Конструкция, теория и расчет вагона

Размещено на http://allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования «Белорусский государственный университет транспорта»

Факультет безотрывного обучения

Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Конструкция, теория и расчет вагона

Выполнил студент группы ЗВ-41

Архангельский Н.А.

Учебный шифр 06-ЗВ-564

г. Гомель

2009/2010года



Содержание

1. Требования, предъявляемые к вагонам

2. Назначение вагона и его основные узлы

3. Основные параметры вагонов

4. Габариты вагонов

5. Нагрузки, действующие на вагон

6. Материалы, применяемые для изготовления вагонов, и допускаемые напряжения

7. Колесные пары

Литература

вагон кузов колесный тормозной



1. Требования, предъявляемые к вагонам

Требования к грузовым вагонам определены государственными стандартами. Они охватывают: общие требования, требования к материалам, надежности, безопасности работы обслуживающего персонала, маркировке и транспортированию, а также гарантийные обязательства завода-изготовителя.

Общие требования регламентируют климатические условия эксплуатации, параметры и размеры вагонов, габарит, прочность элементов вагонов, параметры наиболее ответственных узлов (тележек, автосцеппого устройства, тормозного оборудования и др.), конструкцию кузова, окраску, виды, методы и периодичность контрольных испытаний, а также конструкцию отдельных элементов.

Грузовые вагоны изготавливаются в исполнении У для умеренного климата с температурами от +40 до -50°С. Параметры вагона (грузоподъемность, расчетная скорость, нагрузка от колесной пары на рельсы, объем кузова и габарит) подобраны такими, при которых обеспечивается наиболее экономичная эксплуатация вагонов. Все основные типы грузовых вагонов магистральных железных дорог рассчитаны на эксплуатацию со скоростями до 120 км/ч, а новые рефрижераторные и специализированные вагоны для перевозки большегрузных контейнеров -- до 140 км/ч.

Требования к тележкам, автосцепному устройству, тормозному оборудованию и другим ответственным узлам направлены на обеспечение безопасности движения поездов и необходимой плавности хода вагонов, а к конструкции кузова и его отдельных элементов -- на обеспечение сохранности перевозимых грузов и самих вагонов при использовании комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ.

Установленные виды, методы и периодичность контрольных испытаний направлены на повышение качества проектирования и изготовления вагона, улучшение его прочностных, ходовых динамических и эксплуатационных показателей, а также показателей надежности и долговечности при изменяющихся условиях эксплуатации железных дорог.

По надежности требования определяются установленным сроком службы вагонов до списания и сроками эксплуатации до первых деповского и капитального ремонтов. Поскольку обеспечение надежности вагонов зависит не только от завода-изготовителя, но и от ремонтных предприятий, системы технического обслуживания и условий эксплуатации, то на вагоны устанавливаются также требования по обеспечению сохранности вагонов, определяемые государственным стандартом.

Требования по конструкции отдельных элементов определяются типом вагонов. Так, для универсальных крытых вагонов необходимо наличие боковых дверей, настенного несъёмного оборудования, люков с вентиляционными решетками в боковых стенах, для универсальных полувагонов -- разгрузочных люков в полу, для универсальных платформ -- продольных и поперечных бортов.

Грузовые вагоны должны соответствовать «Типовым требованиям по технике безопасности и производственной санитарии для проектирования и постройки грузовых и пассажирских вагонов железнодорожного транспорта».

Требования безопасности предусматривают оснащение вагонов лестницами, подножками, поручнями, кронштейнами для сигнальных фонарей, рифлеными планками для постановки домкратов, а также нанесение знаков безопасности и предостерегающих надписей, обеспечивающих безопасную эксплуатацию вагонов.

Гарантийные обязательства завода-изготовителя устанавливаются сроками ответственности завода за качество изготовления вагона при соблюдении существующих и перспективных условий эксплуатации и ремонта грузовых вагонов.



2. Назначение вагона и его основные узлы

Крытые вагоны предназначены для перевозки штучных, тара-штучных, пакетированных и насыпных грузов, требующих укрытия и защиты от воздействия атмосферных осадков и хищения.

Крытый вагон общего назначения (называемый универсальным) модели 11-217 постройки Алтайского вагоностроительного завода имеет объем кузова 120 м³. Его кузов оборудован двухстворчатыми раздвижными дверями 10 (рис. 3.2), загрузочными люками в крыше 43 ив боковых стенах 6. Уширенные дверные проемы позволяют ускорить процесс производства погрузо-разгрузочных работ, что способствует сокращению простоев вагона под грузовыми операциями и повышению его производительности. Крайние верхние загрузочные люки снабжены печными разделками 42 на случай установки печей отопления при перевозке людей в зимнее время.

Рис. 1. Кузов четырехосного крытого вагона

Рама кузова сварная, состоит из сквозной хребтовой балки 18, двух продольных боковых 4, двух шкворневых 16, двух концевых 26 поперечных балок. Между шкворневыми балками рамы расположены две поперечные основные (дверные) и семь промежуточных 14, а также продольные балки 15, предназначенные для поддержания настила пола. Под дверным проемом с каждой стороны имеются выдвижные откидывающиеся вниз подножки для обслуживающего персонала. В консольной части рамы размещены раскосы 17, а также продольные длинные 19 и короткие 20 балки. Раскосы 17служат для передачи части продольных усилий от ударно-тяговых приборов на шкворневую балку и равномерного распределения продольной нагрузки на среднюю часть рамы кузова.

В консольной части хребтовой балки 18 установлены задние упоры 22 автосцепки, объединенные между собой усиливающей надпятниковой коробкой шкворневого узла, а также передние упоры 24, объединенные с ударной розеткой 25 автосцепки, заглубленной внутрь рамы. Между задними и передними упорами на вертикальных стенках хребтовой балки установлены предохранительные планки 23. Боковые продольные балки 4 рамы в дверном проеме усилены балками 9. По концам рама оборудована подножками 2 и поручнями У, размещенными с каждой стороны вагона. На концевых балках 26 установлены поручни 21 и рычаг 28 расцепного привода автосцепки.

Все основные поперечные балки рамы -- шкворневые 16, концевые 26 и дверные в средней части имеют большую высоту, чем в концевых частях, что приближает их к конструкции равного сопротивления изгибу и позволяет уменьшить массу; сверху на раму настлан пол 29 из досок, соединенных вчетверть и укрепленных по концам металлическим уголком 41. В зоне дверного проема настил пола покрыт металлическими листами, что предохраняет деревянные доски от повреждения при производстве погрузочно-разгрузочных работ.

Боковые и торцовые стены кузова жестко связаны с рамой. Каркас боковой стены состоит из верхней обвязки 44, двух шкворневых 5, двух дверных У и шести промежуточных стоек 3. Нижней обвязкой стены служит продольная боковая балка 4 рамы. Каркас снаружи обшит гофрированной металлической 12 и изнутри деревянной 13 обшивками.

В средней части боковой стены расположена двухстворчатая самоуплотняющаяся дверь, а по концам в верхней части имеются люки 6, оборудованные вентиляционными решетками. Створки двери раздвигаются в стороны и перемещаются с помощью роликов по дверному рельсу 7, расположенному в верхней части. Снизу дверь ограничивается порогом. Одна из створок двери оборудована обезгруживающим люком 8, снабженным специальным запором, объединенным с центральным запором дверей. Для облегчения открывания створок дверей при возможных заеданиях на кузове размещены специальные рейки 45, а на створках приварены скобы. С 1984 г. крытые вагоны самоуплотняющимися дверями не оборудуются, а у ранее построенных вагонов разгрузочные (обезгруживающие) люки дверей были заглушены (по указанию МПС).

Торцовая стена посредством двух угловых 30 и двух промежуточных 27 стоек снизу приварена к концевой балке 26 рамы, а сверху верхней обвязкой 34 связана с фрамугой 35 крыши. Торцовая стена имеет наружную металлическую 31 и внутреннюю деревянную 32 обшивки и оборудована скобами 33, служащими для доступа обслуживающего персонала на крышу. Цельносварная крыша оборудована трапом 36 для доступа к загрузочным люкам 43. Крыша состоит из двух фрамуг 35 и набора дуг 40, продольных боковых обвязок и продольных подкрепляющих элементов, сверху покрытых гофрированной металлической обшивкой 38. Изнутри посредством уголков 39 и скоб болтами к дугам 40 крепится подшивной потолок 37 из влагостойкой фанеры.

Ходовые части служат опорой кузова и направляют движение вагона по рельсовому пути с необходимой плавностью хода. К ходовым частям относятся тележки , состоящие из рессорного подвешивания, боковых рам, надрессорных балок и колесных пар с буксовыми узлами.

Ударно-тяговые устройства служат для сцепления вагонов между собой и с локомотивом, а также для передачи силы тяга от локомотива к вагонам и смягчения ударов, возникающих при сцеплении или изменениях режима движения. На вагонах Белорусской железной дороги и стран СНГ в качестве ударно-тяговых приборов применяют автосцепное устройство. Его размещают в консольных частях рамы вагона.

Тормозное оборудование предназначено для уменьшения скорости движения или остановки поезда, а также удержания его на месте. Тормоза бывают ручные и автоматические. Вагоны грузового парка оборудованы автоматическими тормозами, а часть вагонов -- дополнительно и ручными. Автоматические тормоза обычно приводятся в действие с локомотива. При разрыве состава тормоза срабатывают автоматически, без участия человека. Тормозное оборудование установлено частично на раме кузова и частично на тележках вагона.

3. Основные параметры вагонов

Основными параметрами грузового вагона, характеризующими его эффективность, являются: тара, грузоподъемность, количество колесных пар (осность), объем кузова, площадь пола, длина и другие линейные размеры вагона. Для сравнения вагонов между собой пользуются параметрами, представляющими отношение этих величин: удельным объемом кузова, удельной площадью пола, коэффициентами тары, нагрузкой от колесной пары на рельс, нагрузкой на метр пути. Важными показателями являются средняя статистическая и средняя динамическая нагрузки вагона.

Исходя из значений осевой нагрузке и техническому коэффициенту тары заданным в задании можем определить грузоподъемность универсального крытого вагона:



Таблица 1. Техническая характеристика универсальных крытых вагонов

Показатели	Модели
	11-066	11-217	11-260	11-270
Грузоподъемность, т	68	68	72	68,5
Масса тары, т	21,23	24	24	24,5
Объем кузова, м3	120	120	140	122
База вагона, м	10	10	12,24	10
Длина, м: по осям сцепления автосцепок по концевым балкам рамы	14,73 13,87	14,73 13,87	16,97 15,75	14,73 13,87
Ширина, м: максимальная кузова внутри	3,282 2,76	3,249 2,77	3,26 2,77	3,266 2,764
Ширина дверного проема, м	2,0	3,825	3,973	3,802
Высота от уровня головок рельсов, м: максимальная до уровня пола	4,594 1,283	4,622 1,286	4,6 1,285	4,68 1,286
Высота кузова внутри (по боковой стене), м	2,79	2,737	3,05	2,9
Коэффициент тары	0,32	0,35	0,388	0,357
Удельный объем, м /т	1,77	1,77	2,09	1,78
Нагрузка от колесной пары на рельсы, кН	228	228	245	228
Нагрузка на погонный метр пути, кН/м	59	62	59	61,8
Конструкционная скорость, км/ч	120	120	120	120
Габарит по ГОСТ 9238-83	1-ВМ	1-ВМ	1-ВМ	1-ВМ

4. Габариты

Подвижной состав, сооружения и устройства проектируются с учетом требований соответствующих габаритов. Стационарные сооружения должны располагаться на определенном расстоянии от железнодорожного пути, а подвижной состав - иметь ограниченное поперечное очертание.

Таким образом, получаются два контура: контур, ограничивающий наименьшие допускаемые размеры приближения строения и путевых устройств к оси пути - габарит приближения строений, и контур, ограничивающий наибольшие допускаемые размеры поперечного сечения подвижного состава - габарит подвижного состава.

ГОСТ 9238-83 устанавливает следующие определения для двух рассматриваемых разновидностей габарита.

Стандартом (ГОСТ 9238) установлены следующие габариты подвижного состава:

Т- для подвижного состава, допускаемого к обращению по путям общей сети железных дорог России и стран СНГ, внешним и внутренним подъездным путям промышленных и транспортных предприятий, сооружения и устройства на которых отвечают требованиям габаритов приближения строений ;

Т_ц- для цистерн и вагонов-самосвалов, допускаемых к обращению по путям общей сети железных дорог, внешним и внутренним подъездным путям промышленных и транспортных предприятий, сооружения и устройства на которых отвечают требованиям установленным "Инструкцией по применению габаритов приближения строений и подвижного состава;

Т_пр- для полувагонов, допускаемых к обращению по путям общей сети железных дорог, внешним и внутренним подъездным путям промышленных и транспортных предприятий, сооружения и устройства на которых отвечают требованиям, установленным "Инструкцией по применению габаритов приближения строений и подвижного состава;

1-Т -- для подвижного состава, допускаемого к обращению по всем путям обшей сети железных дорог, внешним и внутренним подъездным путям промышленных и транспортных предприятий ;

1-BM--для подвижного состава, допускаемого к обращению как по всей сети железных дорог России и стран СНГ колеи 1520 мм, I также по магистральным и ряду других линий железных дорог --членов Организации сотрудничества железных дорог (ОСЖД) колеи 1435 мм, используемых для международных сообщений (рис );

0-ВМ--для подвижного состава, допускаемого к обращению как по всей сети железных дорог России и стран СНГ колеи 1520 мм, и также по всем основным линиям железных дорог -- членов

ОСЖД колеи 1435 мм, с незначительными ограничениями размеров только на отдельных участках дорог;

02-ВМ -- для подвижного состава, допускаемого к обращению как по всей сети железных дорог России и стран СНГ колеи 1520 мм, а также по всем железным дорогам -- членам ОСЖД колеи 1435 мм; 03-BM -- для подвижного состава, допускаемого к обращению как по всей сети железых дорог России и стран СНГ колеи 1520 мм, а также по всем железным дорогам колеи 1435 мм европейских и азиатских стран.

Вписывание вагона в габарит. При проектировании вагона производится проверка его габаритности, называемая вписыванием вагона в габарит.

Сущность вписывания заключается в том, что на основании заданного габарита подвижного состава 1 определяют строительное 2, а затем и проектное 3 очертания вагона для всех характерных сечений по его длине. Все элементы конструкции проектируемого вагона, имеющие номинальные размеры и расположенные в рассматриваемом сечении, не должны выходить за пределы контура проектного очертания.



Рисунок 2. Габарит подвижного состава 1-ВМ

5. Нагрузки, действующие на вагон

В процессе эксплуатации на вагон действуют вертикальные статическая и динамическая силы, силы давления ветра (ветровая нагрузка), продольные сжимающие и растягивающие силы, продольные силы инерции масс вагона при торможении, а также дополнительные вертикальные силы, составляющая от боковой и продольной инерционной силы.

Вертикальная статическая сила

Р_ст=р_оm_о

где р_о- осевая нагрузка

m_о- число колёсных пар вагона

Рст=226Ч4=904 кН

Вертикальная динамическая сила.

Рд=Р_стК_д;



где Кд-коэффициент вертикальной динамики

где Я-1,13 - параметр функции распределения

Кд - средний коэффициент вертикальной динамики;

Р(Кд)=0,97-значение функции вероятностного распределения К_Д.

где а- коэффициент, равный 0,05 для рамы тележки;

b= (m_о +2)/2

mo-коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке

х=33м/с-скорость движения вагона

f_ст =0,05м-статический прогиб рессорного подвешивания

К_д=2,114Ч0,1472/1,13=0,2755

Р_д=0,2755Ч904=249 кН

Боковые силы. а) центробежная

Н_ц=?Р_ст

где ?=0,075 -коэффициент, учитывающий влияние положительного центростремительного ускорения при движении по кривому участку пути

Н_ц=0,075Ч904=68 кН

б) ветровая



Н_в=щ2L_нН^н_кз

где щ - 0,5 кН/м -удельное давление ветра

2L_нН^н_кз -площадь боковой поверхности кузова

Н_в=0,5Ч19,11Ч2,95=28 кН

Сила инерции при торможении вагона.

Ти= ?Р_ст

где ? =0,2-коэффициент, учитывающий уменьшение ускорения при торможении

Т_и= 0,2Ч904=180,8 кН

Продольные силы.

Взаимодействие между вагонами при движении и соударении на сортировочной горке. Эти силы устанавливаются нормами, в зависимости от режима работы вагона.

1-й режим- трогание поезда с места Т=-2,5МН(-250 тс)

2-й режим - соударение вагонов на сортировочной горке Т=-1,5МН(150 тс)

3-й режим - движение поезда с максимальной скоростью Т=±1,0МН(±100 тс)

6. Материалы, применяемые для изготовления кузовов вагонов

Стальной прокат является основным строительным материалом для вагонов и идет на изготовление каркаса кузовов и части ходовых частей крытых вагонов.

Основные несущие элементы кузовов грузовых вагонов выполняют из низколегированных сталей 09Г2Д, 10ХНДП и 10Г2БД. Элементы каркаса кузова обычно изготавливают из стали 09Г2Д. Сталь 10ХНДП имеет повышенные механические характеристики и коррозионную стойкость. Поэтому ее рекомендуют применять для обшивки кузова. Перспективной для изготовления несущих и тяжелонагруженных узлов вагона является низколегированная сталь 10Г2БД, имеющая по сравнению со сталью 09Г2Д более высокие прочностные характеристики.

Для изготовления котлов цистерн, предназначенных для перевозки некоторых кислот, желтого фосфора, расплавленной серы, синтетических смол, ядохимикатов, жидких минеральных удобрений, молока и особо чистых продуктов используют высоколегированные нержавеющие стали. Получили применение двухслойные стали (биметаллы) с плакирующим слоем из высоколегированных сталей (например, в цистерне для виноматериалов).

Для кузовов пассажирских вагонов используют как обычные углеродистые стали (15кп, 15пс, 20кп, ВСтЗ), обладающие низкой прочностью и коррозионной стойкостью, так и низколегированные стали 09Г2, 09Г2С и 09Г2Д.

Углеродистые стали ограничивают возможности снижения массы конструкции и повышения эксплуатационной надежности. Перспективным является применение для обшивки кузова и тонкостенных подкрепляющих элементов каркаса, особенно в его нижнем поясе, нержавеющих сталей (например, 12X18H1ОТ). Использование в конструкции кузовов пассажирских вагонов нержавеющих сталей, обладающих повышенной коррозионной стойкостью и прочностью, позволяет снизить массу вагона за счет уменьшения сечений.

У вагонов модели 11-217 каркас кузова без раскосов с металлической гофрированной наружной обшивкой (из низколегированной стали марки 10ХНДП) толщиной 3 мм снизу и 2,5 мм сверху. Внутренняя обшивка кузова выполнена из влагостойкой фанеры марки ФСФ толщиной 10 мм.



7. Колесные пары

Колесные пары относятся к наиболее ответственным элементам ходовых частей вагона. Они предназначены для направления движение вагона по рельсовому пути и восприятия всех нагрузок, передающихся от вагона на рельсы при их вращении. В связи с этим колесные пары должны:

- обладать достаточной прочностью -- для обеспечения безопасности движения;

- иметь небольшую массу -- для снижения массы вагона и уменьшения динамического воздействия на путь;

- обладать упругостью -- для смягчения динамических сил, возникающих при движении вагона.

Типы, основные размеры и технические условия на изготовление вагонных колесных пар определяются Государственными стандартами, а содержание и ремонт -- Правилами технической эксплуатации железных дорог (ПТЭ) и Инструкцией по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию вагонных колесных пар. Колесная пара (рис.) состоит из оси 1 и двух колес 2.

Рисунок 3. Основные размеры колёсной пары

Тип колесной пары определяется типом оси и диаметром колес. Для вагонов магистральных железных дорог широкой колеи, кроме моторных вагонов электро- и дизель-поездов (ГОСТ 4835), выпускаются два типа колесных пар РУ1-950 и РУ1Ш-950 с диаметром колес 950+14 мм.

Типы колесных пар, приведенные в Таблице, предназначены для подшипников качения. Буквы РУ и Ш в обозначении типа оси означают: Р -- роликовая, т.е.для подшипников качения; У -- унифицированная, т.е. для пассажирских и грузовых вагонов; Ш -- крепление подшипников при помощи шайбы.

Колесная пара является тем элементом который обеспечивает непосредственный контакт вагона и пути. От точности геометрических размеров и других параметром колесной пары в значительной мере зависит безопасность движения и ходовые качества вагона. В связи с этим стандартом (ГОСТ 4835) регламентированы основные размеры колесной пары.

Расстояние L между внутренними боковыми поверхностями ободьев колес составляет: для колесных пар предназначенных для скоростей 120 км/ч-1438-1441 , свыше 120 км/ч, но не более 160 км/ч -- 1439-1442 мм. Таким образом, для вагонов рассчитанных на большую скорость движения, зазор между гребнями колеса и рельсом на 1 мм меньше, а следовательно, меньше и допускаемый разбег колесной пары в колее. В результате уменьшения поперечного смещения колесной пары относительно рельсов снижаются боковые силы передаваемые от колес на рельсы, износ колес и пути, сопротивление движению, повышается устойчивость колесной пары от схода с рельсов, улучшается плавность хода вагона.

Уменьшение зазора между колесом и рельсом достигается также увеличением толщины гребня. Поэтому для вагонов, эксплуатирующихся со скоростями от 120 до 140 км/ч, минимальная толщина гребня колеса составляет 28 мм. а при скоростях от140 до 160 км/ч -- 30 мм, против альбомного размера 33 мм

Вагонная ось -- это элемент колесной пары, на котором укрепляются колеса. Она представляет собой стальной брус круглого, переменного по длине поперечного сечения. Конструкция оси, ее материал и технология изготовления строго регламентированы стандартами.

В качестве материала для изготовления осей локомотивов и вагонов согласно ГОСТ 4728 применяется сталь марки ОС. которая имеет следующий химический состав (в %): углерода 0,42 0,50; марганца 0,60-0,90; кремния 0,15-0,35; фосфора не более 0,04; серы не более 0,04; хрома не более 0,3; никеля не более 0,3; меди не более 0,25.

Гарантийный срок эксплуатации осей установлен 8,5 лет, средний срок службы -- 15 лет.

Для рационального взаимодействия колес с рельсами важное значение имеет профиль поверхности катания колес. Стандартный профиль поверхности катания колеса (рис, ) характеризуется гребнем и конической поверхностью с конусностями 1:10. 1:3,5 и фаской 6x45°.

Гребень направляет движение и предохраняет колесную пару от схода с рельсов. Он имеет высоту 28 мм и толщину 33 мм, измеренную на высоте 18 мм. Угол наклона наружной грани гребня 60°.

Конусность 1:10 центрирует колесную пару при движении ее на прямом участке пути, облегчает прохождение кривых участков пути и обеспечивает равномерный прокат (износ) поверхности катания. В то же время конусность 1:10 создает условия для извилистого движения колесной пары, что неблагоприятно сказывается на плавности хода вагона.

Конусность 1:3,5 и фаска 6x45° приподнимают наружную грань колеса над головкой рельса, что улучшает прохождение стрелочных переводов при наличии проката или наплыва металла на колесе.

Диаметр колеса, толщину обода и прокат ввиду конической поверхности обода измеряют по кругу катания и плоскости, находящейся на расстоянии 70 мм от внутренней боковой поверхности обода.

Стандартный профиль поверхности катания распространяется на колеса для колесных пар тележек грузовых и пассажирских вагонов локомотивной тяги, а также немоторных вагонов электро- и дизель-поездов. Кроме стандартного профиля вагонного колеса ГОСТ 9036 допускает применение еще двух профилей: объединенного --для колес скоростных (более 160 км/ч) пассажирских вагонов и криволинейного для колес вагонов промышленного транспорта.

Профиль поверхности катания для скоростных вагонов характеризуется конусностями 1:50, 1:10 и 1:3,5, Угол наклона наружной грани гребня увеличен до 65°. В результате таких изменений повышается устойчивость движении колесной пары, снижаются контактные напряжения, уменьшается износ гребня и повышается срок службы колес. Плавность хода вагонов с колесами, имеющими такой профиль значительно выше, чем вагонов с колесными парами, имеющими обычный стандартный профиль.

Стальное цельнокатаное колесо (рис.7.2) состоит из обода 1, диска 2 и ступицы 3, Рабочая часть колеса представляет собой поверхность катания 4.

Условия эксплуатации пассажирских вагонов характеризуются высокими скоростями движения, частыми и интенсивными торможениями, в результате чего на поверхности катания колес появляются участки с измененной структурой.

Поэтому для колес пассажирских вагонов локомотивной тяги и немоторных вагонов электро- и дизель-поездов предусмотрена сталь менее склонная к закалке -- сталь марки 1 ГОСТ 10791 с содержанием углерода 0,44-0,52%.

Колеса грузовых вагонов работают в условиях более высоких напряжений в контакте колеса и рельса, поэтому для таких колес применяется сталь марки 2 и 2г ГОСТ 10791 с увеличенным содержанием углерода до 0,55-0,65%. В последнее время начали изготавливаться колёса с повышенной твердостью (НВ 360) которые устойчивы к различным дефектам на поверхности катания и маркируются буквой «Т» на наружной гране колеса.



Рисунок 4. Стальное цельнокатаное колесо

Стальное цельнокатаное колесо (рис.) состоит из обода 1, диска 2 и ступицы 3. Рабочая часть колеса представляет собой поверхность катания 4. Номинальный размер ширины обода составляет 130 мм. На расстоянии 70 мм от внутренней грани а обода, являющейся базовой, расположен воображаемый круг катания, используемый для измерения специальными инструментами диаметра колеса, толщины обода и проката. Противоположная грань б называется наружной. Ступица 3 с ободом 1 объединены диском 2, расположенным под некоторым углом к плоскости круга катания, что придает колесу упругость и способствует снижению уровня динамических сил во время движения вагона. Ступица служит для посадки колеса на подступичной части оси. Поверхность катания 4 обрабатывается по стандартному профилю.

В соответствии с ГОСТ 10791-89 цельнокатаные колеса изготовляются из сталей двух марок: 1 -- для пассажирских вагонов локомотивной тяги, немоторных вагонов электропоездов и дизель-поездов; 2 -- для грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм.

Химический состав сталей, в %, марки 1 -- углерода 0,44--0,52, марганца 0,80--1,20, кремния 0,40--0,60, ванадия 0,08--0,15; марки 2 -- углерода 0,55--0,65, марганца 0,50--0,90, кремния 0,20--0,42; для обеих марок сталей допускается не более: фосфора 0,035 и серы 0,040. Обода колес подвергаются упрочняющей термической обработке путем прерывистой закалки и отпуска. Механические свойства стали ободьев колес после упрочняющей термической обработки приведены в таблице 2.

Таблица 2. Механические свойства стали ободьев вагонных колёс

Марка стали колеса	Временное сопротивление, МПа	Относительное удлинение, %	Относительное сужение, %	Твердость на глубине 30 мм, НВ
		Не менее
1	882-1078	12	21	248
2	911-1107	8	14	255
Т	972-1208	5	8	360

Формирование вагонных колесных пар.

Колесную пару формируют из оси и колес.

Применяются различные варианты соединения колес с осью:

- колеса, неподвижно закрепленные относительно оси;

- колеса, вращающиеся относительно оси;

- колеса, имеющие возможность изменять свое положение относительно оси в зависимости от ширины колеи.

Наиболее распространенным в практике вагоностроения является вариант неподвижного соединения колес с осью.

Надежность работы колесной пары и безопасность движения поездов во многом зависят от прочности соединения колес с осью. Колеса, насаженные на ось, удерживаются на ней благодаря наличию натяга, образующегося вследствие того, что диаметр отверстия ступицы колеса меньше диаметра подступичной части оси. Колеса с осью можно соединить прессовым или тепловым способами. В вагоностроении России и стран СНГ в качестве основного способа согласно ГОСТ 4835 принят прессовый. Колесные пары формируют в колесных цехах вагоностроительных и вагоноремонтных заводов (ВСЗ и ВРЗ), а также в вагонных колесных мастерских (ВКМ).

Перед запрессовкой элементы колесных пар проверяют и подбирают по размерам. Запрессовка колес на ось производится на гидравлических прессах.

При прессовой посадке колеса насаживают на ось при нормальной температуре (14-20°).

Рациональное усилие запрессовки колес принимается 383-569 кН (39-58 тс) на каждые 100 мм диаметра подступичной части. При этом натяг составляет 0,10-0,25 мм, а скорость запрессовки -- не выше 2 мм/с. Такие величины принимают для того, чтобы обеспечить необходимую прочность соединения и не допустить перенапряжения в ступице колеса и подступичной части оси.

Рассматриваемый способ характеризуется нестабильностью технологического процесса, поэтому в некоторых случаях приходится колеса перепрессовывать. Качество запрессовки при этом способе формирования колесных пар контролируется по индикаторной диаграмме (рис. ), показывающей изменение усилия запрессовки по длине сопрягаемых поверхностей. Диаграмма записывается на специальной ленте с масштабом по длине 1:2, а по высоте 1 мм диаграммы должен соответствовать не более 25 кН (2,5 тс).

К основным контролируемым параметрам диаграммы запрессовки относятся (рис.): величина конечных усилий Р , длина сопряжения L и форма кривой. Величина конечных усилий Р на диаграмме запрессовки определяется уровнем точки кривой, соответствующей концу процесса запрессовки.

Длина сопряжения L на диаграмме запрессовки характеризуется размером возрастающей ветви, т.е. расстоянием от начала до точки перехода в горизонтальную или наклонную прямую в конце. Форма кривой диаграммы при нормальной запрессовке должна быть плавно нарастающей несколько выпуклой вверх. На каждую формируемую колесную пару индикатор вычерчивает две диаграммы -- для левого и правого колес. Годные диаграммы хранятся 20 лет.

При тепловой посадке ступица колеса нагревается до определенной температуры, что создает возможность свободного надевания колеса на ось. При остывании колесо прочно соединяется с осью. Однако отсутствие контроля качества посадки, усложнение снятия колес с оси при расформировании колесных пар и значительно большие затраты энергии на нагрев задерживают применение тепловой посадки до устранения этих недостатков.

Для универсальных платформ применяют колесные пары РУ-950

h=1,45м.-высота центр масс вагона оси колесной пары

2s=l,58м- расстояние между кругами катания колёс

2l=2,036м-рассточние между серединами шеек оси

L₁ =0.176m- длина шейки оси

L₂=0,228м-расстояние от середины шейки оси до круга катания колеса

Вертикальная сила

Р=1,25*Р_с

Горизонтальная

Н=0,5Р_с

Где Р_с- статическая нагрузка на ось от веса брутто вагона

1,25;0,5-коэффиииенты,учитывающие действие вертикальной динамической силы и боковых сил соответственно

Статическая нагрузка на ось



Pc=(P_оm_о -m _оm_кп g)/ m_о

Где Р_о - допускаемая осевая нагрузка

m_о- осность вагона

m_кп- масса колёсной пары

Рс=(1236*4-1,206*9,8*4)/4=222 кН

Р=1,25*222=278 кН

Н=0,5*222=111 кН

Сила, приходящаяся на левую шейку оси

P₁=P/2+Hh2l=278/2+111*1.45/2.036=218 кН

На правую шейку оси

P2=P/2- Hh2l =278/2-111*1,45/2,036=60 кН

Вертикальные реакции рельсов

-для левого колеса

N₁=P/2+H(h+r)/2s=278/2+111*(1,45+0,45)/1,58=272 кН

-Для правого колеса

N₂=P/2-H(h+r)/2s=278/2-111*(1,45+0,45)/1,58=6 кН

Изгибающие моменты в расчетных сечениях оси

Сечение 1-1

M₁ =Р₁(l₁/2)=218*0,176/2=19,2 кН*м



Сечение 2-2

M₂ = Р₁l₂₊ Hr=218*0,228+111*0,45=100 кН*м

Сечение 3-3

M₃ = Р₁l+Hr-N₁ S= 218*1,018+111*0,45-272*0,79=57 кН*м

Минимальные допустимые в эксплуатации диаметр оси в расчетном сечении

d_i=(32М_i/р[у] )^2/3

где Mi-момент в итовом сечении

[у] -допускаемое напряжение

В сечении 1-1=120МПа

В сечении2-2=165 МПа

В сечении 3--3=155МПа

d₁==0.1177 м

d₂==0,1834 м

d₃==0,1553 м



Литература

1. Пастухов И.Ф., Пигунов В.В., Кошкалда P.O. Конструкция вагонов: Учебник для колледжей и техникумов ж.-д. транспорта. - 2-е изд. -М.: Маршрут, 2004. - 504 с.

2. Пастухов И.Ф., Пигунов В.В. Вагоны: Метод, указания к курсовому и дипломному проектированию и для выполнения самостоятельных работ студентами всех форм обучения специальности "Вагоны" -Гомель: БелИИЖТ, 1992. - 56 с.

3. Пигунов В.В. Ходовые части вагонов. Расчет деталей: учеб. пособие/ В.В. Пигунов. - Гомель: УО «БелГУТ», 2005. - 251с.

4. Пастухов И.Ф., Пигунов В.В.Расчет элементов ходовых частей и автосцепного устройства вагонов: Методические указания для самостоятельной работы студентов с элементами научных исследований по дисциплине “Вагоны и контейнера”) Ч-1 -Гомель: БелИИЖТ, 1988. - 32 с.

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

Размещено на Allbest.ru

...