Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования «ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I»

Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»

Специальность: 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог»

Специализация «Вагоны»

Курсовой проект

по дисциплине: «Конструирование и расчет вагонов»

на тему: «Расчет 4-осного универсального полувагона модели 12-9837

для перевозки насыпных и навалочных грузов мелких фракций, не требующих защиты от атмосферных осадков»

Работу выполнил:

Студент группы В-401з

О.В. Калинычев

Санкт-Петербург 2019

Содержание

Введение

1. Общее устройство вагона, важнейшие параметры и габаритные размеры. Принципиальные параметры решения основных узлов

1.1 Обзор и анализ вагонов проектируемого типа, обоснование основных предложений по совершенствованию конструкций

1.2 Конструктивная схема, технико-экономические параметры и линейные размеры вагонов

1.3 Вписывание вагона в габарит

1.4 Рама полувагона

1.5 Ходовые части вагона

1.6 Автосцепное оборудование

1.7 Тормозное оборудование

2. Расчет торцевой стенки вагона на прочность

2.1 Расчетная схема и основные силы, действующие на торцевую стенку

2.2 Материалы и допускаемые напряжения

3. Расчет ходовых частей вагона

3.1 Определение основных размеров колесной пары. Расчет оси и колеса

3.2 Расчет рессорного подвешивания (упругие элементы и гасители колебаний)

3.3 Расчет рамы и других деталей тележки

4. Расчет автосцепного устройства вагона

4.1 Расчет поглощающего аппарата

Введение

Цель курсового проектирования - на основе имеющегося вагона-прототипа усовершенствовать его конструктивные элементы, что позволило бы решить ряд проблем, связанных с его эксплуатацией.

Задачами курсового проектирования являются:

· изучение особенностей проектирования основных узлов полувагона;

· ознакомление с имеющимися аналогами заданного вагона-прототипа;

· анализ изменений конструкции и результатов расчётов под воздействием нагрузок при различных эксплуатационных режимах;

· разработка рекомендаций по модернизации отдельных элементов полувагона;

· приобретение навыков по методике расчёта, проектирования составных частей вагона с использованием ЭВМ.

1. Общее устройство вагона, важнейшие параметры и габаритные размеры. Принципиальные параметры решения основных узлов

Описание вагона. Четырехосный универсальный полувагон с глухими торцевыми стенами и люками (14 шт) без переходной площадки грузоподъемностью 70 т (модель 12-9837) предназначен для перевозки насыпных и навалочных грузов мелких фракций, не требующих защиты от атмосферных осадков, с температурой при погрузке не более +100 С, а также штабельных и тарно-штучных грузов с креплением их в соответствии с требованиями нормативной документации по путям промышленных и магистральных железных дорог.

Устройство вагона. Полувагон состоит из кузова, ходовых частей, тормозного оборудования, автосцепного устройства.

Кузов полувагона представляет собой сварную цельнометаллическую конструкцию, состоящую из хребтовой балки, двух шкворневых балок, двух средних поперечных балок, шести промежуточных поперечных балок и двух концевых балок. Хребтовая балка сварена из двух типовых зетов № 31, двутавра № 19 и горбыля. Шкворневые и средние поперечные балки имеют коробчатое сечение из двух вертикальных (толщиной 10 мм), верхнего и нижнего листов толщиной соответственно 10 и 12 мм. Промежуточные поперечные балки двутаврового сечения состоят из вертикального, верхнего и нижнего листов толщиной 7, 8 и 10 мм соответственно. Концевые балки -- коробчатого сечения, выполнены из двух швеллеров 27 по ГОСТ 8240--72*.

Боковая стенка кузова представляет собой рамную конструкцию, состоящую из верхней и нижней обвязок, соединенных между собой вертикальными стойками, выполненными из профиля по ГОСТ 5267.6--78. Верхняя обвязка -- составная, замкнутого сечения, выполненная из гнутого профиля и уголка. Нижняя обвязка -- прокатный уголок 160x100x10 мм (ГОСТ 8510--72*). Обшивка боковой стенки выполнена из гнутых профилей двух видов с периодически повторяющимися гофрами, толщиной 3 и 4 мм.

Торцовые стенки имеют верхнюю и нижнюю обвязки, боковые стойки и поперечные пояса. Верхняя обвязка изготовлена из замкнутого прямоугольного профиля 60x80x7 мм, нижняя -- гнутый уголок 180x100x8 мм. Поперечные пояса из профиля по ГОСТ 5267.6--78, боковые стойки из прокатного швеллера № 12. Обшивка выполнена из листов толщиной 5 мм.

Крышки разгрузочных люков в закрытом положении образуют пол полувагона. Крепление крышек к раме и их запирающие устройства осуществляются с помощью петель, валиков и оборудованы торсионами для облегчения закрытия, а также люкоулавливающими угольниками.

Полувагон оборудован пневматическим автоматическим тормозом с воздухораспределителем 483М авторежимом № 265А-1. На полувагоне применяются композиционные тормозные колодки. Имеется также ручной стояночный тормоз с приводом по ОСТ 24.290.01-78.

На вагоне применены автосцепки СА-3 с ограничивающим кронштейном, подпружиненной центрирующей балочкой и передним упором с расширенным окном.

Для удобства обслуживания и соблюдения техники безопасности полувагон оснащен подножками и поручнями для составителей поездов, лестницами на боковых стенах, скобами сигнального фонаря и маневровыми захватами.

Ходовой частью полувагона являются две стандартные двухосные тележки модели 18-100 по ГОСТ 9246-79* с подшипниками качения.

Рисунок 1 - Схема полувагона модели 12-9837

Таблица 1 Технические характеристики 4-осного полувагона модели 12-9837 для перевозки насыпных и навалочных грузов мелких фракций, не требующих защиты от атмосферных осадков.

Номер проекта	9837.00.000
Технические условия	ТУ 3182-037-01359563-2008
Модель вагона	12-9837
Тип вагона	1219
Изготовитель	ОАО «Завод металлоконструкций» условное клеймо 1169
Грузоподъемность, т	70
Масса тары вагона, т	24
Нагрузка: статическая осевая, кН (тс)	230,5(23,25)
Нагрузка: погонная, кН/м (тс/м)	43,41 (4,43)
Объем кузова, м3	78
Удельный объем, м3/т, не более	2,57
Скорость конструкционная, км/ч	120
Габарит, мм	1-ВМ
База вагона, мм	8650
Длина, мм: по осям сцепления автосцепок	13920
Длина, мм: по концевым балкам рамы	13740
Ширина максимальная, мм	3240
Высота от уровня верха головок рельсов, мм: максимальная	3980
Высота от уровня верха головок рельсов, мм: до нижней обвязки	1236
Количество осей, шт	4
Модель 2-осной тележки	18-100
Наличие переходной площадки	нет
Наличие стояночного тормоза	есть
Размеры кузова внутренние, мм: ширина	3010
Размеры кузова внутренние, мм: длина	13714
Размеры кузова внутренние, мм: высота	2729
Количество разгрузочных люков, шт	нет
Год постановки на серийное производство	2008
Год снятия с серийного производства	2010
Возможность установки буферов	нет

Габарит. Одним из главных условий безопасности движения локомотивов, вагонов и иного подвижного состава является предупреждение возможности их соприкосновения со стационарными сооружениями, расположенными вблизи железнодорожного пути, или с подвижным составом, находящимся на соседнем пути. Поэтому стационарные сооружения должны располагаться на определенном расстоянии от железнодорожного пути, а подвижной состав - иметь ограниченное поперечное очертание. ГОСТ 9238-83 устанавливает два типа габаритов: габариты приближения строений и габариты подвижного состава.

ГОСТ 9238-83 устанавливает строительное очертание подвижного состава как поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, наружу которого не должна выходить ни одна часть вновь построенного подвижного состава в ненагруженном состоянии при нахождении на прямом горизонтальном пути и при совмещении его продольной вертикальной срединной плоскости с осью пути. Строительные размеры вагона являются его максимальными допускаемыми размерами.

Проектное очертание подвижного состава представляет собой поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, внутри которого должны находиться все расположенные в рассматриваемом сечении элементы конструкции подвижного состава, имеющие номинальные размеры. Проектное очертание вагона имеет размеры, уменьшенные по сравнению с размерами строительного очертания на величину плюсовых допусков соответствующих частей и деталей вагона при его изготовлении и ремонте.

При проектировании вагона его номинальные размеры должны приниматься в пределах проектного очертания.

При изготовлении и выпуске вновь построенного или отремонтированного вагона с завода его фактические размеры не должны превышать размеры строительного очертания.

Габарит Тпр предназначен для полувагонов, допускаемых к обращению по путям общей сети железных дорог, внешним и внутренним подъездным путям промышленных и транспортных предприятий, сооружениях и устройствах, на которых отвечают требованиям, установленным Инструкцией по применению габаритов приближения строений и подвижного состава.

Рисунок 2 - Верхние очертания габарита 1 ВМ

Рисунок 3 - Нижние очертания габарита 1 ВМ

1.2 Конструктивная схема, технико-экономические параметры и линейные размеры вагона

1. Определяем массу брутто

M_бр=p_oх n = 23,5Ч 4=94,

где p_o- осевая нагрузка

n- число осей

Исходя из анализа вагонного аналога, задаемся коэффициентом тары равным 0,42.

2. Определяем расчетную грузоподъемность (округлить до тонны меньше)

= = 66 тонн

3. Определяем линейные размеры кузова

Удельный объем кузова = 1 / плотность = 1 / 0,35 = 2,86 м³/т

Требуемый объем кузова = грузоподъемность * удельный объем кузова = 66 * 2,86 = 188,7 м³

Длина рамы (требуемый объем кузова / ширина * высоту стенки)

Lp = 188,7 / 3,24 * 3,18 = 13,7 м

Длина вагона по осям сцепления автосцепок:

Длина рамы (длина кузова) + 2 вылета автосцепки (2*0,61)

min база вагона 7,8 м

min допустимая консоль 1,5 м



Рис. 4

Loc = 13,7 + 1,22 = 14,92 м

4. Погонная нагрузка на 1 метр пути

q = Рбрутто / Lос = 94 / 14,92 = 6,3 т/м

1.3 Вписывание в габарит

Вписывание в габарит

Таблица 2. Исходные данные и расчетные коэффициенты

Длина кузова	2L	18,23	Fm	1,281096
База вагона	2l	14,23
база тележки	Pт	1,85	K1	2,139063
Коэффициент к3	K3	180	DK0	-177,861
Коэффициент к2	K2	2,5	DK0P	0	S
Коэффицинт к	k	0
Смещение q	q	3
Смещение W	w	28	NBm	7,115
Расстояние между внут. Гранями колес	d	1437	NNm	2
Толщина гребня	t	25	q+w	31
Дополнительное смещение	Dq	0	d	1487
Ширина габарита	2B	3400
допуск на изготовление в плюс	е	10
Расчетный радиус	R	200

Таблица 3. Расчетная ширина колеи

1530	0.5(s-d)	21,5
Расчет максимального значения коэффициентов (выражения в квадратных скобках)
Коэффициенты		Расчетные значения	Разбег колесной пары
DKB	-51,3029	DKBP	0	S	1530		0.5(s-d)	21,5
DKН	-100,989	DKНP	0	S	1530		0.5(s-d)	21,5

Таблица 4 Выносы наружных частей вагона.

№№	координата от пятника	Dkh	Dkhp	Расчетная ширина колеи S	в	Вынос E
N1	0,4	-167,509	0	1530	0	55,45151089
N2	0,8	-152,079	0	1530	0	58,40302178
N3	1,2	-135,849	0	1530	0	61,35453268
N4	1,6	-118,819	0	1530	0	64,30604357
N5	2	-100,989	0	1530	0	67,25755446

Таблица 5 Выносы внутренних частей вагона

	№	координата от пятника	Dkh	Dkhp	S	б	E
1	N1	0,7115	-153,815	0	1530	0	52,5
2	N2	1,423	-132,3	0	1530	0	52,5
3	N3	2,1345	-113,316	0	1530	0	52,5
4	N4	2,846	-96,8638	0	1530	0	52,5
5	N5	3,5575	-82,9424	0	1530	0	52,5
6	N6	4,269	-71,5522	0	1530	0	52,5
7	N7	4,9805	-62,6931	0	1530	0	52,5
8	N8	5,692	-56,3652	0	1530	0	52,5
9	N9	6,4035	-52,5685	0	1530	0	52,5
10	N10	7,115	-51,3029	0	1530	0	52,5

Таблица 6 Очертания вагона

Для наружных частей вагона
сечение №	Строительное	Проектное	Для точек 8-10 габарита 1-Т и точек 9-10 габарита 1-ВМ строительное	проектное
	2Bc	2Bп
N1	3289,096978	3279,096978	3250	3240
N2	3283,193956	3273,193956	3250	3240
N3	3277,290935	3267,290935	3250	3240
N4	3271,387913	3261,387913	3250	3240
N5	3265,484891	3255,484891	3250	3240
Для направляющих сечений вагона
	2Bc	2Bп
	3295	3285	3250	3240
Для внутренних частей вагона
	2Bc	2Bп
N1	3295	3285	3250	3240
N2	3295	3285	3250	3240
N3	3295	3285	3250	3240
N4	3295	3285	3250	3240
N5	3295	3285	3250	3240
N6	3295	3285	3250	3240
N7	3295	3285	3250	3240
N8	3295	3285	3250	3240
N9	3295	3285	3250	3240
N10	3295	3285	3250	3240

Вывод: Ширина проектируемого вагона 3240 мм, а полученная максимально допустимая по вписыванию в габарит 3400 мм, следовательно, проектируемый вагон вписывается в габарит.

1.4 Рама полувагона

Рама полувагона (см. рис. 4) состоит из хребтовой балки, концевых, боковых продольных, поперечных и средних балок. Рама полувагона служит основанием кузова и воспринимает вертикальную нагрузку от груза, собственного веса и веса кузова, а также продольные усилия (растягивающие и сжимающие). Через пятники шкворневых узлов и боковые опоры кузова, рама опирается на надрессорные балки тележки. В центральное отверстие пятников и подпятников устанавливаются шкворни.

На раме устанавливаются: автосцепное устройство, стояночный и автоматический тормоза. Рама полувагона состоит из хребтовой балки, двух концевых балок, двух шкворневых балок, четырех промежуточных балок. В средней части рамы размещены кронштейны: тормозного цилиндра, крепления камеры, запасного резервуара, авторежима.

Балка хребтовая воспринимает вертикальные, растягивающие, сжимающие и ударные нагрузки. Она состоит из двух зетов 1 высотой 310 мм ГОСТ 5267.3 с расстоянием между вертикальными стенками внутри 350 мм, и двутавра 2 высотой 190 мм ГОСТ 5267.5, приваренного к зетам.

На концевые части хребтовой балки крепятся передние и задние упоры. Передние и задние упоры приварены к зетам дуговой сваркой. Между передними и задними упорами установлены усиливающие планки, одновременно выполняющие роль планок против истирания стенок зета поглощающими аппаратами.

В районе соединения хребтовой балки со шкворневыми балками установлены надпятниковые коробки 6, которые усиливают место над пятниками и связывают между собой вертикальные стенки хребтовой балки.

В районе установки поперечных балок в хребтовую балку вварены нижние листы 7 и диафрагмы 8.

Шкворневая балка предназначена для передачи через пятник и боковые опоры на тележку всех, возникающих в процессе эксплуатации полувагона статических и динамических нагрузок.

Балка представляет собой конструкцию коробчатого сечения переменной высоты и ширины, образованную верхним корытообразным листом, двумя вертикальными листами, нижним листом. К нижнему листу приварены скользуны. Между вертикальными листами для жесткости установлены диафрагмы. К нижнему листу, зетам и надпятниковой коробке крепится заклепками пятник. Верхний лист шкворневой балки соединен с нижней обвязкой боковой стены накладкой.

Вертикальные листы шкворневой балки соединяются с двутавром накладками. Соединение вертикальных листов с зетами усилено ребрами и планками. Для устранения технологических зазоров при сборке предусмотрены компенсаторы, соединение компенсаторов с нижним листом усилено ребрами.

Балка концевая предназначена для восприятия части нагрузок, действующих на раму, а также для установки и крепления торцевых и боковых стен. Балка представляет собой конструкцию коробчатого сечения, образованного листами: верхним, лобовым, нижними и вертикальными. На вертикальном листе установлены планки, предотвращающие просыпание груза на путь. Средняя часть лобового листа углублена по отношению к концам на 40 мм. Внутри балки, для жесткости, установлены ребра и ребра. На лобовом листе установлен кронштейн расцепного рычага, скоба сигнального фонаря. На нижнем листе одной из концевых балок установлен кронштейн привода стояночного тормоза.

Рисунок 5 - Рама полувагона 13-9837

На лобовом листе концевой балки, не оборудованной приводом стояночного тормоза, установлен поручень сцепщика. Вертикальные листы концевой балки соединяются с двутавром накладками.

Балка промежуточная предназначена для восприятия части нагрузок, действующих на раму. Балка представляет собой сварную конструкцию двутаврового сечения переменной высоты, состоящую из вертикальных листом, нижних листов и верхнего листа, имеющего корытообразную форму. Верхний лист промежуточной балки соединен с нижней обвязкой боковой стены накладкой. Соединение балки с двутавром хребтовой балки осуществляется посредством накладок.

1.5 Ходовые части вагона

Назначение тележки

Тележка двухосная модели 18-100 предназначена для подкатки под грузовые железнодорожные вагоны оборудованные авторежимом, с бесконтактными скользунами. Тележка обеспечивает эксплуатацию вагонов по магистральным железным дорогам колеи 1520 мм в интервале температур окружающей среды от +45 до -60 градусов с максимальной скоростью 120 км/ч.

Допускаемые скорости движения вагонов на тележках по путям перегонов, станций, сортировочных горок, подъездным и деповским путям устанавливаются в зависимости от конструкции и текущего состояния пути на конкретном участке.

Таблица 7 Техническая характеристика

Число осей	2
Масса, т	4,8
База, мм	1850
Конструктивная скорость, км/ч	120
Расстояние от уровня головок рельсов до опорной поверхности подпятника, м	0,806
Тип рессорного подвешивания	Одинарное центральное
Гибкость рессорного подвешивания, м/МН	0,125
Статический прогиб от массы брутто, мм	48

Устройство, состав тележки.

Тележка является ходовой частью вагона, через которую осуществляется взаимодействие вагона и пути, а также направленное движение по рельсовому пути.

Тележка состоит из:

- двух колесных пар с буксовыми узлами;

- двух боковых рам;

- надрессорной балки;



Рисунок 6 - Тележка двухосная модели 18-100

- рессорного подвешивания с центральным расположением рессорных комплектов в боковых рамах тележки;

- тормозной рычажной передачи с односторонним нажатием колодок на колеса и подвесными триангелями.

Сочленение боковой рамы с колесными парами осуществляется через опирание опорной поверхности боковой рамы на корпус буксы через износостойкую пластину.

При оборудовании вагона автоматическим регулятором режимов торможения на одной из тележек, подкатываемых под вагон, устанавливается опорная балка.

Кроме того, в тележке предусмотрены предохранительные устройства от падения на путь триангелей, чек, затяжек, осей (валиков) тормозной рычажной передачи в случае внезапных отказов и при разгрузке на вагоноопрокидывателях.

Рама боковая

Боковая рама предназначена для восприятия нагрузок, передаваемых от кузова вагона, передача их на колесные пары, а также для размещения рессорного комплекта.

Рессорное подвешивание

Рессорный комплект грузовой тележки модели 18-100 включает в себя два клиновых амортизатора 1 и от пяти до семи двухрядных пружин (грузоподъемностью до 50 т -- пять пружин, до 60 т -- шесть и более 60 т -- семь пружин), каждая из которых состоит из наружной 2 и внутренней 3 пружин, имеющих разную навивку -- правую и левую соответственно.

Рис. 7

Упругие элементы. В рессорном подвешивании современных вагонов наибольшее распространение получили цилиндрические пружины. Они просты в изготовлении, надежны в работе и хорошо амортизируют вертикальные и горизонтальные толчки и удары. Однако они не могут гасить колебания обрессоренных масс вагона и поэтому применяются только в сочетании с гасителями колебаний. Пружины изготавливают в соответствии с ГОСТ 14959. Опорные поверхности пружин делают плоскими и перпендикулярными к оси. Для этого концы заготовки пружины оттягиваются на 1/3 длины окружности витка. В результате этого достигается плавный переход от круглого к прямоугольному сечению. Высота оттянутого конца пружины должна быть не более 1/3 диаметра прутка, а ширина -- не менее 0,7 диаметра. Для изготовления вагонных пружин применяются стали 55С2,55С2А, 60С2,60С2А.

1.6 Автосцепное оборудование

Автосцепное устройство типа СА-3 грузовых вагонов размещается в консольной части хребтовой балки рамы кузова. Основные части автосцепного устройства:

- корпус автосцепки с деталями механизма,

- ударно-центрирующий прибор,

- упряжное устройство,

- упоры и расцепной привод.

Рисунок 8 - Автосцепное устройство типа СА-3

Корпус автосцепки 13 с механизмом предназначен для сцепления и расцепления вагонов, восприятия и передачи ударно-тяговых усилий упряжному устройству.

Корпус установлен в окно ударной розетки 9 и своим хвостовиком соединен при помощи клина 8 с тяговым хомутом 6.

Корпус автосцепки представляет собой пустотелую фасонную отливку, состоящую из головной части и хвостовика.

Внутри головной части размещены детали механизма автосцепки. Она имеет большой 1 и малый 4 зубья, которые, соединяясь, образуют зев. Торцовые поверхности малого зуба и зева воспринимают сжимающие усилия, а тяговые усилия передаются задними поверхностями большого и малого зубьев, та вертикальной стенке зева возле малого зуба имеется окно для замка 3, а рядом -- окно для замкодержателя 2.

Рисунок 9 - Корпус автосцепки

В верхней части головы отлит выступ 5, который воспринимает жесткий удар при полном сжатии поглощающего аппарата и передает его через розетку на раму вагона.

Со стороны малого зуба внутри головы отлита полочка для верхнего плеча предохранителя замка от саморасцепа, а со стороны большого зуба имеется шип для навешивания замкодержателя.

В нижней части головы выполнены отверстия для выступов замка автосцепки и горизонтальное отверстие для постановки валика подъемника. В пустотелом хвостовике сделано продолговатое отверстие 6 для клина, соединяющего корпус с тяговым хомутом.

Торец хвостовика 7 служит для передачи ударных нагрузок и имеет цилиндрическую поверхность, обеспечивающую горизонтальные повороты автосцепки.

Горизонтальная проекция зубьев, зева и выступающей части замка называется контуром зацепления.

Центрирующий прибор воспринимает от корпуса автосцепки избыточную энергию удара после полного сжатия поглощающего аппарата и центрирует корпус автосцепки.

Прибор имеет ударную розетку 9, две маятниковые подвески 11 и центрирующую балочку 12.

Ударная розетка 9 отлита заодно целое с передним упором и приклепана или приварена к концевой балке рамы. У розетки есть окно для постановки корпуса автосцепки и отверстия для маятниковых подвесок, а также ребра жесткости в верхней ударной части.

Центрирующая балочка 12 омегообразной формы с двумя плоскостями и двумя ограничителями (продольными и боковыми). При установке балочки на место продольный ограничитель захватывает нижнюю вертикальную стенку ударной розетки. Боковые ограничители удерживают корпус автосцепки при максимальных отклонениях в поперечном направлении.

Маятниковые подвески 11 имеют вид стержня диаметром 25 мм с двумя головками (верхней более широкой и нижней). Верхними головками подвески опираются на ударную розетку, а на нижние уложена центрирующая балочка.

Упоры автосцепки задние 1 и передние 9 служат для передачи растягивающих и сжимающих усилий на раму и кузов вагона. Передний упор совместно с розеткой представляет собой П-образную коробку с ребрами жесткости.

На расстоянии 625 мм от упорных плоскостей переднего упора к хребтовой балке приклепан или приварен задний упор 1, который также представляет собой П-образную отливку с ребрами жесткости.

У четырехосных вагонов с укороченными консольными частями (крытые вагоны и цистерны) задние упоры отливают заодно целое с надпятниковыми коробками. Для предупреждения истирания вертикальных стенок хребтовой балки поглощающим аппаратом на них между упорами приклепывают по две предохранительные планки.

Упряжное устройство передает упорам продольные силы от корпуса автосцепки и смягчает их действие. Оно размещено между передними и задними упорами автосцепного устройства и состоит из тягового хомута 6, поглощающего аппарата 5, клина 8, упорной плиты 7 и крепежных деталей клина и поддерживающей планки.

Нижней опорой тягового хомута и поглощающего аппарата является поддерживающая планка 4, прикрепляемая восемью болтами снизу к хребтовой балке. Тяговый хомут 6 представляет собой раму, внутри которой размещен поглощающий аппарат и упорная плита.

В головной части хомута имеется отверстие для клина. Внизу головной нижней части расположены приливы с отверстиями для болтов, предохраняющих клин от выпадания.

Опорная площадка хомута снабжена усиливающими ребрами. Клин тягового хомута прямоугольного сечения с округленными кромками в нижней части имеет заплечики, которыми он опирается на болты, удерживающие его от выжимания. Выемки в верхней части боковых поверхностей клина сделаны для уменьшения его массы.

Для данном полувагоне модели 12-9837 выбираем автосцепку СА3-полужесткого типа.

1.7 Тормозное оборудование

Пневматическая часть тормозного оборудования (рис. 8) включает в себя тормозную магистраль (воздухопровод) б диаметром 32 мм с концевыми кранами 4 клапанного или шаровидного типа и соединительными междувагонными рукавами 3; двухкамерный резервуар 7, соединенный с тормозной магистралью б отводной трубой диаметром 19 мм через разобщительный кран 9 и пылеловку -- тройник 8 (кран 9 с 1974 г. устанавливается в тройнике 5); запасный резервуар 11; тормозной цилиндр 1; воздухораспределитель № 483 м с магистральной 12 и главной 13 частями (блоками); авторежим № 265 А-1.

Авторежим служит для автоматического изменения давления воздуха в тормозном цилиндре в зависимости от степени загрузки вагона -- чем она выше, тем больше давление в тормозном цилиндре. При наличии на вагоне авторежима рукоятка переключателя грузовых режимов воздухораспределителя снимается после того, как режимный переключатель воздухораспределителя будет поставлен на груженый режим при чугунных тормозных колодках и средний режим при композиционных тормозных колодках. У рефрижераторных вагонов авторежима нет. Запасный резервуар имеет объем 78 л у четырехосных вагонов с тормозным цилиндром диаметром 356 мм и 135 л у восьмиосного вагона с тормозным цилиндром диаметром 400 мм.

Зарядка резервуара 7, золотниковой и рабочей камер воздухораспределителя запасного резервуара 11 производится из тормозной магистрали 6 при открытом разобщительном кране 9. При этом тормозной цилиндр через главную часть воздухораспределителя и авторежим 2 сообщен с атмосферой. При торможении давление в тормозной магистрали понижается через кран машиниста и частично через воздухораспределитель, который при срабатывании отключает тормозной цилиндр 1 от атмосферы и сообщает его с запасным резервуаром 11 до выравнивания давления в них при полном служебном торможении.

Тормозная рычажная передача грузовых вагонов выполнена с односторонним нажатием тормозных и одним тормозным цилиндром, укрепленным на хребтовой балке рамы вагона болтами.

Тормозная рычажная передача всех грузовых вагонов приспособлена к использованию чугунных или композиционных тормозных колодок. В настоящее время все грузовые вагоны имеют композиционные колодки. При необходимости перехода с одного типа колодки на другой необходимо изменить лишь передаточное число тормозной рычажной передачи путем перестановки валиков затяжки и горизонтальных рычагов (в более близко расположенное к тормозному цилиндру отверстие при композиционных колодках и, наоборот, при чугунных колодках). Изменение передаточного числа связано с тем, что коэффициент трения у композиционной колодки примерно в 1,5-1,6 раза больше, чем у чугунных стандартных колодок.

Рисунок 10 - Схема тормозного оборудования грузового вагона

В тормозной рычажной передаче четырехосного грузового вагона (рис. 9) горизонтальные рычаги 4 и 10 шарнирно соединены со штоком б и кронштейном 7 на задней крышке тормозного цилиндра, а также с тягой 2 и авторегулятором 3 и с тягой 7. Между собой они соединены затяжкой 5, отверстия 8 которой предназначены для установки валиков при композиционных колодках, а отверстия 9-- при чугунных тормозных колодках.

Тяги 2 и 7 соединены с вертикальными рычагами 7 и 12, а рычаги 14 соединены с серьгами 13 мертвых точек на шкворневых балках тележек. Между собой вертикальные рычаги соединены распорками 5, а их промежуточные отверстия шарнирно соединены с распорками 7 триангелей с тормозными башмаками и колодками, которые подвесками 16 соединены с кронштейнами боковых рам тележки. Предохранение от падения на путь деталей тормозной рычажной передачи обеспечивается специальными наконечниками 19 триангелей, расположенными над полками боковых рам тележки. Передаточное число тормозной рычажной передачи, например, четырехосного полувагона при плечах горизонтальных рычагов 195 и 305 мм и вертикальных рычагов 400 и 160 мм равно 8,95.

Рисунок 11 - Схема (а) и конструкция (б) рычажной передачи четырехосного грузового вагона

вагон колесо автосцепной

2. Расчет торцевой стенки на прочность

2.1 Расчетная схема и основные силы, действующие на торцевую стенку

Расчет производился методом конечных элементов с использованием пакета прикладных программ ANSYS 12.0, в соответствии с "Нормами для расчета и проектирования вагонов, железных дорог МПС колеи 1520 мм 1996 (несамоходных). В основу теории стержней положена гипотеза плоских сечений. Их используют для расчета, так как у стержня вместо сечения можно рассмотреть точку с шестью степенями свободы.

Для расчета была создана пластинчато-стержневая модель с использованием конечного элемента:

· №1 Beam 188 (тонкостенный стержень, основанный на теории Тимошенко);

· №2 Shell 63 (тонкая пластина).

Рисунок 12 - Схема конечно элементной модели BEAM 188

Расчет производился с использованием линейной изотропной модели материала и согласно нормам:

Модуль Юнга = 0,21*10¹³;

Коэффициент Пуассона = 0,3

Рисунок 13 - Схема конечно-элементной модели Shell 63

Сечения конструкций приведем ниже:

Рисунок 14 - Сечение BEAM 188

2.2 Материалы и допускаемые напряжения

Кузов вагона, торцевые стенки и другие силовые элементы изготавливаются из стали182Г2ФЛ класса прочности 440.

Допускаемые напряжения:

· При I режиме удара

= 418 МПа

· При дополнительном I режиме

Рисунок 15 - Общий вид конечно-элементной модели

Геометрические размеры торцевой стены - высота 2,78 м, ширина 3м.

Торцевая стена воспринимает нагрузки распорные от действия груза, а также продольные инерционные, действующие на полувагон в эксплуатации. Торцевая стена состоит из каркаса и обшивы. Обшива торцевой стены выполнена из трех листов, толщиной 5 мм. Каркас торцевой стены полувагона состоит из верхней обвязки, трех горизонтальных поясов, двух боковых стоек, двух вертикальных стоек.

Расчет торцевой стены по 1 расчетному режиму (воздействие груза при соударении) прикладываем на всю стену давление равное 100864,21 Па.

Р_гр = 0,35 ·m_гр·3,5g = 0,35·70·10³·3,5·9,81 = 841207,5 кг·м/с²

P₁ = = = 100864,21 Па

= 2,78 · 3 = 8,34 м²

Получаем распределение эквивалентных напряжений по 4 энергетической теории (теория Мизеса) равное 271 МПа в торцевой стене, показанные на рисунке 16.

Рисунок 16 - Расчетные напряжения по I режиму (271 МПа в нижнем поясе)

Расчет торцевой стены по дополнительному 1 расчетному режиму, когда давление равное 302592,63 Па действует на нижней пояс торцевой стены. Эквивалентное напряжение по 4 энергетической теории (теория Мизеса) равно 166 МПа представлены на рисунке 17.

P₂ = Р₁ · 3 = 100864,21 · 3 = 302592,63 Па

Выводы по результатам расчета с использованием стержневой модели

Максимальные эквивалентные напряжения при 1 расчетном режиме возникают в нижних волокнах нижнего листа обшивы 271 МПа, что меньше допускаемых напряжений при 1 расчетном режиме (418 МПа).

Рисунок 17 - Расчетные напряжения по I режиму (166 МПа в нижнем поясе)

Рисунок 18 - Перемещение по I режиму по оси Z

Максимальные эквивалентные напряжения при дополнительном 1 расчетном режиме возникают на нижних волокнах нижнего листа обшивы, величина которых составляет 166 МПа, что меньше допускаемых напряжений при 1 расчетном режиме (418 МПа).

Максимальные перемещения нижнего и среднего листа обшивы при дополнительном 1 расчетном режиме на нижнем листе обшивы составляют - 2 мм.

Так как напряжения в торцевой стене при всех расчетных режимах меньше допускаемых, то можно сделать вывод, что торцевая стенка соответствует требованиям «Норм…».

3. Расчет ходовых частей вагона

3.1 Определение основных размеров колесной пары. Расчет оси и колеса

Ось рассчитывалась условным методом на вертикальные нагрузки 1,25 P₀ и горизонтальные нагрузки 0,5 P₀ ,приложенные на расстоянии 1,45м. от оси. Материал оси - сталь ОС

Таблица 8 Допускаемые напряжения при расчете оси, упрочненной накаткой

Рисунок 19



Рисунок 20

Рисунок 21

Рисунок 22



Рисунок 23

Рисунок 24

Рисунок 25



Рисунок 26

3.2 Расчет рессорного подвешивания

Рисунок 27 - С учетом поперечной и продольной силы, разрез , внешняя часть



Рисунок 28 - С учетом поперечной и продольной силы, разрез

Рисунок 29 - С учетом поперечной и продольной силы, разрез, внутренняя часть



Рисунок 30 - С учетом поперечной силы, разрез, внутренняя сторона, первый режим

Рисунок 31 - С учетом поперечной силы, разрез, внешняя сторона, первый режим



Рисунок 32 - С учетом поперечной силы, разрез, первый режим

Рисунок 33 - Перемещение по оси Х первый режим

3.3 Расчет рамы и других деталей тележки

Боковая рама изготавливалась из стали 20ГФЛ ОСТ32.183-2001. Допускаемые напряжения для первого расчетного режима принимались 0,85 от предела текучести материала (предел текучести для стали 20ГФЛ согласно нормам 314 МПа).

Допускаемые напряжения для третьего расчетного режима принимались 150 МПа (согласно нормам).

Упругие характеристики материала согласно нормам для литых сталей принимались: модуль упругости Е = 1,8 х 10⁵ МПа, коэффициент Пуассона µ = 0,25, плотность материала принималась 7850 кг/м³.

Рисунок 34 - I режим квазистатика перемещение по Х

Рисунок 35 - I режим квазистатика перемещение по Y



Рисунок 36 - I режим квазистатика деформации разрез

Рисунок 37 - I режим квазистатика закрепления и силы



Рисунок 38 - I режим квазистатика перемещение по оси Z

Рисунок 39 - I режим квазистатика



Рисунок 40 - I режим квазистатика (увеличенное место критической нагрузки)

Рисунок 41 - Эпюра перемещений при III режиме



Рисунок 42 - Третий режим по Мизесу

Рисунок 43 - III режим, силы и закрепления



Рисунок 44 - Эквивалентные напряжения, разрез 1

Рисунок 45 - Эквивалентные напряжения, разрез 2



Рисунок 46 - Эквивалентные напряжения, разрез 2

4. Расчет автосцепного устройства вагона

В данном расчете была выбрана автосцепка СА-3, не жесткого типа

4.1 Расчет поглощающего аппарата

Требуемая энергоемкость поглощающего аппарата рассчитывается по формуле:

где m - масса вагона брутто; m=100 т

v - скорость соударения; v=2.5 м/с

кДж

Для проектируемого вагона выберем пружинно - фрикционный аппарат класса T1 марки РТ-120 с энергоемкостью 88 кДж и ходом 120 мм.

4.2 Расчет автосцепки.

Корпус автосцепки изготовлен из низколегированной стали марки 20ГЛ, имеющей следующие характеристики:

- временное сопротивление разрыву

- предел текучести

- относительное удлинение

Разрушение корпусов, отлитых из этой стали, происходит при усилии 4 МН, если продольные силы совмещены. Точный расчет головной части затруднен сложной конфигурацией, а также изменением величины, степени динамичности и точек приложения расчетных усилий в эксплуатации в связи с относительными перемещениями автосцепок, износами поверхности их контура, переменной величиной коэффициентов трения.

Меньшие трудности возникают при расчете хвостовика корпуса.

Рис. 47 Расчетное сечение автосцепки

Смещение осей в вертикальном направлении допускается не более 50 мм, а в горизонтальном не более 175 мм. Произведем расчет корпуса по сечению I-I. Наибольшее напряжение в этом сечении от продольных сил при максимальном вертикальном смещении не должен превосходить предела текучести выбранного материала.

1. Напряжение в сечении I - I:

где N=2.5 МН - продольное усилие

F - площадь поперечного сечения

М - изгибающий момент

где е=0,05 м - эксцентриситет

W - момент сопротивления

где h - внутренняя высота сечения

b - внутренняя ширина сечения

Вывод: Рассчитанный хвостовик автосцепки удовлетворяет условию прочности.

4.3 Расчет деталей упряжи

Тяговый хомут автосцепки СА-3 рассчитан на установку в нем поглощающего аппарата с габаритными размерами 563x318x230 мм. Тяговый хомут отлит из стали 20ГФЛ с временным сопротивлением 540 МПа, пределом текучести 390 МПа, относительным удлинением 18%. Сталь нормализуют.

Рис. 48 Тяговый хомут

Напряжения в тяговом хомуте в наиболее опасном сечении I-I с приложением продольной силы N=2,5 МН не должны превышать у_т.

Рассчитаем напряжения в сечении I-I:

Вывод: Тяговый хомут удовлетворяет условию прочности.

Список литературы.

1 Конструирование и расчет вагонов. В.В. Лукин, Л.А. Шадур, В.Н. Котуранов, А.А. Хохлов, П.С. Анисимов.; Под ред. В.В. Лукина. М.: УМК МПС России 2000. 731с.

2 Конструкция вагонов. И.Ф. Пастухов, В.В. Пигунов, Р.О Кашкалда.; М.: Маршрут, 2004. 504с.

Размещено на Allbest.ru

...