1.58/(0.228+1.58)^.164=143.3 м/с²;

j₂=0.228.(0.228+1.58)^.164=20.7 м/c²;

j_c=143.3/2=71.65 м/с².

Тогда

Р_н1=0.457^.164=74.95 kH;

P_н2=0.457^.20.7=9.5 kH;

P_нк=0.410^.143.3=58.8 kH;

P_нс=0.292^.71.65=20.9 kH.

Рисунок 5. Изменение ускорений по длине оси

3.1.4 Реакции наружного и внутреннего рельсов

Вертикальные реакции наружного R_H и внутреннего R_B рельсов от расчетных сил определяются из условий равновесия колесной пары

(4.24)

(4.25)

где r_kr_ш - соответственно радиус колеса и шейки оси r_k=0.475 м r_ш=0.065 м.

Тогда

Тогда

3.2 Расчетные силы и сечения оси колесной пары

Расчетная схема оси (рисунок 6) представляет собой балкуё которая опирается на две опоры, лежащие в плоскости круга катания.

Рисунок 6. Расчетная схема оси и положение расчетных сечений

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

а) на левой опоре - (4.26)

б) на правой опоре - (4.27)



где - коэффициент передачи инерционных нагрузок (буксового узла) на внутренние сечения оси (между кругами катания колес)ё - 0.7.

М_л=46.8^.0.475-(1-0.7)^.74.95^.(-0.01+0.228)=17.33 kH;

М_п=14^.0.475=6.65 kH.

Вертикальные реакции в опорах оси R_C и R_D определяются из условия равновесия оси:

(4.28)

(4.29)

Тогда

В связи с тем, что ось имеет переменное по длине сечениеё определения напряжений и оценку прочности ее производят для следующих наиболее загруженных расчетных сечений смотреть (рисунок 6):

1-1 - по внутренней кромке кольца заднего подшипника;

2-2 - по галтели шейки оси;

3-3 - в плоскости круга катания;

4-4 - посередине оси;

5-5 - по галтели в месте перехода от подступичной части к средней.

Изгибающий момент, kH^.м, в расчетных сечениях определяют по следующим формулам:

а) от расчетных сил -

(4.30)

б) от вертикальных статической силы P_СТ -

(431)

где l₁….l₆ё bё s - расстоянияё показанные на (рисунке 6).

Тогда

М₁=166.74^.0.072+74.95^.(-0.01+0.072)+32.7^.0.065=18.85 kH^.м;

M₂=166.74^.0.090+74.95^.(-0.01+0.090)+32.7^.0.065=23.18 kH^.м;

M₃=166.74^.0.228+74.95^.(-0.01+0.228)+32.7^.0.065+38+16.339+15.5+17.33=73.82 kH^.м;

M₄=166.74^.1.018+74.95^.(-0.01+1.018)+32.7^.0.065+17.33-321^.0.79+20.9^.0.263=15.7 kH^.м;

M₅=166.74^.0.440+74.95^.(-0.01+0.440)+32.7^.0.065+17.33-321^.(0.440-0.228)=56.75 kH^.м;

M_ст1=111.2^.0.072=8 kH^.м;

M_ст2=111.2^.0.09=10 kH^.м;

M_ст3=M_ст4=M_cт5=111.2^.0.228=25.4 kH^.м.



4.3 Оценка статической прочности

Момент сопротивления изгибу расчетных сечений, м³:

(4.32)

где d_i - диаметр оси в i-м расчетном сечении, м, i=1,5, d₁=d₂=0,140 d₃=0.205, d₄=d₅=0.185 м;

d_0i - диаметр полости в i-м расчетном сечении, м, i=1,5, d₀₁=0.044, d₀₂=0.058, d₀₃=d₀₄=d₀₅=0.095 м.

а) от расчетных сил -

(4.33)

(4.34)

где M_iё M_СТi - изгибающие моменты в i-м расчетном сечении соответственно от расчетных сил и от вертикальной статической силы P_СТ kH^.м.

Оценка статической прочности оси производится по условию

(4.35)

где - допускаемое значение напряжений для i-го расчетного сечения.

Тогда

W₁=(3.14^.0.140³/32)^.(1-(0.044⁴/0.140⁴))=0.00027 м³;

W₂=(3.14^.0.140³/32)^.(1-(0.058⁴/0.14⁴))=0.00030 м³;

W₃=(3.14^.0.205³/32)^.(1-(0.095⁴/0.205⁴))=0.0008 м³;

W₄=(3.14^.0.185³/32)^.(1-(0.095⁴/0.185⁴))=0.00056 м³;

W₅=(3.14^.0.185³/32)^.(1-(0.095⁴/0.185⁴))=0.00056 м³;

Oт вертикальных статических сил:

Коэффициент перегрузки расчетных сечений оси:

а) максимальное значение -

(4.36)

б) минимальное значения -



(4.37)

где - предел усталостной прочности материала оси в i-м расчетном сечении.

Тогда

3.4 Оценка усталостной прочности

Оценка усталостной прочности производится по условию

(4.38)



где n_i - расчетный коэффициент запаса усталостной прочности в i-м расчет ном сечении;

[n] - допускаемый коэффициент запаса усталостной прочности.

Расчетный коэффициент усталостной прочности в i-м расчетном сечении

(4.39)

где - минимальное значения коэффициент перегрузки i-го расчетного сечения;

m - показатель степени в уравнении кривой усталости осиё зависящей от свойств материала и технологии изготовленияё m=18;

N_-1 - базовое число циклов нагружения оси для определения предела выносливости , N_-1=10⁸;

N_c - суммарное число циклов нагружения за срок службы осиё N_c=0.5^.10⁹.

(4.40)

где s_Hi - среднеквадратическое отклонение логарифмов амплитуд напряжений

(4.41)



где t₀ - число определяющее границы доверительного интервала статического распределения t₀=4.



После проведения расчетов установлено, что условия выполняются то есть ось имеет необходимый запас усталостной прочности.

3.5 Оценка надежности оси

На надежность рассчитываются элементы конструкций вагона ответственного назначенияё работающие в условиях интенсивного динамического нагружения. К таким элементам относится ось.

Надежность вагона и их элементов характеризуетсяё прежде всегоё показателями долговечности (срок службы) и безотказности (вероятность безотказной работы и интенсивность отказа).

Рассмотрим определение вероятности безотказной работы и интенсивности отказа для оси. Эти показатели определяются для каждого расчетного сечения.

Вероятность безотказной работы i-го расчетного сечения за срок T_p

(4.42)

где - среднее значение предела усталостной прочности в i-м расчетном сечении оси;

К_vi - коэффициент вариации предела усталостной прочности для i-го расчетного сечения;

Т_р - срок службы осиё для которого устанавливается нормативная вероятность безотказной работы, Т_р=10 лет;

С_i - коэффициент, определяемый по формуле

(4.43)

где - коэффициентё учитывающий действия только разрушающих цикловё =0.156.

(4.44)

Вероятность безотказной работы оси как единого целого определяются по формуле

(4.45)

Оценка надежности оси и ее расчетных сечений производится по условию

(4.46)

где [Р(Т_р)] - нормативное значение вероятности безотказной работы оси за 10 лет.

Интенсивность отказа i-го расчетного сеченияё1/годё



(4.47)

где f(Т_Р)_i - плотность распределения времени работы (наработки) до отказа i-го расчетного сечения,

(4.48)

где - плотность нормированного нормального распределения определяемая для найденного значения t={…} из таблицы приложения 1.

Тогда



Тогда

Условие надежности оси выполняется.



4. Проверка устойчивости вагона против схода с рельсов

Оценку устойчивости против схода с рельсов вагона, производим по коэффициенту запаса устойчивости.

Коэффициент устойчивости колёсной пары против схода рельса определяется зависимостью

(5,1)

где угол наклона образующей конусообразной поверхности гребня колеса с горизонталью=60⁰;

=0,25-коэффициент трения поверхностей колёс и рельсов;

Р_в - вертикальная нагрузка от набегающего колеса на рельс;

Р_б - боковое усилие взаимодействия гребня набегающего колеса и головки рельса;

[К_ус]=1,4 - допускаемое значение коэффициента запаса устойчивости.

Вертикальная нагрузка равна

Р_в=2Q^cn_ш (5,2)

Боковая сила равна

Р_б=Н_р+

где Q^ст_ш - сила тяжести обрессоренных частей вагона, действующих на шейку оси;

g_кп - сила тяжести необрессоренных частей;

- расчетное значение коэффициента вертикальной динамики

- расчетное значение коэффициента динамики боковой качки

- расчетное значение рамной силы;

2b=2,036 м. - расстояние между серединами шеек оси.

l=1.58 м.-среднее расстояние между точками контакта колёс с рельсами;

а₁ и а₂ - расчётные расстояния о точек контакта до середин шеек: а₁=0,25 м, а₂=0,22м.;

r=0.45 м. - радиус среднеизношенного колеса.

Сила тяжести обрессоренных частей вагона на шейку оси

Q^ст_ш= (5,3)

где m_бр-масса брутто вагона, т

m_т - масса тележки,т

m_н/б - масса надрессорной балки,т

m_рп - масса рессорного подвешивания тележки,т

п_ш - число шеек осей колёсных пар в вагоне

g=9.81м/с²

Q^ст_ш=

Сила тяжести необрессоренных частей на одну колёсную пару

g_кп=(m_кп+m_р)g

где m_кп - масса колёсной пары с буксовыми узлами, т

m_р - масса боковой рамы, т

g_кп=(1,402+0,403)*9,81=18 кН

Коэффициент вертикальной динамики

=0,75К_дв

К_дв=а+3,6*10^-4b₁

где а - коэффициент, равный для обрессоренных частей тележки 0,1;

b₁ - коэффициент, учитывающий влияние числа осей = (2+п_т)/2п_т

п_т - число осей в тележке

v=33м/с - конструктивная скорость

f_ст=0,05м. - статический прогиб рессорного подвешивания

К_дв=0,1+3,6*10^-4*1*(33-15)/0,05=0,2296

=0,75*0,2296=0,1722

Коэффициент динамики боковой качки

=0,25* К_дв=0,25*0,2296=0,0574

Рамная сила

=Р₀b₁(5+V)

где Р₀ - расчётная статическая осевая нагрузка

b₁=1

=0,003 - коэффициент, учитывающий тип ходовых частей вагона



К_ус=

=1,69>1.4

Устойчивость колёсной пары против схода с рельса обеспечивается.



5. Расчет экономической эффективности проектируемого грузового вагона

При технико-экономических расчетах и обосновании эффективности использования вагонов при перевозке одних и тех же грузов сравнивают следующие основные показатели[7]:

* удельный объем (удельная площадь);

* использование грузоподъемности;

* технический коэффициент тары;

* нагрузки от оси на рельсы и на один метр пути:

* себестоимость перевозки грузов;

* эксплуатационные и капитальные затраты;

* натуральные показатели: затраты металла при постройке и топлива, электроэнергии - при эксплуатации вагона.

В результате расчетов показателей по последним трем пунктам можно определить срок окупаемости и решить вопрос о целесообразности внедрения разработанной конструкции вагона.

Рассмотрим приближенную методику определения экономической эффективности разработанной конструкции вагона [4].

Основным критерием при решении вопроса о целесообразности внедрения предлагаемой конструкции вагона является выполнение условия

Е_р?Е_н (6.1)

гае Ер, Е_н - расчетный и нормативный коэффициенты эффективности.

Расчетный коэффициент эффективности определяют только для величины дополнительных капитальных вложений в производство вагона той иной конструкции (по сравнению с существующей) по формуле



Е_р=Э/К_доп (6.2)

Где Э - экономия эксплуатационных расходов при выполнении вагонами новой конструкции расчетного грузооборота,

Э = Сн-Сс, (6.3)

Где С - годовые эксплуатационные расходы для новой и существующей конструкций вагона, у. е.;

Кдоп - дополнительные капитальные вложения при внедрении новых конструкций вагонов, у. е.,

К_доп= Кн-Кс, (6.4)

Где К - капитальные вложения на приобретение новых и существующих вагонов, потребных для выполнения расчетного грузооборота, у. е.

Годовые эксплуатационные расходы для новых или существующих конструкций вагонов при выполнении ими расчетного грузооборота

С_н(с)=С_гN (6.5)

где С, - годовые эксплуатационные расходы, приходящиеся на один вагон, у. е.;

N - количество вагонов, необходимых для выполнения расчетного грузооборота.

Годовые эксплуатационные расходы, приходящиеся на один вагон,

С_г=С_грmk_г (6.6)



где С_гр- себестоимость перевозки грузов в данном вагоне;

mk_г - годовая производительность вагона в т* км нетто.

Проектная (плановая) годовая производительность вагона

(6,7)

где Р - грузоподъемность вагона, т;

л - коэффициент использования грузоподъемности вагона;

S - среднесуточный пробег вагона, величину которого для расчета принимают равной 250 км;

365 - число дней в году;

п_пр - число нерабочих дней вагона (время нахождения во всех видах ремонта и технического обслуживания), принимаемое равным 55;

б_пор - коэффициент порожнего пробега, равный отношению порожнего пробега вагона данного типа к груженому.

Количество вагонов, необходимых для выполнения расчетного грузооборота,

_(6,8)

где расчетный годовой грузооборот, выполняемый вагонами рассматриваемого типа, т*км нетто.

Для расчета годовых эксплуатационных расходов при выполнении расчетного грузооборота существующей конструкцией вагона и спроектированной необходимо определить значение себестоимости перевозки грузов для сравниваемых вариантов вагонов. Так как в конечном итоге необходимо найти разность эксплутационных расходов, то рассчитывают только переменные расходы, зависящие от размеров движения, а независящие (постоянные) расходы не учитывают.

Если известна себестоимость перевозки грузов в существующей конструкции вагона, то себестоимость в спроектированном вагоне можно рассчитать методом корректировки. Сущность этого способа заключается в корректировке величины себестоимости перевозки с учетом специфики перевозки грузов в вагонах иных конструкций. Корректировку осуществляют по слагаемым себестоимости перевозки грузов. В качестве слагаемых выступают расходы перевозочного процесса, расчлененные на три операции -начально-конечную, транзитную и передвижения, т. е. себестоимость перевозки грузов может быть представлена в виде следующей суммы;

Сгр = Снк+ Ст +Сп, (6,9)

где Снк, Ст, Сп~ себестоимость перевозки в части расходов по начально-конечной, транзитной операциям и операции передвижения, у. е.

Капитальные вложения на приобретение вагонов, погребных для выполнения расчетного грузооборота,

Кн(с)= Цн(с)+Nн(с) (6,10)

где Цн(с) - цена новой или существующей конструкции вагона, у. е.;

Nн(с) - количество вагонов новой или существующей конструкции, необходимых для выполнения расчетного грузооборота.



Литература

1. А.В. Пигунов Выбор основных параметров проектируемого вагона Гомель 2009-61 с.

2. В.В. Пигунов Вписывание проектируемого вагона в габарит Гомель 2009-86 с.

3. Невзорова Н.Н., Пастухов И.Ф., Пигунов В.В., Проверка вписывания проектируемого вагона в габарит Ч. 1. Гомель 1983 32 с.

4. Пастухов И.Ф., Пигунов В.В., Проверка вписывания проектируемого вагона в габарит Ч 2. Гомель 1984. 34 с.

5. Пастухоа И.Ф., Пигунов В.В., Кошкалда Р.О. Конструкция вагонов Москва 2004 503 с.

6. Пигунов В.В. Ходовые части вагонов. Расчёт деталей. Учебное пособие. - Гомель 2005. - С. 25.

7. А.В. Пигунов, Конструкция, теория и расчёт вагонов Гомель 2009-34 с.

Размещено на Allbest.ru

...