Технические характеристики цистерны для перевозки спирта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Исходные данные

Введение

1 Определение параметров проектируемой цистерны

1.1 Определение грузоподъёмности цистерны

1.2 Определение массы тары цистерны

1.3 Расчёт котла цистерны

1.4 Определение линейных размеров цистерны

2 Расчёт котла на прочность и устойчивость

3 Вписывание цистерны в габарит

3.1 Вертикальные размеры строительного очертания

3.2 Горизонтальные размеры строительного очертания

3.3 Определение размеров проектного очертания цистерны

Заключение

Список использованных источников



Исходные данные

Цистерна - 15-1454(для перевозки спирта)

Грузоподъёмность - 64,5 т

Тара - 23 т

Осевая нагрузка - 22,8 тс

Удельный объём - 0,82 м³/т



Введение

Вагоны являются важнейшим элементом железнодорожной транспортной системы. Для достижения наиболее экономичной, слаженной и эффективной работы транспорта элементы транспортной системы должны обеспечивать необходимые технико-экономические показатели перевозок.

Конкретные эксплуатационные и технико-экономические характеристики вагонов зависят от обоснованного выбора их параметров и конструктивного исполнения. Возможные размеры вагонов зависят от установленных на железных дорогах габаритов. Смысл габаритных ограничений состоит в обеспечении безопасности работы железнодорожного транспорта. Необходимо, чтобы исправный подвижной состав во всех случаях не соприкасался с различными стационарными сооружениями, построенными вблизи железнодорожного пути, или с другим подвижным составом, расположенным на параллельном пути.

Курсовая работа знакомит студентов с техническими характеристиками и конструкцией магистральных грузовых вагонов, с наиболее важными параметрами, характеризующими эффективность вагонов; позволяет получить навыки по методике расчета вписывания вагонов в габарит подвижного состава.

цистерна грузоподъёмность габарит тара



1 Определение параметров проектируемой цистерны

Выбор технико-экономических параметров проектируемых цистерн сводится к определению их оптимальных значений. В первую очередь, следует выбрать модель вагона-прототипа (серийная или опытная модель цистерны данного типа), что необходимо для использования и сравнения в дальнейшем параметров проектируемой цистерны с существующей.

1.1 Определение грузоподъёмности цистерны

Заданием на техническое проектирование нового вагона устанавливаются допускаемые величины статической нагрузки от колесной пары на рельсы (осевая нагрузка), статической нагрузки на 1м пути (погонная нагрузка), габарит и др.

Грузоподъемность цистерны, определяемая величиной допускаемой осевой нагрузки, составляет

(1.1)

где - допускаемая осевая нагрузка;

- число осей цистерны;

- технический коэффициент тары.

Технический коэффициент тары проектируемой цистерны следует принимать по паспортным данным серийно выпускаемой модели цистерны аналогичного типа с корректировкой на вносимые изменения



(1.2)

где - технический коэффициент тары базовой (серийной) цистерны;

где - тара вагона-прототипа;

- грузоподъёмность вагона-прототипа,

- коэффициент, учитывающий влияние применяемого материала на изменение (уменьшение) тары цистерны,;

- коэффициент, учитывающий изменение линейных размеров элементов цистерны,;

Тогда грузоподъемность проектируемой цистерны равна

1.2 Определение массы тары цистерны

Тара вагона определяется по формуле

(1.3)

Масса брутто вагона

(1.4)

Масса котла с примыкающими частями (лестницы, помосты, сливоналивные устройства и др.):

(1.5)

где - масса платформы, устанавливаемой под котел цистерны, для унифицированной платформы

Масса брутто котла

(1.6)

1.3 Расчёт котла цистерны

Котел цистерны обычно имеет цилиндрическую форму поперечного сечения. Однако для лучшего использования верхней части габарита может быть применена эллиптическая форма сечения (рис.1, а). Рациональна также конструкция, имеющая конические консольные части (рис.1, б, в). Опущенная средняя часть броневого листа этой конструкции способствует более полному сливу жидкого груза. С этой же целью может быть использована форма котла с различными размерами по диаметру, уменьшенными в консольных частях (рис.1, г).

Рис. 1 Формы котла (а, б, в, г) и варианты размещения наружной лестницы на котле (д, е)

Расположение наружных лестниц на цистерне при проектировании также влияет на полноту использования габарита подвижного состава. Если наружные лестницы размещены в средней части котла (рис.1, д), то внутренний диаметр котла уменьшается. При переносе лестниц в торцевые части (рис.1, е) диаметр котла можно увеличить в том же габаритном очертании, что позволяет уменьшить длину цистерны при том же объеме и повысить объемную нагрузку /7/.

Полный объем котла может быть определен из зависимости

(1.7)

где - удельный оптимальный объем;

- коэффициент, учитывающий увеличение объема при расширении груза от повышения температуры. Для универсальных нефтебензиновых цистерн

Объем котла равен (см. рис.2)

(1.8)

где - объем цилиндрической части котла, м³;

- объем днища, м³;

- объем люка, м³.

Для вычисления этих объемов необходимо сначала определить внутренний диаметр котла и внутренний радиус днища . Внутренний диаметр котла выбирается, исходя из габарита подвижного состава, плотности перевозимого груза и целесообразности сохранения типовой рамы. В 4-осных цистернах типовая унифицированная рама имеет длину и базу .

Рис.2 Схема котла цистерны

Внутренний диаметр котла 4-осной цистерны может быть определен также из зависимости

(1.9)

Полученная величина D1 должна быть округлена до ближайшего типового диаметра котла: 2000, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000, 3200 мм.

Принимаем

Объем цилиндрической части котла

(1.10)

где - длина цилиндрической части котла;



Объем днища

(1.11)

где - объем овалоидной части,

(1.12)

где - внутренний радиус днища,

- внутренняя высота овалоидной части днища,

Объем люка равен:

, (1.13)

где - диаметр люка;

- высота люка;

1.4 Определение линейных размеров цистерны

Внутренняя длина котла:

(1.14)

где - высота днища, м.

Высота днища

, (1.15)

где h₀ - внутренняя высота овалоидной части днища;

Длина цилиндрической части:

(1.16)

Тогда внутренняя длина котла равна

Наружная длина котла вычисляется по формуле



, (1.17)

где - толщина днища,

Длина рамы по концевым балкам равна

, (1.18)

где - расстояние от наружной поверхности котла до лобового листа концевой балки; = 0,15;

База цистерны вычисляется по формуле

. (1.19)

Длина консольной части равна

. (1.20)



Длина цистерны по осям сцепления автосцепок

, (1.21)

где - вылет автосцепки, = 0,61 м.

Известно, что сокращение межвагонных промежутков приводит к улучшению характеристик вагона, в том числе основных из них - к повышению погонной нагрузки и снижению транспортных издержек. В цистернах более просто, по сравнению с другими типами вагонов, можно уменьшить расстояние между соседними днищами котла до 500 мм, заглубив автосцепные устройства, при этом можно принять = 0,61 м.

Полная высота цистерны определяется по формуле

(1.22)

где - расстояние от головки рельсов до нижней опорной точки котла на раму (для 4-осных цистерн^: =1290 мм);

- высота люка с крышкой, =0,3 м;

- наружный диаметр котла,

, (1.23)

где - внутренний диаметр котла;

- толщина верхнего листа котла,

- толщина нижнего листа котла,

Величина погонной нагрузки спроектированной цистерны определяется

. (1.24)

Полученное значение погонной нагрузки не должно превышать, допускаемой по заданию



2 Расчет котла на прочность и устойчивость

Котлы цистерн рассчитываются на силу внутреннего давления, вертикальные статические и динамические силы, а котлы безрамных цистерн - дополнительно еще и на продольные силы по I и III режимам загружения. Цилиндрическая оболочка котла проверяется на устойчивость при внешнем давлении.

Котел рассчитывается на максимальное внутреннее давление, которое определяется как сумма давления паров жидкости или газа и давления , создаваемого гидравлическими ударами жидкости, обусловленных продольными силами инерции, т.е..

Расчетная величина давления паров жидкости определяется по регулировке предохранительных клапанов и, в соответствии с техническими требованиями к цистерне данного типа, принимается:

-для цистерн общего назначения;

-для кислотных цистерн.

Наибольшая величина расчетного давления , создаваемая гидравлическим ударом в зоне днища, определяется из выражения

, (2.1)

где - сила инерции жидкости, МН;

- внутренний радиус цилиндрической части котла, м.

Сила инерции жидкости



, (2.2)

где - продольная сила, действующая вдоль оси автосцепки, для I режима для III режима;

- масса груза, т;

Достигая наибольшего значения вблизи днища, воспринимающего силу инерции ТИ, это давление, в соответствии с нормами расчета вагонов на прочность, убывает по линейному закону до нуля у противоположного днища. Следовательно, расчетное давление , в любом сечении котла, расположенном на расстоянии от сечения у днища с максимальным значением , определяется выражением

; (2.3)

В котле цистерны, подверженном действию внутреннего давления p, возникают напряжения, которые могут быть вычислены по формулам безмоментной теории оболочек. Такие оболочки, не испытывающие изгиба, называют мембранами, а напряжения в них, определяемые без учета изгиба, - мембранными напряжениями. Расчетная схема котла на внутреннее давление представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 Расчетная схема котла на внутреннее давление

Мембранные напряжения в расчетных сечениях котла составляют:

- в поперечном сечении I-I (меридиональные)

; (2.4)

- в продольном сечении II-II (экваториальные)

; (2.5)



-в сечении III-III (в месте примыкания цилиндрической части котла к днищу)

при

(2.6)

при

(2.7)

- в оболочке сферического днища

, (2.8)

где - расчетная толщина стенки цилиндрической части котла, м (берется на 1мм меньше фактической);

- расчетная толщина днища, м (берется на 2 мм меньше фактической);

- радиус днища, м;

- радиус переходной зоны от цилиндрической части к днищу, м.

Помимо этого, в отдельных частях котла возникают дополнительные напряжения:

-в зоне приварки люка к котлу, обусловленные изгибом листов котла и горловины люка;

-в стыковых швах при сварке листов различной толщины.

Эти напряжения суммируются с мембранными напряжениями, определенными по формулам (2.4) и (2.5).

Изгибающий момент для листов котла и горловины люка по средней образующей

, (2.9)

где - расчетное давление, ;

- коэффициенты затухания соответственно - для цилиндрической оболочки котла и горловины люка, определяемые по зависимости

, (2.10)

где - внутренний радиус, - радиус цилиндрической части котла - при определении и - радиус горловины люка - при определении , м;

- толщина верхнего листа - при определении и толщина горловины люка - при определении , м;

- коэффициенты упругости основания соответственно цилиндрической оболочки и горловины люка,

. (2.11)

Дополнительные меридиональные напряжения в цилиндрической части котла в месте приварки люка

; (2.12)

Дополнительные напряжения в горловине люка

(2.13)

Суммарные меридиональные напряжения в цилиндрической части котла в месте приварки люка

; (2.14)

а напряжения в обечайке люка

; (2.15)

В эти формулы следует подставлять значения и котла, если определяются напряжения в верхнем листе котла в месте приварки люка и значения и - при определении основных напряжений в люке.

Дополнительные экваториальные напряжения в котле, создаваемые стыковыми швами при сварке листов различной толщины,



, (), (2.16)

где - большая толщина стыкуемого листа котла;

- меньшая толщина стыкуемого листа котла;

- коэффициент, определяемый из выражения

; (2.17)

При основные напряжения и толщина листа берутся для верхнего листа, а при : и - для нижнего листа.

Экваториальным напряжениям сопутствуют дополнительные меридиональные напряжения

, (2.18)

где - коэффициент Паусона,;

Суммарные напряжения в месте соединения листов различной толщины:

- меридиональные

; (2.19)

-экваториальные

; (2.20)



3 Вписывание цистерны в габарит

Габарит 1-Т имеющий наибольшие размеры по ширине и высоте предназначен для вагонов, обращающихся по путям общей сети железных дорог, внешним и внутренним подъездным путям промышленных и транспортных предприятий.

Полуширина соответствующего габарита вагона 1-Т, м

=(0,69;1,395; 1,575)

Высота габарита в соответствующей точке, мм

=( 4650; 3800; 3500; 3100; 2600;430)

3.1 Вертикальные размеры строительного очертания (при вписывании в кривой участок пути).

Определим величину суммарного статического понижения рамы

(3.1)

где расчетная нагрузка на вагон (р),т;

общая гибкость рессорного подвешивания для тележек ЦНИИ-Х-3

, (3.2)



где m_бр - вес брутто вагона, т;

Р_тел - вес тележки - 4,85 т;

Р_н.б. - вес надрессорной балки - 0,4 т;

Величина наименьшего допускаемого вертикального размера строительного очертания кузова вагона понизу

; (3.3)

3.2 Горизонтальные размеры строительного очертания (при вписывании в кривой участок пути)

Определим наибольшие горизонтальные параллельные смещения вагона в одну сторону с середины колеи

(3.4)

где наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении в одну сторону от центрального положения рамы тележки относительно колесной пары,

наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении в одну сторону от центрального положения кузова относительно

рамы тележки,

Определим максимальный разбег изношенной колесной пары между рельсами (смещение из центрального положения в одну сторону)

(3.5)

где максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса, мм;

минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колес, мм.

Величина для вагонов колеи 1520 мм при радиусе расчетной кривой составит:

В пределах верхнего очертания габарита 02-Т ограничения имеют следующие выражения

(3.6)

(3.7)

где ограничение для направляющих поперечных сечений подвижного состава, мм;

внутреннее ограничение поперечных сечений подвижного состава, мм;

наружное ограничение поперечных сечений подвижного состава, расположенных снаружи его направляющих сечений, мм;

база вагона, м;

длина консоли вагона, ;

расстояние от рассматриваемого поперечного сечения подвижного состава до его ближайшего направляющего сечения,

величина, на которую допускается выход подвижного состава, проектируемого по габаритам 0-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ и 1-ВМ (в нижней части), за очертания этих габаритов в кривых участках пути (R = 250м), мм;

величина дополнительного поперечного смещения в кривых участка пути расчетного радиуса (250 м для габарита 02-Т) тележечного подвижного состава, мм;

коэффициент размерности, зависящий от величины расчетного радиуса кривой, мм;

величина, на которую допускается выход подвижного состава, проектируемого по габариту 1-Т, мм;

и дополнительные ограничения внутренних и наружных сечений подвижного состава, мм, имеющие место только у очень длинного подвижного состава и определяемые из условия вписывания в кривую радиуса 150 м, мм.

Таблица 3.1 - Значение коэффициентов

Габариты	Коэффициенты
	k1	k2	k3
Т, Тц, Тпр 1-Т	0,625р2 ?	2,5	180
1-ВМ, 0-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ	0,5р2	2	0

Для расчета примем: (база тележки ЦНИИ-Х-3);

Числовые значения и принимаем:

если

если ;

Если при расчете ограничений для поперечных смещений при габаритах 1-0Т, 02-ВМ, 03-ВМ и 1-ВМ (в нижней части) отрицательны, они принимаются равными нулю. Соответственно корректируем значения.

Расчет ограничений в прямом участке пути Величина для вагонов колеи 1520 в прямой составит

3.3 Определение размеров проектного очертания цистерны

Определим общее возможное повышение кузова, мм

где плюсовой допуск по высоте автосцепки от уровня верха головки рельса,

плюсовой допуск по высоте кузова,

Величина вертикального размера (рисунок 9) проектного очертания кузова определяем по формуле:

где высота габарита в соответствующей точке мм;

(точка 1);

(точка 2);

(точка 3);

(точка 4);

(точка 5).

Величина вертикального размера проектного очертания кузова понизу

Определим итоговую величину уменьшения горизонтальных размеров по полуширине строительного очертания в верхней и нижней частях кузова во всех сечениях по длине вагона:

где отклонение кузова вагона за счет конструктивных допусков по ширине габарита,

отклонение кузова вагона за счет технологических допусков по ширине габарита,

Номинальная полуширина проектного очертания вагона в сечении по лобовому брусу

Номинальная полуширина проектного очертания вагона в шкворневом сечении

Рисунок 4 Вертикальная рамка

Рисунок 5 Горизонтальная габаритная рамка

Вагон с параметрами, рассчитанными в пункте, 1 вписан в габарит 02-ВМ, что обеспечивает безопасность движения.



Заключение

В ходе расчётно-графической работы была спроектирована цистерна для перевозки спирта. Определены такие параметры цистерны как: грузоподъёмность, тара, линейные размеры котла и прочие. Произведён расчёт габарита цистерны.



Список использованных источников

1. Методические указания к курсовой работе №1 по дисциплине «Вагоны (общий курс)». Глазкова И.В.-Иркутск, 2003.

2. Конструирование и расчет вагонов: учебник / В.В. Лукин, П.С. Анисимов, В.Н. Котуранов и др.; под ред. П.С. Анисимова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ФГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2011. - 688с.

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

4. 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. - 424с.

Размещено на Allbest.ru

...