Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Иркутский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПО ИрГУПС)

Факультет: «Транспортные системы»

Кафедра: «Вагоны и вагонное хозяйство»

Контрольная работа

Дисциплина: «Подвижной состав железных дорог»

Выполнил студент гр. ПСЖ.2-14-2

Погодаев Н.М. И-14-ПСЖ.2-0092б

Проверил Лукке К.Ю.

Иркутск 2016



1. Описание конструкции вагона

Железнодорожный вагон (фр. wagon, от англ. waggon -- повозка) -- несамоходный рельсовый экипаж, предназначенный для тяги локомотивом.

Полувагон является единицей подвижного состава железных дорог.

Назначение: Полувагоны предназначены для перевозки каменного угля, руды, лесоматериалов, проката металлов, а также других сыпучих и штучных грузов, не требующих защиты от воздействия атмосферной среды.

Принцип устройства. Технические характеристики.



Полувагон бывает с разгрузочными люками в полу или в бортах, а также с глухим кузовом.

Используя современные механизированные средства и методы производства погрузочно-разгрузочных операций, а также гравитационные свойства сыпучих грузов, специализированные полувагоны с глухим кузовом обеспечивают в эксплуатации значительный технико-экономический и социальный эффект. В табл. 1 приведены основные технические характеристики специализированных полувагонов.

Специализированный четырехосный полувагон модели 12-1592 грузоподъемностью 71 т имеет цельнометаллический сварной кузов, боковые стенки которого состоят из каркаса и обшивки из гнутого листа с периодическими гофрами. Торцевые стены состоят из верхней обвязки гнутого профиля, двух боковых швеллеров № 14, двух горизонтальных поясов жесткости омегообразного профиля 110 х 135 х 55 х 6 из гладкой листовой стали толщиной 5 мм.

Специализированный четырехосный полувагон модели 12-1505 (рис. 4.15) разработан на базе универсального полувагона, у которого разгрузочные люки в полу заменены сплошным металлическим настилом 1, а торцевых дверей нет.

Для стока воды и зачистки кузова при подготовке полувагона под погрузку в полу предусмотрены два люка 2, расположенные по диагонали и открывающиеся внутрь кузова. Рама 3 кузова 4 вагона отличается от рамы универсального полувагона тем, что в ней для поддержания металлического настила пола между хребтовой балкой и нижними обвязками боковых стен кузова установлено по дополнительной продольной балке из двутавра № 18. Остальные элементы кузова мало отличаются от элементов кузова универсального полувагона.

Более современную конструкцию кузова и лучшие технические характеристики имеет специализированный четырехосный полувагон модели 12М580 грузоподъемностью 71 т с глухим кузовом. Внутренняя высота кузова объемом до 83 мі увеличена за счет отсутствия двутавра на хребтовой балке.

Специализированный четырехосный полувагон модели 12-4004 (рис. 4.16) для перевозки технологической щепы от мест ее производства к предприятиям целлюлозно-бумажной промышленности по магистральным железным дорогам и по путям промышленного транспорта имеет цельнометаллический сварной кузов.

Боковая стена кузова состоит из каркаса, обшитого металлическими листами двух типов толщиной 3 и 4 мм из гнутых профилей с периодически повторяющимися гофрами. Верхняя составная обвязка замкнутого поперечного сечения сделана из гнутого профиля и уголка. Нижняя обвязка изготовлена из прокатного уголка сечением 160 х 100 х 10 мм. Рама кузова состоит из хребтовой балки, из двух зетов № 31 и двутавра № 19; шкворневых балок коробчатого поперечного сечения из листов толщиной 10 мм; двух концевых балок коробчатого поперечного сечения из двух швеллеров № 27. Верхняя обвязка торцевых стен изготовлена из замкнутого прямоугольного профиля сечением 60 х 80 х 8 мм, а нижняя обвязка -- из гнутого уголка сечением 180 х 100 х 8 мм. Поперечные пояса торцевой стены кузова изготовлены из специального профиля, а боковые стойки стены -- из швеллера № 12. Обшивка торцевой стены из гладких листов толщиной 5 мм. В полу кузова 22 разгрузочных люка, закрываемые унифицированными крышками.

На Уралвагонзаводе разработаны и построены образцы большегрузных специализированных восьмиосных полувагонов с глухим кузовом габарита 1-Т грузоподъемностью 131 т (модель 12-538) и габарита Т грузоподъемностью 132 т (модель 12-538), в котором впервые в вагоностроении применена более совершенная и надежная шпангоутная заделка боковых стен кузова в раму полувагона. Кузова этих полувагонов изготовлены с наклонными внутрь вагона стенами для облегчения выгрузки сыпучих грузов.

Для перевозки крупнокусковой медной руды от мест ее добычи до металлургических предприятий применяются восьмиосные специализированные полувагоны модели 22-4024 грузоподъемностью 115 т. Погрузка руды в полувагоны производится экскаваторами с ковшами объемом 6--8 мі, а выгрузка -- с помощью вагоноопрокидывателей. Цельнометаллический сварной кузов полувагона изготовлен как одна целая конструкция. Рама кузова состоит из двух усиленных зетов № 31 (у), двух концевых, двух шкворневых балок из прокатных металлических листов толщиной 10, 12, 14 мм и промежуточных поперечных балок из гнутого профиля 200 х 120 х 10 мм. Настил пола сделан из стальных листов толщиной 10 мм, каркас боковой стены кузова -- из стоек гнутого профиля сечением 160 х 80 х 7 мм, нижняя обвязка -- из специального гнутого профиля. Каркас торцевой стены состоит из двух угловых стоек из уголка 125 х 125 х 10, двух вертикальных стоек корытообразного профиля с толщиной стенок 8 мм, верхней обвязки замкнутого профиля 160 х 80 х 7 м и концевой балки рамы полувагона, являющейся также нижней обвязкой. Каркас кузова внутри покрыт обшивкой из металлических листов толщиной 10 мм.

Технические характеристики универсальных четырехосных и восьмиосных полувагонов приведены в табл. 4.2

Кузов полувагона не имеет крыши, что обеспечивает удобства для использования различных средств механизации при погрузке и выгрузке грузов (мостовые и козловые краны, вагоноопрокидыватели и др.). Все универсальные полувагоны имеют люки в металлическом полу для разгрузки сыпучих грузов гравитационным способом.

Четырехосный полувагон модели 12-119 имеет кузов с глухими торцевыми стенами, обладает большой прочностью, так как в нем прочно связаны между собой боковые стены по концам вагона. Кроме того, это позволяет увеличить внутреннюю полезную длину без изменения продольных размеров рамы и повысить объем кузова на 2,0 мі. Однако перевозка пило - и лесоматериалов в таких полувагонах является нерациональной вследствие недоиспользования грузоподъемности полувагона. Крышки люков -- типовые с литыми, косо расположенными кронштейнами и имеют двухпрутковые торсионные элементы, служащие для облегчения закрывания крышек. Кузов универсального четырехосного полувагона модели 12-753 отличается от кузова полувагона модели 12-119 лишь наличием торцевых двухстворчатых дверей, которые открываются внутрь и закрепляются вдоль боковых стен кузова при перевозке длинномерных грузов.



2. Выбор основных технико-экономических параметров грузовых вагонов

Основными параметрами вагона являются: грузоподъемность, тара, осность, объем кузова или площадь пола, линейные размеры, статическая и погонная нагрузки. Для сравнения вагонов между собой пользуются параметрами, представляющими отношение этих величин, правильный выбор которых обеспечивает наименьшие затраты на перевозки 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 грузоподъемности вагона

Одним из основных факторов, влияющих на величину грузоподъемности вагона, является допускаемая осевая нагрузка. Возможные осевые нагрузки вагонов определяются на основе прочности пути, которая, в свою очередь, зависит от грузонапряженности железных дорог.

На основании исходной величины осевой нагрузки и осности вагона, грузоподъемность вагона определяется по формуле (2.1.1)

, (2.1.1)

где - вес брутто, кН;

- заданная осевая нагрузка, 223 кН; 223/9,81=22,7 т

- количество колесных пар в вагоне, =4;

- технический коэффициент тары вагона, определяемый по графикам, =0.33.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Запишем формулу (2.1.1) в следующем виде

=

Левая часть данного равенства по условию задания остается величиной постоянной, а величины слагаемых в правой части можно изменять, оставляя неизменной их сумму.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2.2 Определение линейных размеров вагона

Зная удельный объем и определив грузоподъемность вагона P, можно вычислить внутренний объем кузова V (2.2.1)

, (2.2.1)

Внутренняя длина цистерн определяется по формуле (2.2.2)

, (2.2.2)

где - площадь поперечного сечения кузова, заполненного грузом, м

Площадь поперечного сечения кузова, заполненного грузом, определяется по формуле (2.2.3)

(2.2.3)

где - внутренняя ширина полувагона, 3250мм = 3,25 м.

Для определения внутренней длины полувагона используем формулу (2.2.4)

= (2.2.4)

Для проектируемого вагона устанавливаем наружные размеры кузова.

Наружная длина кузова определяется как (2.2.5)

(2.2.5)

где - толщина торцовой стены кузова, = 0,08 м.

Наружная ширина кузова (2.2.6)

(2.2.6)

где - - внутренняя ширина ()

- толщина боковой стенки кузова, = 0,15 м.

Ширина вагона в дальнейшем уточняется посредством вписывания его в заданный габарит подвижного состава.

Общая длина вагона или длина вагона по осям сцепления составляет (2.2.7)

(2.2.7)

где - вылет автосцепки, то есть расстояние от концевой балки рамы до оси сцепления автосцепок (для четырехосных полувагонов = 0,610 м)

Вычислив длину рамы, можно определить базу вагона (2.2.8)

, (2.2.8)

где - коэффициент, определяющий соотношение между длиной рамы и базой вагона из условия равенства выносов концевой и внутренней частей вагона в кривых участках пути при вписывании двухосного вагона в габарит подвижного состава.

Длина консольной части вагона определяется по формуле (2.2.9)

, (2.2.9)

м

Проверка

Из условия размещения автосцепного оборудования на раме вагона длина консоли не должна быть менее 1500 мм. Кроме того, желательна проверка на вписывание тележки под консольную часть вагона. В этом случае минимальная длина консольной части определяется, исходя из условия отсутствия выхода частей тележки из-под консоли вагона (2.2.10)

, (2.2.10)

где - база двухосной тележки (=1,85 м);

- диаметр колеса (= 0,95 м);

- высота гребня колеса (= 0,03 м).

Поскольку данное неравенство выполняется, то можно говорить о том, что проверка на вписывании под консольную часть вагона прошла, и линейные размеры мы определили верно, длину консоли принимаем равной вычисленной.

В дальнейшем линейные размеры вагонов, принятые или вычисленные по вышеприведенным формулам, уточняются путем вписывания вагона в габарит.



3. Вписывание вагона в габарит

При проверке вписывания проектируемого грузового вагона в заданный габарит в данной курсовой работе определяют строительное и проектное очертание в горизонтальной плоскости. Строительное очертание подвижного состава - это поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, получаемое уменьшением габарита подвижного состава, наружу которого не должна выходить ни одна часть вновь построенного вагона в ненагруженном состоянии при прохождении на прямом горизонтальном пути и при совмещении его продольной вертикальной серединной плоскости с осью пути.

Проектное очертание подвижного состава (вагона) - это поперечное, перпендикулярное оси пути очертание, имеющее размеры, уменьшенные, по сравнению с размерами строительного очертания, на величину плюсовых допусков, внутри которого должны находится все расположенные в рассматриваемом сечении элементы конструкций проектируемого вагона, имеющие номинальные размеры.

Пространство между габаритами приближения строений и подвижного состава обеспечивает безопасные смещения подвижного состава (вагона), возникающие при его движении.

Величина горизонтальных ограничений зависит от места расположения по длине подвижного состава рассматриваемого поперечного сечения. В качестве направляющих сечений четырехосных грузовых вагонов следует принимать сечения по оси пятников кузова вагона.



3.1 Определение горизонтальных поперечных размеров строительного очертания верхней части вагона

На некоторой высоте Н над уровнем верха головки рельса максимально допускаемая ширина вагона определяется по формуле

,

где - полуширина габарита подвижного состава=1625мм

Е - ограничение полуширины

Максимально допускаемые строительные размеры подвижного состава получают путем уменьшения поперечных размеров соответствующего габарита подвижного состава с каждой стороны на величины необходимых ограничений (поперечных смещений подвижного состава при вписывании в кривую расчетного радиуса с учетом наибольших допускаемых разбегов и износов деталей его ходовых частей),мм, определяемых по формулам:

ограничение направляющих поперечных сечений вагона

(3.1.2.)

внутреннее ограничение поперечных сечений вагона, расположенных между направляющими сечениями по середине базы, при

Размещено на http://www.allbest.ru/

(3.1.3.)

наружное ограничение поперечных сечений вагона, расположенных снаружи его направляющих сечений, при ;

(3Размещено на http://www.allbest.ru/

.1.4.)

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

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

0,5(s - d) - максимальный разбег изношенной колесной пары между рельсами (смещение из центрального положения в одну сторону), мм;

q - наибольшее возможное поперечное перемещение из центрального положения в одну сторону рамы тележки относительно колесной пары(вследствие зазоров в буксовом узле и узле соединения рамы тележки с буксой ), q = 4 мм;

w - наибольшее возможное поперечное перемещение из центрального положения в одну сторону кузова относительно рамы тележки(вследствие зазоров и упругих колебаний в узле сочленения кузова и рамы тележки), w = 52 мм;

2l - расстояние между шкворневыми (основными) сечениями вагоны (база вагона), 2l = 7,8 м;

n - расстояние от рассматриваемого поперечного сечения вагона до ближайшего основного сечения, м;

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

- величина дополнительного поперечного смещения в кривой расчетного радиуса R (R = 200 м - для габаритов Т, 1-Т и верхней части 1-ВМ, R = 250 м - для габаритов 0-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ и нижней части 1-ВМ) тележечного подвижного состава, = 0,5р² = 0,5 * 1,85² = 1,71 мм;

- коэффициент, зависящий от величины расчетного радиуса кривой (R=200 м - для габаритов Т, 1-Т и верхней части 1-ВМ, R = 250 м - для габаритов 0-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ и нижней части 1-ВМ), = 2 мм/м;

- половина принятой на железных дорогах РФ величины увеличения расстояния между осями путей на перегонах (в расчетной кривой R = 200 м при вписывании вагонов в габариты Т, 1-Т, верхней части 1-ВМ или величина геометрического смещения середины (внутрь кривой) и концов (наружу кривой) расчетного вагона (2L = 24 м, 2l = 17 м) в кривой R = 200 м при вписывании вагонов в габариты 0-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ и нижней части 1-ВМ), = 0;

- дополнительные ограничения внутреннего и наружного сечений вагона, имеющее место только у очень длинных вагонов (как правило, с базой более 17 м), и определяемые из условия вписывания в кривую радиуса R = 150 м; для короткобазных вагонов эти коэффициенты заведомо отрицательны и могут не определяться; .

115,63мм

=144,4мм

Определим максимально допустимую ширину вагона по формуле



3.2 Определение горизонтальных размеров проектного очертания вагона

Ширина проектного очертания вагона в верхней части на некоторой высоте H над уровнем верха головки рельсов определяется по формуле (3.2.1.)

, (3.2.1.)

где E- конструктивно-технологические отклонения, допускаемые при постройке вагона в горизонтальной плоскости, = 15,5 мм.

мм

мм

мм

Максимально допускаемое значение сравниваем с рассчитанной ранее наружной шириной вагона , ?

3,55 м ? 3,05м

Данное неравенство выполняется, линейные размеры вагона определены верно. Поскольку наружная ширина вагона не превышает максимально допускаемое значение , то верхнюю часть вагона можно считать вписавшейся в габарит.



4. Расчет нагрузок, действующих на вагон и его части

При расчете на прочность вагонов и их частей, согласно нормам МПС, должны учитываться следующие нагрузки: вертикальная нагрузка; боковая нагрузка; продольные силы; усилия, связанные с торможением; внутреннее давление в резервуарах; усилия распора сыпучих и скатывающихся навальных грузов; усилия, возникающие при механизированной погрузке и выгрузке вагона; усилия, прикладываемые к вагону при ремонте.

4.1 Вертикальные нагрузки, действующие на кузов и тележки

4.1.1 Статическая нагрузка

Статическая нагрузка на любую деталь вагона определяется по формуле (4.1.1.1)

, (4.1.1.1.)

где - вес брутто вагона, = 892 кН;

- вес частей и укрепленного на них оборудования, через которые передается нагрузка от рассчитываемой детали вагона на рельсы, кН;

m - число одинаковых, параллельно загруженных деталей.

Статическая нагрузка, действующая на одну двухрядную пружину:

, (4.1.1.2.)

Размещено на http://www.allbest.ru/



4.1.2 Вертикальная динамическая нагрузка

Вертикальная динамическая нагрузка определяется умножением статической нагрузки на коэффициент вертикальной динамики

, (4.1.2.1.)

где - коэффициент вертикальной динамики.

Коэффициент вертикальной динамики определяется по формуле (4.1.2.2.)

, (4.1.2.2.)

где - среднее вероятное значение коэффициента вертикальной динамики;

- параметр распределения (уточняется по экспериментальным данным), для грузовых вагонов при существующих условиях эксплуатации параметр = 1,13;

При оценке прочности по допускаемым напряжениям, принятым согласно расчетным режимам, расчетная вероятность принимается = 0,97.

Среднее вероятное значение коэффициента вертикальной динамики определяется по формуле (4.1.2.3.)

, (4.1.2.3.)

где a - коэффициент, принимаемый на основании обработки результатов теоретических и экспериментальных исследований равный для элементов кузова вагона - 0,05; для обрессоренных частей тележки - 0,1; для необрессоренных частей тележки - 0,15;

b - коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке (n) группе тележек под одним концом вагона на величину коэффициента динамики:

,

v - расчетная скорость движения вагона, v = 33 м/с;

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

Определим вертикальную динамическую нагрузку

Размещено на http://www.allbest.ru/

4.1.3 Вертикальная суммарная нагрузка

После определения вертикальной статической и вертикальной динамической нагрузок необходимо определить суммарную вертикальную нагрузку по формуле

,

Размещено на http://www.allbest.ru/

4.2 Боковые нагрузки

4.2.1 Боковая горизонтальная нагрузка

Боковая нагрузка, возникающая при движении вагона по кривому участку пути, складывается из центробежной силы и давления ветра на кузов и равна



,

где - центробежная сила, направленная наружу кривой, кН;

- равнодействующая сила давления ветра на кузов вагона, кН.

Величина центробежной силы определяется с учетом возвышения наружного рельса над внутренним. В упрощенном виде ее можно выразить как,

где - коэффициент, определяемый по формуле

,

где v - скорость движения вагона, м/с;

R - радиус кривой, м;

h - возвышение наружного рельса над внутренним, мм;

2s - расстояние между кругами катания колесной пары, мм.

Если в технических требованиях не оговорены особые условия движения в кривых, то = 0,075 для грузовых вагонов.

Равнодействующую силу давления ветра определяют по формуле

где - удельное давление ветра, перпендикулярное боковой стене вагона, согласно нормам расчета на прочность, = 500 Н/м;

Площадь поперечного сечения кузова, заполненного грузом, определяется по формуле



Определим равнодействующую давления ветра по формуле

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определим боковую горизонтальную нагрузку по формулам на

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

4.2.2 Вертикальные составляющие боковых нагрузок

Боковые нагрузки вызывают дополнительное вертикальное загружение частей тележек с одной стороны вагона и соответствующее разгружение с другой. Величина такого дополнительного загружения рассчитываемой детали находится по формуле

,

где - вертикальные расстояния от места приложения до точек приложения сил соответственно, м,

m₁ - число одноименных, параллельно загруженных элементов, расположенных с одной стороны вагона;

2b₂ - расстояние между точками приложения дополнительного загружения и разгружения рассчитываемой детали, 2b₂ = 2,036 м.

Определим вертикальные составляющие боковых нагрузок

Размещено на http://www.allbest.ru/

где - расстояние от точек приложения силы до опорной поверхности рессорного подвешивания, = 1,768 м;

- расстояние от точек приложения силы до опорной поверхности рессорного подвешивания, = 1,948 м.



5. Устойчивость колесной пары против схода с рельса

грузовой вагон колесный пара

Устойчивость колесной пары в рельсовой колее оценивается коэффициентом устойчивости колесной пары против схода с рельса, учитывающим соотношение вертикальных и горизонтальных составляющих сил, возникающих при движении поезда. При неблагоприятном сочетании в эксплуатации вертикальных и горизонтальных сил, а также при нарушении условий загрузки и отклонений в состоянии вагона могут возникать случаи сползания гребня колеса на головку рельса, что приводит к сходу вагона с рельсов. Для предупреждения схода вагона в эксплуатации производится проверка устойчивости движения колеса по рельсу, для чего подсчитывается коэффициент

, (5.1)

где - угол наклона образующей гребня колеса к горизонтальной оси; для стандартного профиля поверхности катания = 60^?;

- коэффициент трения, принимаемый = 0,25;

- горизонтальная составляющая силы реакции набегающего колеса на головку рельса, действующая одновременно с

- вертикальная составляющая силы набегающего колеса на головку рельса.

Усилия , для существующих конструкций вагонов определяется по формулам (5.2), (5.3), (5.4)

, (5.2)

, (5.3)

, (5.4)

где- осевая статическая нагрузка, = 223 кН;

- собственная сила тяжести колесной пары,=12,289 кН;

- среднее значение коэффициента вертикальной динамики, приближенное значение которого вычисляется по формуле (5.5)

(5.5)

где - величина, зависящая от осности тележки. Для грузового четырехосного вагона= 1,

А, В - величины, зависящие от гибкости рессорного подвешивания и типа вагона А = 0,03; В = ;

v - скорость движения вагона, v = 33 м/с.

b - половина расстояния между серединами шеек оси, для стандартных осей b = 1,018 м;

l - расстояние между точками контакта колес с рельсами, l = 1,555 м;

,- расстояние от точек контакта до середины шеек, = 0,217 м, = 0,264 м;

r - радиус колеса по кругу катания, r = 0,475 м.

- среднее значение коэффициента динамики боковой качки, приближенно равный



=, (5.6)

[]- нормированный коэффициент устойчивости колеса, [] = 1,4;

- среднее значение рамной силы, вычисленное по формуле (5.7)

, (5.7)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определяем вертикальные составляющие силы реакции для набегающего и ненабегающего колес на головку рельса по формулам

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определяем горизонтальную составляющую силы реакции набегающего колеса на головку рельса по формуле

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определяем коэффициент устойчивости колеса по формуле (5.8) и сравниваем его с нормированным

Размещено на http://www.allbest.ru/

(5.8)

1,86 > 1,4

Вывод: В ходе расчета устойчивость колесной пары против схода с рельса обеспечена. Так как условие выполняется, то схода вагона и сползание гребня колеса на головку рельса не произойдет.



6. Расчет оси колесной пары на прочность условным методом

Условный (приближенный) метод может быть применен в эксплуатации при выяснении причины и для предупреждения излома или деформации оси, если они не вызваны перегревом буксового узла или другими явно выраженными факторами. Наиболее эффективно этот метод может быть использован при перегрузке вагона или максимальных износах шеек осей, связанных с их обточками в эксплуатации.

При условном методе расчета ось рассматривается в статическом состоянии, на нее действует система сил:

вертикальная, равная

горизонтальная, равная ,

где - статическая нагрузка от колесной пары на рельсы равная,

= 223 кН;

1,25 и 0,5 - коэффициенты, учитывающие динамическое действие сил соответственно в вертикальном и горизонтальном направлениях.

В расчетной схеме силы приложены в центре тяжести вагона, находящемся на расстоянии от осевой линии колесной пары h = 1,45 м.

Вертикальная и горизонтальная силы загружают вертикальной силой:

левую шейку оси , (6.1)

- правую шейку

, (6.2)

где 2b₂ - расстояние между серединами шеек оси, 2b= 2,036 м;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таким образом, силы и приложены к серединам шеек оси. Вертикальные реакции рельсов при этом:

для левого колеса

, (6.3)

для правого колеса

, (6.4)

где r - радиус колеса по кругу катания, r = 0,475 м;

2S - расстояние между кругами катания колесной пары, 2S = 1,58 м;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изгибающие моменты, вызванные действием расчетных нагрузок, подсчитываются в трех сечениях:

в шейке оси у внутренней галтели (сечение 1-1):

, (6.5)

где - длина шейки, = 0,176 м;

- износ по длине шейки в эксплуатации, = 0;

в подступичной части оси в плоскости круга катания колеса (сечение 2-2):

, (6.6)

где - расстояние от середины шейки до плоскости круга катания колеса, = 0,228 м;

- в середине оси (сечение 3-3):

, (6.7)

Размещено на http://www.allbest.ru/

102,84кН м = 0,10284МН м

=0,05826МН м

Находим минимальные допустимые в эксплуатации диаметры: - шейки оси

, (6.8)

подступичной части

, (6.9)

середины оси

, (6.10)

где - допускаемое напряжения на изгиб для грузовых вагонов в шейке оси, =120 МПа;

- допускаемое напряжение на изгиб в подступичной части, =165 МПа;

- допускаемое напряжение на изгиб в середине оси, =155 МПа.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Если при оценке прочности существующей оси фактические диаметры в соответствующих расчетных сечениях оказались равными или больше, чем полученные, то прочность обеспечена:

в шейке оси 0,118 м 0,130 м;

в подступичной части 0,185 м 0,194 м;

в середине оси 0,156 м 0,165 м.

Вывод: В ходе расчета прочности колесной пары условным методом были получены расчетные величины диаметров частей колесной пары, а именно: средней, подступичной и средней частей. Так как все три условия выполняются, то прочность колесной пары обеспечена.



7. Расчет двухрядной цилиндрической пружины

В качестве упругих элементов рессорного подвешивания вагонов в основном применяют винтовые цилиндрические пружины. Они позволяют получить необходимые упругие характеристики при небольших габаритах и массах. Пружины изготавливают в соответствии с требованиями ГОСТ 1452-69. В эксплуатации пружины испытывают сложные переменные нагрузки. Поэтому, для точного определения целесообразных размеров пружины, необходимо иметь полную статическую характеристику нагрузок, которые испытывает пружина за все время эксплуатации. Если нет достаточного количества таких данных, выполняют приближенные расчеты, в которых косвенно учитывают факторы, влияющие на усталость рессор. Распространенным является расчет, при котором учитывается коэффициент конструктивного запаса прогиба.

Если при расчете пружины на заданную нагрузку ее размеры получаются очень большими, то однорядную пружину целесообразно заменить многорядной с меньшими диаметрами прутков и пружины, что особенно выгодно, когда пружины воспринимают длительную переменную нагрузку и могут разрушаться от усталости (предел выносливости пружин малого диаметра выше предела выносливости пружин большого диаметра). В вагонах часто применяют двухрядные пружины, вставленные одна в другую, что обеспечивает малые габаритные размеры комплекта пружин.

При известной нагрузке на пружину необходимо сначала выбрать марку стали для изготовления пружины, чтобы принять допускаемые напряжения. Далее определить геометрические характеристики эквивалентной однорядной пружины и только потом перейти к расчету двухрядной.

Наибольший расчетный прогиб упругого элемента определяется по формуле (7.1)



, (7.1)

где - статический прогиб рессорного подвешивания, = 0,05 мм;

- коэффициент конструктивного запаса прогиба, величина которого должна быть не менее для грузовых вагонов =1,8.

Наибольшую расчетную вертикальную силу определяют из выражения

, (7.2)

где - статическая нагрузка, действующая на двухрядную пружину, P = 29,35 кН;

- максимальное значение коэффициента вертикальной динамики, определяется по формуле (7.3)

, (7.3)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Диаметр прутка эквивалентной однорядной пружины определяется по формуле (7.4)

, (7.4)

где - расчетная сила, = 46,9 кН;

m - индекс пружины, m = 5,5;

- допускаемое касательное напряжение, = 750 МПа;

- поправочный коэффициент, зависящий от индекса пружины, определяется по формуле (7.5)

, (7.5)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Средний диаметр эквивалентной пружины определяется по формуле (7.6)

(7.6)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Число рабочих витков эквивалентной пружины определяется по формуле (7.7)

, (7.7)

где G - модуль сдвига, G = 0,8·10¹¹ Па;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Высота пружины в сжатом состоянии определяется по формуле (7.8)

, (7.8)

Высота пружины в свободном состоянии

, (7.9)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Диаметры прутков наружной и внутренней пружины определяется по формуле (7.10)

, (7.10)

где d - диаметр прутка эквивалентной пружины, d = 30 мм;

- зазор между витками внутренней и наружной пружин, = 3 мм; .

, (7.11)

Средние диаметры наружной и внутренней пружин определяются по формулам (7.12), (7.13)

, (7.12)

, (7.13)

Число рабочих витков наружной и внутренней пружин определяются по формулам (7.14), (7.15)

, (7.14)

, (7.15)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Высота пружин соответственно в сжатом и свободном состояниях

, (7.16)

, (7.17)

(7.18)

, (7.19)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Жесткости наружной и внутренней пружин определяются по формулам (7.20), (7.21)

, (7.20)

, (7.21)

,Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Жесткость комплекта определяется по формуле (7.22)

, (7.22)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нагрузки на наружную и внутреннюю пружины определяются из следующих выражений

, (7.23)

, (7.24)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В качестве проверки правильности расчетов необходимо определить касательные напряжения для наружной и внутренней пружин, которые должны получиться равными допускаемому напряжению выбранной марки стали, по формулам (7.25), (7.26)

, (7.25)

, (7.26)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Полученные значения касательных напряжений необходимо сравнить с допускаемыми:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вывод: Поскольку условия не выполняются, то можно говорить о том, что с данной осевой нагрузкой пружину с рассчитанными размерами применять не целесообразно.



8. Расчет подшипника на долговечность

Методика расчета подшипника на долговечность регламентирована ГОСТ 18855-82. В колесных парах грузовых и пассажирских вагонов рекомендуется применять типовой буксовый узел с установкой в нем двух цилиндрических роликовых подшипников при консистентной смазке, если техническим заданием не предусмотрена другая конструкция.

При расчете динамической эквивалентной радиальной нагрузки для роликовых подшипников используют формулу (8.1)

, (8.1)

где F - средняя постоянная нагрузка,

- температурный коэффициент для роликовых подшипников равный =1;

- динамический коэффициент безопасности (для вагонных подшипников при установке на шейке оси без дистанционных колец =1,4).

С целью определения эквивалентной динамической нагрузки необходимо переменные радиальные силы, действующие на подшипник букс, привести к средним постоянным величинам. При достаточной точности расчетов среднюю постоянную нагрузку, имеющую тоже влияние на долговечность подшипника, что и переменная нагрузка, определяют по формуле (8.2)

, (8.2)

где - соответственно повторяемость нагрузок в долях единицы.

При определении эквивалентной динамической радиальной нагрузки для универсальных грузовых вагонов = 0,7 - доля эксплуатации вагона в груженом режиме; = 0,3 - то же в порожнем режиме. Соответственно определяют составляющие нагрузок , действующих на подшипник. При этом следует учесть, что

,

взятую из расчета статических нагрузок на детали тележки. А определяется аналогично при подстановке веса тары вместо веса брутто вагона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Подставляя все вышеперечисленные величины, определим среднюю постоянную нагрузку

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эквивалентную радиальную нагрузку рассчитываем по формуле:

Для роликовых подшипников долговечность в миллион оборотов при 90% надежности рассчитывается по формуле (8.3)

, (8.3)

где С - базовая динамическая грузоподъемность, подсчитанная по формуле или принимаемая по каталогам в зависимости от выбранного типа подшипника, С = 495 кН;

- эквивалентная динамическая нагрузка, = 62,3 кН.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В километрах пробега вагона долговечность подшипника можно пересчитать, используя формулу (8.4)

, (8.4)

где - диаметр по кругу катания средне изношенного колеса вагона, = 0,95 м.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчетная долговечность роликовых подшипников типовой буксы согласно нормам, должна быть не менее 1,5 млн. км для грузовых вагонов, то есть:

2985,65 млн. км 1,5 млн. км

Вывод: При расчете подшипника его расчетная долговечность получилась больше, чем расчетная долговечность роликовых подшипников типовой буксы. Поскольку условие выполняется, значит, расчеты были проведены верно и долговечность подшипника обеспечена.

Размещено на Allbest.ru

...