4

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство транспорта РФ

Омский государственный университет

путей сообщения (ОмГУПС)

Кафедра «ВВХ»

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту

“Конструкция и расчет вагонов”

Кирпиченко Е.М. Разгуляева М.В.

Омск 2016



РЕФЕРАТ

Курсовой проект содержит 29 страниц, 1 таблицу, 4 рисунка, 2 источника.

КОНСТРУИРОВАНИЕ, РАСЧЁТ КУЗОВА, ПОЛУВАГОН, ТЕЛЕЖКА, ГАБАРИТ, ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ, НАГРУЗКА, ЭФФЕКТИВНОСТЬ. грузоподъемность вагон линейный нагрузка

Целью курсового проекта является разработка новой конструкции вагона (полувагон модели 12-127).

Необходимо определить линейные размеры, вписать вагон в габарит 1-Т названного состава, определить нагрузки, действующие на вагон и его части, рассчитать и выбрать ось колёсной пары по условному методу, обеспечить устойчивость движения колёсной пары по рельсовому пути, рассчитать рессорное подвешивание, рассчитать срок окупаемости или экономическую эффективность.

Объектом проектирования является грузовой вагон (полувагон модели 12-127), состоящий из рамы, ходовых частей, автосцепного и тормозного оборудования.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ВАГОНА И ТЕЛЕЖКИ

2. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВАГОНА

2.1 Расчет грузоподъемности вагона

2.2 Определение линейных размеров вагона

3. ВПИСЫВАНИЕ ВАГОНА В ГАБАРИТ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

3.1 Определение горизонтальных размеров строительного очертания вагона

3.2 Установление вертикальных размеров строительного очертания вагона

3.3 Определение размеров проектного очертания вагона

4. НАГРУЗКИ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ВАГОН И ЕГО ЧАСТИ

4.1 Вертикальные нагрузки, действующие на детали тележки

4.1.1 Вертикальные нагрузки, действующие на детали тележки

4.1.2 Вертикальная динамическая нагрузка

4.1.3 Суммарная вертикальная нагрузка

4.2 Боковая нагрузка

4.3 Нагрузки, обусловленные силами инерции

5. РАСЧЁТ ОСИ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ПО УСЛОВНОМУ МЕТОДУ (МЕТОД ЦНИИ-НИБ)

6. УСТОЙЧИВОСТЬ ДВИЖЕНИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ПО РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕЕ

7. РАСЧЕТ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ

8. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННОЙ КОНСТРУКЦИИ ВАГОНА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Графический материал:

Чертеж полувагона 12-127



ВВЕДЕНИЕ

Вагонный парк, являясь массовым и одним из важнейших технических средств, выполняет основное назначение железнодорожного транспор-та -- перевозку разнообразных грузов и пассажиров. Его характерная особенность -- взаимодействие со всеми подразделениями и техни-ческими средствами железных дорог и многими предприятиями народного хозяйства страны. Кроме того, сложность оборудования вагонов и работа их в экстремальных условиях накладывает на процесс проектирования особую важность и высокие требования к специалистам, принимающим участие в создании новых типов этого подвижного состава.

Проектирование вагонов является сложной инженерной задачей, обеспечивающей безопасность движения поездов. В значительной мере оно влияет на технико-экономические показатели всех подразделений железных дорог и многих отраслей народного хозяйства и населения страны, пользующихся услугами железнодорожного транспорта. Вагон представляет собой сложную систему, включающую механические, электро-, теплотехнические и другие подсистемы. Поэтому в создании нового типа и конструкции вагона принимают участие специалисты научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций, заводов вагоностроительной, металлургической, электро-технической и других отраслей промышленности.

В процессе проектирования железнодорожный вагон рассчи-тывают на прочность и устойчивость при движении в поездах большой массы с высокими скоростями, учитывая их длитель-ный срок службы. Вагон в целом и его отдельные части в про-цессе эксплуатации подвергаются действию разнообразных нагрузок. Часть этих нагрузок имеет вполне определенные характер воздействия и величину, а остальные нагрузки или силы являются переменными во времени по величине и знаку, а иногда имеют вероятностную природу.

К постоянным во времени нагрузкам относят собственный вес вагона (тара) и действующий на вагон в течение весьма длительного периода его эксплуатации вес находящегося в нем груза или пассажиров.

Оценка прочности элементов вагона включает в себя опре-деление расчетных сил, действующих на исследуемый элемент; величины и характера напряжений, возникающих в сечениях элемента от действия на него расчетных сил; допустимости воз-никающих в элементе напряжений для его безопасной и надеж-ной работы в пределах установленного срока эксплуатации.

Новые конструкции вагонов должны удовлетворять требованиям ГОСТов, правилам эксплуатации железных дорог, техники безопасности, экологии, противопожарным требованиям и санитарно-гигиеническим нормам для пассажиров и обслуживающего персонала. Вагоны, предназначенные для обращения на международных линиях, должны также удовлетворять требованиям международных правил и соглашений.



1. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ВАГОНА И ТЕЛЕЖКИ

Полувагон модели 12-127 является цельнометаллическим четырехосным полувагоном. Характерным признаком этого полувагона является: перевозка грузов, не требуемых защиты от атмосферных осадков.

В полу кузова предусмотрены два небольших люка, открывающиеся вовнутрь. Люки расположены по диагонали кузова в его углах и служат для стока воды, а также для зачистки кузова. Боковые стены состоят из гладкой металлической обшивки и подкрепляющего ее каркаса. Торцовые стены выполнены глухими.

Рама представляет собой цельносварную конструкцию, состоящую из хребтовой балки, двух концевых балок, двух шкворневых балок и восьми поперечных промежуточных балок. Хребтовая балка сварена из двух Z-образных профилей, шкворневая - имеет замкнутое коробчатое сечение.

На раме закреплены некоторые части тормозного оборудования, такие как: тормозной цилиндр, запасный резервуар, воздухораспределитель и др.. Кузов вагона 12-127 опирается на две двухосные тележки модели 18-578.

Тележка модели 18-578. Тележка модели 18-578 с увеличенной гибкостью рессорного подвешивания и износостойкими элементами предназначена для подкатки под грузовые вагоны с измененной конструкцией скользунов на раме вагона. Тележка обеспечивает пробег до первого деповского ремонта 500 тыс. км.

Тележка состоит из двух колесных пар с буксами, двух боковых рам, подпятника, рессорного подвешивания, надрессорной балки, устройства отвода колодок, тормозной рычажной передачи. Рама трехэлементная из литых несущих деталей, у которых повышенный коэффициент запаса усталостной прочности.

Нагрузка от оси на рельсы у данной тележки составляет 23,5 тс. Её преимуществами по сравнении с распространенной тележкой модели 18-100, являются: улучшение ходовых качеств вагона, уменьшение воздействия на путь и повышение безопасности движения, улучшение динамики порожнего вагона, улучшение динамических качеств и устойчивости вагона на 20%, повышение усталостной прочности пружин на 25%, повышение стабильности работы рессорного подвешивания, улучшение динамических качеств порожнего вагона.

Тележка 18-578 - является перспективной моделью для грузовых вагонов.



2. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВАГОНА

Основными параметрами вагона являются: грузоподъемность Р, тара Т, осность m_0, объем кузова V, линейные размеры. Для сравнивания вагонов между собой пользуются параметрами, представляющими отношения этих величин: удельный объем кузова v_y, коэффициент тары k_T, осевая и погонная нагрузка.

Правильный выбор параметров обеспечивает наименьшие затраты на перевозке грузов и пассажиров. Так как вагоны имеют длительный срок службы, то вновь проектируемые конструкции должны удовлетворять не только современным, но и перспективным условиям эксплуатации.

2.1 Определение массовых параметров вагона

Определение веса брутто рассчитываемого вагона:

, тс (2.1)

где m₀ - число осей вагона,

р₀ - осевая нагрузка, тс.

тс.

Определение грузоподъемности рассчитываемого вагона:

, тс (2.2)

где k_T- коэффициент тары

, (2.3)

где Т=23,9 тс - тара вагона модели ,

Р=70 тс - грузоподъемность вагона модели.

,

Определение тары рассчитываемого вагона:

, тс (2.4)

тс;

Определение тары и грузоподъемности рассчитываемого вагона с учетом замены его некоторых элементов на более эффективные (облегченные):

, (2.5)

где T - уменьшение тары вагона после внедрения облегченных элементов.

Мероприятия по снижению тары вагона:

- использование полой оси (снижение веса детали на 100 кгс);

- изготовление хребтовой балки четырехосного вагона путем холодной формовки (снижение веса детали на 405 кгс).

Таким образом, уменьшение тары вагона после внедрения облегченных элементов равно:

т.

Таким образом, скорректированная грузоподъемность и тара:

т,

т.

.

2.2 Определение линейных размеров вагона

Определение объема кузова рассчитываемого вагона:

, м³ (2.6)

где V_уд^опт =1,1 м³/т - удельный объем;

м³.

Определение внутренней длины вагона:

, м (2.7)

где F_k - площадь поперечного сечения кузова, заполненного грузом, м²;

(2.8)

где H_в - высота стенки кузова,

B_в - внутренняя ширина кузова.

Согласно габариту 1-Т: 2В_в=3000 мм,

Н_в=2080 мм;

м²;

м.

Внутреннюю длину вагона принимаем с учетом существующих сортаментов длинномерных грузов и лесоматериалов кратной длине разгрузочного люка, т.е. 1750 мм:

2L_в=14 м.

Длина вагона по раме равна:

2L_р=2L_в+2а_т, м (2.9)

где а_т - толщина торцевой стенки кузова, м.

2а_т =2L_р^(б) -2L_в^(б), (2.10)

где 2L_р^(б) и 2L_в^(б) - соответственно длина рамы и внутренняя длина кузова базового вагона

2а_т =13,440-12,700=0,74 м

2L_р=14+0,74=14,74 м.

Длина вагона по осям автосцепок:

2L₀=2L_р+2а_а, м (2.13)

где а_а=0,61- вылет автосцепки, м.

2L₀=14,47+2·0,61=15,96 м.

База вагона определяется по формуле:

, м (2.14)

м.

Длина консольной части вагона равна:

, м (2.15)

Из условия размещения автосцепного оборудования на раме вагона длина консоли не должна быть менее 1500 мм.



3. ВПИСЫВАНИЕ ВАГОНА В ГАБАРИТ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

3.1 Определение горизонтальных размеров строительного очертания вагонов

Максимальные допускаемые горизонтальные строительные размеры вагона получают путем уменьшения размеров подвижного состава на величину смещений, обусловленных зазорами, износами ходовых частей и прогибом рессорного подвешивания вагона, а также выносом частей вагона при движении по кривым участкам пути.

Таким образом, допускаемая ширина вагона на некоторой высоте Н над уровнем верха головки рельсов определяется:

2В=2(В₀-Е), мм (3.1)

где В₀ - половина ширины габарита подвижного состава, в который производится вписывание вагона, на некоторой высоте Н;

Е - одно из ограничений полуширины вагона за счет максимально возможных смещений.

Для габарита В₀=1600 мм.

Для направляющих поперечных сечений (по шкворням тележки) ограничение определяется по формуле:

Е₀=0,5(S_к - d_г) + q + щ + (к₁ - к₃) - к, мм (3.2)

Ограничение полуширины для внутренних сечений, расположенных между направляющими, или пятниковыми сечениями определяется:

Е_в=0,5(S_к - d_г) + q + щ + ?к₂(2l - n)n + к₁- к₃??- к + ?,мм (3.3)

Для поперечных сечений, расположенных снаружи пятниковых, то есть на консолях вагона, ограничение вагона определяется по формуле:

Е_н = (+ q + щ) + ? к₂(2l + n)n - к₁ - к₃??- к + ?,мм (3.4)

где 0,5(S_к - d_г) - максимальный разбег предельно изношенной колесной пары в колее,

S_к - максимальная ширина колеи в кривых расчетного радиуса,

d_г - минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колесной пары,

q - наибольшее горизонтальное смещение буксового узла из центрального положения в одну сторону, мм,

щ - наибольшее горизонтальное смещение надрессорной балки тележки из центрального положения в одну сторону, мм,

к₁- величина дополнительного смещения тележечного вагона в кривой расчетного радиуса;

к₁=;

2l_т - база тележки,

к₂ - коэффициент, зависящий от радиуса кривой;

к₂=;

к₃ - льготное уширение габарита приближения строений в кривой;

к₃=;

2lр=17- база расчетного двухосного вагона с длиной рамы 17 м, у которого выносы в кривой консолей и средней части одинаковы, м;

к - допускаемый выход частей вагона за габарит строительного очертания;

2l - база вагона, м,

n - расстояние от рассматриваемого сечения вагона до ближайшего шкворня тележки, м

S_к =1543 мм,

d_г = 1489 мм,

q+щ = 31 мм,

2l_т = 1,85 мм,

к₁= 2,14 мм,

к₂= 2,5 мм,

к₃= 180 мм,

к= 0,

==0,

2l= 10423 мм.

При расчете кривого участка пути:

Е₀=0,5·(1543-1489)+31+(2,14 -180)= 58+(-177,86) мм;

Е_в=0,5· (1543-1489)+31+(2,5·(10,423-2,159)·2,159+2,14-180)=58+(-177,79) мм;

Е_н=+ 31· + (2,5·(10,423+2,159)·2,159-2,14-180)=

= 2,028+(-114,229)мм;

Полученные отрицательные значения в скобках указывают на то, что льготное уширение габарита приближения строений недоиспользовано.

Теперь определим ограничение полуширины вагона в прямом участке пути:



Е₀= 0,5(S_к - d_г) + q + щ; (3.5)

; (3.6)

(3.7)

мм;

мм;

Е_н== 71,421 мм;

Полученные значения ограничений сравнивают с ранее полученными в тех же сечениях, при этом их разность не должна превышать по абсолютной величине отрицательных значений в скобках.

Допускаемая ширина вагона зависит от наибольшего значения ограничения полуширины вагона из всех рассчитанных, тогда

2В=2·(1700-50,5)=3299 мм,

2В=2·(1700-50,5)=3299 мм,

2В=2·(1700 -71,421 )=3257,158 мм.

3.2. Установление вертикальных размеров строительного очертания вагонов

Рисунок 3.1 - Горизонтальная габаритная рамка.



Наибольшая высота строительного очертания проектируемого вагона, которую он может иметь в ненагруженном состоянии, определяется верхней линией габарита подвижного состава или исходя из других особых условий эксплуатации вагонов (высота загрузочных эстакад, размеры вагоноопрокидывателей и т.п.).

Наименьшие допускаемые вертикальные строительные размеры по низу (с высоты 1370 мм) получаются путем увеличения соответствующих вертикальных размеров габарита подвижного состава на значение возможного в эксплуатации статического параллельного понижения вследствие максимально нормируемого износа ходовых частей, а для обрессоренных деталей - и вследствие неравномерной осадки рессорного подвешивания.

Для этой цели вертикальные размеры габаритных линий, ограничивающих необрессоренные части, увеличивают на значение нормируемых износов ходовых частей (уменьшение толщины обода, опорной поверхности корпуса и буксы и т.п.); линий, ограничивающих обрессоренные части кузова, - на значение вышеуказанных износов и статического прогиба (осадки) рессорного подвешивания, зависящих от массы кузова и полезной нагрузки вагона.

Значения возможных понижений элементов четырехосных вагонов на роликовых подшипниках, мм, можно принимать следующие: букса - 53; рама тележки - 55; кузов вагона - 110.



3.3 Определение размеров проектного очертания вагона

Рисунок 3.2 - Вертикальная габаритная рамка.

Номинальные конструктивные размеры вагона получаются путем уменьшения размеров строительного очертания на размер технологических отклонений, допускаемых при постройке вагона.

Наибольшая высота проектного очертания вагона получается путем уменьшения высоты строительного очертания на плюсовой допуск высоты автосцепки и допускаемого при постройке вагона увеличения высоты кузова.

При определении горизонтальных номинальных конструктивных размеров вагонов следует учитывать симметричное относительно пути расположение их деталей, а значит и полей допусков. Для основных типов грузовых вагонов сварной конструкции итоговое технологическое отклонение принимают на высоте верхней обвязки равным 20 мм, а на высоте рамы вагона - 10 мм.



4. НАГРУЗКИ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ВАГОН И ЕГО ЧАСТИ

4.1 Вертикальные нагрузки, действующие на детали тележки

4.1.1 Вертикальная статическая нагрузка

Вертикальная статическая нагрузка, действующая на подпятник тележки определяется по формуле:

Р^(подп.)_ст=,тс (4.1)

где P^(б)_{к .п.} - масса колесной пары с буксами, тс;

P_б.р. - масса боковой рамы тележки, тс;

P_р.к. - масса рессорного комплекта тележки, тс;

n_б.р. - число боковых рам в тележках под вагоном;

n_р.к. - количество рессорных комплектов под вагоном;

m₁ - количество пятников на вагоне.

тс.

Вертикальная статическая нагрузка, действующая на рессорный комплект, определяется по формуле:

,тс (4.2)

, тс.

Вертикальная статическая нагрузка, действующая на боковую раму тележки:



,тс (4.3)

тс;

4.1.2 Вертикальная динамическая нагрузка

Динамическая нагрузка, действующая на рессорный комплект, определяется по формуле:

Р_д= Р_ст к_д.в, тс (4.4)

где к_д.в - коэффициент вертикальной динамики.

к_д.в=1,87· (4.5)

где - среднее значение коэффициента вертикальной динамики:

(4.6)

где а- коэффициент, принимаемый:

для обрессоренных частей тележки - 0,10;

для необрессоренных частей тележки - 0,15;

в= - коэффициент, учитывающий осность тележки;

- число осей в тележке;

V=33.3- максимальная скорость движения вагона, м/с;

f_ст= - статический прогиб рессорного подвешивания, м;

С_р.к. - жесткость рессорного комплекта, МПа;

=2;

в==1;

f_ст== 0,072 м;

С_р.к. - жесткость рессорного комплекта, МПа;

С_р.к. = 7·(0,309+0,143)=3,164;

где С_н, С_в - жёсткость наружной и внутренней пружин соответственно

Жёсткость любой пружины с круглым сечением прутка можно рассчитать по формуле:

С=

Среднее значение коэффициента вертикальной динамики для подпятника равно:

_.=

Среднее значение коэффициента вертикальной динамики для боковой рамы тележки:

_.=

Коэффициент вертикальной динамики для рессорного комплекта и подпятника:

к_д.в.= 1,87·0,1915=0,358,

Коэффициент вертикальной динамики для боковой рамы тележки:

к_д.в.= 1,87·0,2415 = 0,452,

Вертикальная динамическая нагрузка, действующая на подпятник, равна:

Р_д=44,8156·0,358=16,044 тс;

Вертикальная динамическая нагрузка, действующая на рессорный комплект, равна:

Р_д=22,7228·0,452=10,271 тс;

Вертикальная динамическая нагрузка, действующая на боковую раму, равна:

Р_д=22,86·0,452=10,333 тс.

4.1.3 Суммарная вертикальная нагрузка

Суммарная вертикальная нагрузка, действующая на любую деталь тележки, определяется:

Р_верт= Р_ст+ Р_д= Р_ст·(к_дв+1), (4.7)

Суммарная вертикальная нагрузка, действующая на подпятник, равна:

Р_верт=44,8156·(1+0,358)=60,859 тс.

Суммарная вертикальная нагрузка, действующая на рессорный комплект, равна:

Р_верт=22,7228·(1+0,452)=32,994 тс.

Суммарная вертикальная нагрузка, действующая на боковую раму, равна:

Р_верт=22,86·(1+0,452)=33,193 тс.

4.2 Боковые нагрузки

Боковая горизонтальная нагрузка, действующая на подпятник тележки и возникающая при движении вагона по кривому участку пути, складывается из центробежной силы и давления ветра на кузов:

Н=0,5(Н_ц+Н_в), тс (4.8)

где Н_ц - центробежная сила, направленная наружу кузова вагона, тс;

Н_в - равнодействующая сила давления ветра на кузов вагона, тс.

Величина центробежной силы, действующей на все части вагона, определяется с учетом возвышения наружного рельса над внутренним по формуле:

Н_ц= з_ц (Р_бр-2Р_т), тс, (4.9)

где з _ц=0,075 для грузовых вагонов.

Н_ц= 0,075·(99-2· 4,75)=6,7125 тс;

Равнодействующую силу давления ветра определяем по формуле:

Н_в=щF, тс (4.10)

где щ=50Н/мІ - удельное давление ветра, перпендикулярное боковой стене вагона, кгс/м²;

F - площадь боковой проекции кузова, м².

F=2L_pH_max^(к),

где H_max^(к) - максимальная высота кузова с учетом рамы вагона.

H_max^(к)=3885 мм;

F=14,74·3,885=57,265 м².

Н_в=0,05·57,265=2,863 т;

Боковая нагрузка равна:

Н=0,5·(6,7125+2,863)=4,788тс .

4.3 Нагрузки, обусловленные силами инерции

Силы инерции, возникающие при торможении, вызывают дополнительную загрузку

подпятников обеих тележек в горизонтальной плоскости и вертикальная загрузка передней по ходу движения тележки и такую же разгрузку задней.

Инерционная нагрузка при торможении приложена в центре тяжести кузова вагона и определяется по формуле:

Т_к=Р_кj/g, (4.11)

где Р_к=Р_бр-2Р_т - вес груза с кузовом, тс;

Р_т - масса тележки, тс;

g - ускорение силы тяжести, м/с²;

j - замедление при торможении, м/с²;

Р_т =4,75 тс;

Р_к =99-2·4,75=89,5 тс.

Силы инерции при торможении в случае отсутствия соударений вагонов в поезде определяется исходя из замедления, равного 0,2g, а при соударениях 3,0g.

Силы инерции кузова вызывают горизонтальные (вдоль оси вагона) нагрузки на подпятник каждой тележки и определяются по формуле:

Т_п= 0,5Т_к. (4.12)

Величину дополнительного вертикальной загрузки передней по ходу движения тележки определим по выражению:

, тс (4.13)

где h_п - высота опорной поверхности подпятника от горизонтальной плоскости, проходящей через центры осей, м;

h_ц - расстояние от центра тяжести вагона до центров осей колесных пар, м.

2l - база проектируемого вагона, м.

Значение h_п рассчитывается по формуле:

h_п = h_пп -D_р/2 - f_ст , (4.14)

где h_пп - расстояние от уровня верха головок рельсов до подпятника тележки, мм;

D_р - расчетный диаметр колеса, мм;

f_ст - статический прогиб рессорного подвешивания, мм.

Итак, рассчитаем величину дополнительного вертикальной загрузки передней тележки, а также горизонтальные (вдоль оси вагона) нагрузки на подпятник каждой тележки для двух режимов торможения:

- торможение при высоких скоростях:

Т_к = 0,2P_к;

Т_к = 0,2·89,5= 17,9 тс;

Т_п = 0,5·17,9=8,95 тс;

= 0,655 м; = 1,525 м;

h_п = м;

тс;

тс;

- торможение при низких скоростях:

Т_к = 3,0P_к;

Т_к = 3,0·89,5=268,5 тс;

Т_п = 0,5·268,5=134,25 тс;

= 0,655 м; = 1,525 м;

h_п = 0,261 м;

тс;

тс;



5. РАСЧЕТ ОСИ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ПО УСЛОВНОМУ МЕТОДУ (МЕТОД ЦНИИ-НИБ)

При расчете осей по данному методу учитываются вертикальные нагрузки на шейки осей и горизонтальные нагрузки.

Определим вертикальную статическую нагрузку на ось от массы вагона брутто по формуле:

, тс (5.1)

где q_кп - сила тяжести колесной пары без буксовых узлов, тс;

p₀ - допускаемая осевая нагрузка, тс;

q_кп = 1,2 тс;

р₀=24,75 тс;

тс

Рис. 5.1 Схема действия сил при условно методе расчета оси колесной пары.

Определение силы, вызывающей загружение левой шейки оси:

тс (5.2)

де h - расстояние от оси колесной пары до центра тяжести вагона, равное 1,45 м;

2b₂ - расстояние между серединами шеек оси, равное 2,036 м;

тс.

Определение силы, вызывающей загружение правой шейки оси:

тс (5.3)

Определение вертикальной опорной реакции для левого колеса:

тс, (5.4)

где r - радиус колеса, равный 0,475 м;

2S - расстояние между кругами катания колес, равное 1,58 м.

тс.

Определение вертикальной опорной реакции для правого колеса:

, тс (5.5)

Проверка правильности определения вертикальных нагрузок заключается в проверке справедливости равенства:

1,25Р₀= Р₁+ Р₂= N₁+ N₂; (5.6)

1,25·23,55=23,105+6,333=29,065+0,373

29,438=29,438=29,438

Определение изгибающего момента у внутренней галтели шейки, тс·м:

, (5.7)

где l₁ - длина шейки оси, равная 0,176 м.

тс·м.

Определение изгибающего момента в плоскости круга, тс·м:

(5.8)

где l₂ - расстояние от середины шейки до плоскости круга катания, равное 0,288м.

Н=0,5·Р₀;

тс·м.

Определение изгибающего момента в середине оси, тс·м:

(5.9)

тс·м

Определение допускаемых диаметров шейки d₁, подступичной части d₂, средней части оси d₃, м:

(5.10)

где напряжения , МПа

(в шейке);

(в подступичной части);

(в средней части).

По полученным основным диаметрам выбираем стандартную ось колесной пары. Такой осью является ось РУ-1 с диаметрами равными: d₁ =130 мм, d₂ =194 мм, d₃ =165 мм.



6. УСТОЙЧИВОСТЬ ДВИЖЕНИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ПО РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕЕ

Согласно нормам для оценки устойчивости колеса против схода с рельсов подсчитывается коэффициент устойчивости к_уст и требуется соблюдение следующего условия:

к_уст = · [К_уст], (6.1)

где - коэффициент:

=1,034; (6.2)

- угол наклона образующей гребня колеса к горизонтальной оси;

- коэффициент трения скольжения ненабегающего колеса о головку рельса;

Р_{в 1}и Р_в2 - вертикальные составляющие силы реакции набегающего и ненабегающего колес на головку рельса соответственно, тс;

Р_б=Н_р+м·Р_в2 - горизонтальная составляющая силы реакции набегающего колеса на головку рельса, тс;

рельса;

= 60⁰;

м=0,25;

[к_уст]= 1,5

) +0,528 (6.3)

) +0,222 (6.4)

где Р_ст^(м) - вертикальная статическая нагрузка, действующая на шейку оси, тс;

т - сила тяжести колесной пары с буксами, тс;

к_дв - коэффициент вертикальной динамики, рассчитываемый по формуле (2.6) при а=0,1;

к_дг - среднее значение коэффициента динамики боковой качки:

v - скорость движения вагона, м/с;

в= - коэффициент, учитывающий осность тележки;

) +0,528 ) +0,222

P_б=Н_р+Р_в2; (6.7)

P_б = 2,844+0,25·12,575= 5,988 тс;

Н_р = 24,75·0,1149= 2,844 тс;

к_уст = 1,034 · [К_уст],

Условие устойчивости колеса против схода с рельсов (4.1) выполняется, а значит при заданном режиме движения вагон не сойдет с пути.



7. РАСЧЕТ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ

Рис. 7.1 Пружина рессорного подвешивания.

Статическая сила, приходящаяся на одну двухрядную пружину, тс

, (7.1)

где - масса необрессоренных частей;

n₂ - количество двухрядных пружин в тележках.

.

Расчетная нагрузка, действующая на двухрядную пружину с учетом максимальных динамических сил, тс:

(7.2)



где - максимальное значение коэффициента вертикальной динамики, определенный по формуле (4.5) для необрессоренных частей тележки, равный 0,452.

.

Расчетные нагрузки, действующие на пружины, тс:

, (7.3)

где - сумма жесткостей внутренней и наружной пружин.

,

.

Рассчитываем поправочный коэффициент:

, (7.4)

где ,

D - диаметр пружины, d - диаметр прутка.

,

,

,

.

Проверим напряжение в материале пружин по формуле:

, (7.5)

Оно должно удовлетворять условию:

, (7.6)

где

,

.



8. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННОЙ КОНСТРУКЦИИ ВАГОНА

При технико-экономических расчетах вагоны, пригодные для перевозки одних и тех же грузов, сравнивают между собой по следующим основным показателям:

удельному объему;

использованию грузоподъемности;

коэффициенту тары;

нагрузке от оси на рельсы;

себестоимости перевозки грузов;

эксплуатационным и капитальным затратам и т.д.

В результате расчетов можно определить срок окупаемости и решить вопрос о целесообразности внедрения разработанной конструкции вагона.

Срок окупаемости разработанной конструкции вагона определяется по формуле:

, (8.1)

где ?К_н - ?К_с - дополнительные капитальные вложения при внедрении новых конструкций

вагонов;

?К_н и ?К_с - общие капитальные затраты на приобретение новых и серийных вагонов,

потребных для выполнения расчетного грузооборота;

?С_н - ?С_с - экономия эксплуатационных расходов при выполнении вагонами новой

конструкции расчетного грузооборота;

?С_н и ?С_с - общие годовые эксплуатационные затраты для новой и существующей конструкций вагона.

Годовые эксплуатационные расходы для новых или серийных конструкции вагонов при выполнении ими расчетного грузооборота составляют:

?С_{н (с)} > с_г?N, (8.2)

где с_г - годовые эксплуатационные затраты при перевозке грузов в одном вагоне;

?N - количество вагонов, необходимых для выполнения расчетного грузооборота.

Годовые эксплуатационные затраты для одного вагона:

с_г = с₀mk_г, (8.3)

где с₀ - общая себестоимость перевозки грузов в данном вагоне;

mk_г - годовая производительность в тонно-километрах нетто, выполняемая одним вагоном.

Возможная годовая производительность одного вагона определяется по формуле:

mk_г=РSл(365 - n_нр)/(1 + б_пор), (8.4)

где Р - грузоподъемность вагона, тс;

S - среднесуточный пробег вагона, км;

л- коэффициент использования грузоподъемности вагона;

n_нр - число нерабочих дней вагона;

б_пор - коэффициент порожнего пробега.

Количество вагонов, необходимых для выполнения расчетного грузооборота, определяется по выражению:

(8.6)

где ?Pl - расчетный годовой грузооборот.

?Pl = 100 млрд ткм;

С точки зрения эффективности разработанной конструкции необходимо выполнение условия:

?С_с> ?С_н (8.7)

Для расчета годовых эксплуатационных расходов при выполнении расчетного грузооборота существующей конструкции вагона и разработанной необходимо определить значение себестоимости перевозки грузов с₀ в сравниваемых вариантах вагонов.

Общая себестоимость перевозок грузов в разработанной конструкции вагона определяется по формуле:

с₀ = с_нк?_нк + с_т?_т + с_п?_п, (8.8)

где с_нк - себестоимость перевозок грузов по начально-конечной операции;

?_нк - коэффициент корректировки себестоимости перевозки грузов по начально-конечной

операции;

с_т - себестоимость перевозки по транзитной операции;

?_т - коэффициент корректировки себестоимости перевозки по транзитной операции;

с_п - себестоимость перевозки по операции передвижения;

?_п - коэффициент корректировки себестоимости перевозки по операции передвижения.

, (8.9)

где Р_с, Р_н - грузоподъемность существующей и новой конструкций вагона соответственно;

л_с, л_н - коэффициент использования грузоподъемности существующей и новой конструкций вагона соответственно.

Для операции передвижения коэффициент корректировки себестоимости перевозки равен:

г _п = (8.10)

где Т_с и Т_н - тара существующей и новой конструкции вагона соответственно;

б^с_пор и б^н_пор - коэффициент порожнего пробега вагона существующей и новой конструкции соответственно.

Дополнительные капитальные затраты от приобретения расчетного парка новых конструкций вагонов вместо серийных определяются:

?К_д = ?К_н - ?К_с, (8.11)

Общие капитальные затраты на приобретение вагонов, потребных для выполнения расчетного грузооборота:

?К_н(с) = Ц_н(с)?N_{н (с)}, (8.12)

где Ц_н(с) - цена новой или серийной конструкции вагона;

?N_н(с) - количество вагонов новой или серийной конструкции, необходимых для выполнения расчетного грузооборота.

, (8.13)

где Ц_н и Ц_с - цена нового и серийного вагонов;

V_н и V_с - объем кузова нового и серийного вагонов;

В - коэффициент, учитывающий удорожание вагона, его новизну и сложность конструкции.

Произведем расчет технико-экономической эффективности разработанной конструкции вагона:

Возможная годовая производительность одного вагона (8.4):

mk_г= ткм.

Количество новых вагонов, необходимых для выполнения расчетного грузооборота (8.5):

Коэффициент корректировки себестоимость перевозки по начально-конечной операции и по транзитной операции (8,6):

?_нк=?_т=.

Коэффициент корректировки себестоимость перевозки по операции передвижения (8.9):

г _п =

Общая себестоимость перевозки грузов в вагоне разработанной конструкции (8.7):

с₀^(н)=11,69·0,93+14,34·0,93+47,51·0,99 =71,2 коп.=0,712 руб.

Годовые эксплуатационные затраты для одного вагона новой конструкции (8.3):

с_г^(н)=0,712·4007743,465 =2853513,347 р.

Годовые эксплуатационные расходы для вагонов новой конструкции при выполнении ими расчетного грузооборота (8.2):

?С_н =2853513,347 ·24952=71200865034,344 р.

Общая себестоимость перевозки грузов в вагоне существующей конструкции 12-127:

с₀^(с)=0,735 руб/ткм.

Возможная годовая производительность одного такого вагона (8.4):

mk_г= ткм.

Годовые эксплуатационные затраты для одного вагона существующей конструкции (8.3):

с_г^(с)= 0,735·3716338,583 =2731508,859 р.

Количество серийных вагонов, необходимых для выполнения расчетного грузооборота (8.5):

Годовые эксплуатационные расходы для вагонов существующей конструкции при выполнении ими расчетного грузооборота (8.2):

?С_с =2731508,859·26909=73502171886,831 р.

Цена нового вагона (8.12):

Ц_н=

Общие капитальные затраты на приобретение вагонов новой конструкции, потребных для выполнения расчетного грузооборота (8.11):

?К_н =2540758·22180=56354012440.

Общие капитальные затраты на приобретение вагонов существующей конструкции, потребных для выполнения расчетного грузооборота (8.11):

?К_с=2200000·26909=59199800000.

Дополнительные капитальные затраты от приобретения расчетного парка новых конструкций вагонов вместо серийных (8.10):

?К_д =56354012440-59199800000=-2845787560 р.

Проверка выполнения условия эффективности разработанной конструкции (8.6):

?К_с > ?К_н

Срок окупаемости разработанной конструкции вагона подсчитывается по формуле:

(8.14)

Таблица 8.1

Сравнительный анализ спроектированного и серийного вагонов

Технико-экономические параметры	Обозначе-ние	Значение величины для серийного вагона	Значение величины для спроектирован- ного вагона
Грузоподъемность, тс	Р	70	74,631
Тара, тс	Т	23,9	24,369
Коэффициент тары	кт	0,341	0,326
Удельный объем кузова, м3	vу	1,09	1,1
Объем кузова, м3	V	76	82,094
Длина вагона по осям сцепления автосцепок, мм	2L0	14520	15020
Длина рамы вагона, мм	2Lр	13440	14740
База вагона, мм	2l	8650	10423
Ширина вагона в свету, мм	2B	3134	3299
Осевая нагрузка, тс/ось	р0	23,5	24,75
Себестоимость перевозки, коп/ткм	с0	73,5	71,2
Годовые эксплуатационные расходы, р.	?С	73502171886,831	71200865034,344
Цена вагона, р.	Ц	2200000	2540758
Капитальные затраты, р.	?К	59199800000	56354012440
Габарит		1-Т	1-Т

Сравнение технико-экономических параметров спроектированного вагона и параметров базового вагона модели 12-127 показывает превосходство первого над последним, что свидетельствует о целесообразности замены старого парка вагонов на вагоны, рассчитанные в настоящей работе. Внедрение разработанной конструкции, по сравнению с существующей, позволит значительно сэкономить средства народного хозяйства.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте был разработан новый полувагон на основе существующего, модели 12-127, с грузоподъёмностью - 74,631 и тарой - 24,369. Также были рассчитаны основные его параметры такие, как база вагона, ширина, высота и пр. Было произведено вписывание спроектированного вагона в габарит 1-Т. Рассчитаны основные нагрузки, действующие на вагон, устойчивость колесной пары на рельсовой колее, подвешивание рессорного комплекта.

В результате расчета технико-экономической эффективности разработанного вагона, можно сделать вывод, что его разработка и производство являются целесообразными, так как новый вагон обладает лучшими характеристиками (в сравнении со старым вагоном). Стоимость нового вагона и затраты на его строительство превышают затраты на постройку старого вагона, однако срок окупаемости спроектированной модели невелик и составляет 1,4 года.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методические указания для изучения конструкции ходовых частей вагонов. /В. В .Зубенко, Е. М. Кирпиченко, В. И. Рейнгольд, Е. В. Беспрозванных; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2008. 46 с.;

2. Учебно-методическое пособие к выполнению курсового проекта по дисциплине «Конструирование и расчет вагонов» / В. В. Зубенко, Е. М. Кирпиченко; Омский гос. ун-т сообщения. Омск, 2015. 38 с.

Размещено на Allbest.ru

...