Проектирование восьмиосной цистерны модели 15-1500

изношенных граней колес 1489мм;

Величину максимального бокового смещения предельно изношенной

колесной пары (Sк – dr) в кривой расчетного радиуса принимаем (Sк – dr) =

52 мм.

q – наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем

сечении рамы тележки относительно колесной пары вследствие

наличия зазора при максимальных износах в буксовом узле и узле

сочленения рамы тележки с буксой, 3мм;

w – наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем

сечении из центрального положения в одну сторону кузова

относительно рамы тележки вследствие зазоров при максимальных

износах и упругих колебаниях в узле сочленения кузова и рамы

тележки, для четырехосной тележки, состоящей из двухосных

модели 18-100, 32 мм;

Величину горизонтальных поперечных смещений (q+w) для рамы вагона и

укрепленных на ней частей принимаем (q+w) = 35 мм;

n – расстояние от рассматриваемого поперечного сечения кузова до

его ближайшего направляющего сечения вагона, для концевого

сечения 3м (для среднего сечения 6,00);

к – величина на которую допускается выход подвижного состава за

очертание данного габарита в кривой радиусом закругления 250 м.

Для габарита 1-Т, к = 0;

[pic] (2.8)

где к1 – величина дополнительного поперечного смещения в кривой

расчетного радиуса R=200м тележечного вагона, к1 = 8.5 мм;

21т – база вагона, 14,59 м;

к2 – коэффициент, зависящий от расчетного радиуса, к2 = 2.5 мм;

[pic] (2.9)

к3 – величина геометрического смещения расчетного вагона в кривой R

= 200 м, к3 = 180;

21 – база вагона.

[pic] (2.10)

Ен = [pic]

Сумма получившаяся в квадратных скобках оказалась отрицательной,

принимаем ее равной нулю. Отрицательная сумма свидетельствует о

недоиспользовании имеющего в кривой уширения габарита приближения к

строению. В этом случае расположение вписывания вагона в кривой может не

приводить к максимальному ограничению его ширины, поэтому в формулы для

определения Ев и Е0 необходимо подставлять наибольшую ширину колей не

кривого, а прямого участка. Максимальная ширина колеи в прямом участке, S =

1526мм.

Енпр = (0,5(Sк – dr )+ q + w)[pic] (1.10)

[pic]

Еопр = 0,5(Sк – dг )+ q + w + [к1 – к3]

(1.11)

[pic]

Рассчитаем ширину строительного очертания котла восьмиосной

цистерны на некоторой высоте над уровнем верха головок рельсов.

2Вснс = 2( В0 – Еопр ) (1.12)

2В = 2(1700 – 53.5) = 3293 мм.

где 2Вснс – ширина строительного очертания в направляющем и среднем

сечении, мм;

В0 - полуширина габарита подвижного состава 1-Т

на рассматриваемой высоте, В0=1700мм.

2Вск = 2( В0 – Енпр ) (1.12)

2В = 2(1700 – 85.4) = 3229,2 мм.

где 2Вск – ширина строительного очертания в концевом сечении, мм;

Габаритная рамка восьмиосной цистерны модели 15-1500 с учетом

ограничений полуширины кузова показана на рис.2.2.

Габаритная рамка вагона

Ен=85,4мм Ев=53,5мм

Рис. 2.1.

2.2. Выбор оптимальных параметров вагона.

К конструкции проектируемой цистерны применяются жесткие

требования. Поэтому важной задачей, решаемой на стадии проектирования

грузовых вагонов, является выбор основных оптимальных параметров,

определяющих экономическую эффективность конструкции.

Выбор основных геометрических параметров: длина вагона по осям

сцепления 2Lоб, базы 2l, ширины 2В, высоты кузова Н, и других позволяет

установить наилучшее для вагона величины грузоподъемность Р, тары Т, объема

кузова V, средней статической [pic]и динамической [pic]нагрузок,

коэффициента использования грузоподъемности [pic], погонной нагрузки [pic].

При выборе типов и параметров вагонов особенно важными факторами

являются объем и состав грузооборота, а также обеспечение сохраняемости

грузов, безопасности движения поездов.

Критерием эффективности вагона обычно является приведенные затраты

народного хозяйства Спр. В условиях рыночных отношений ведущую роль

занимает конкурентоспособность выпускаемой конструкции вагона.

Поэтому экономически наиболее выгодным будет вагон, постройка и

эксплуатация которого обеспечивает минимум приведенных народнохозяйственных

затрат при наиболее высоком уровне конкурентоспособности.

При выборе параметров грузовых вагонов, важно выбирать какой-либо

из его размеров, от которого зависели бы все остальные. При оптимизации

параметров в качестве аргумента целесообразно выбирать длину вагона по осям

сцепления 2Lоб.

При проектировании учитываются ограничения, накладываемые на вагон.

Для данной цистерны для перевозки светлых нефтепродуктов: допустимая осевая

нагрузка Р = 22 тс/ось, допускаемая погонная нагрузка вагона qп = 10,5

тс/м, габарит вагона 1-Т, число осей вагона m0=8.

Минимально допустимая длина вагона.

[pic] (2.1)

где Ро – осевая нагрузка, т/ось;

mo – количество осей;

qo – погонная нагрузка, (qп =9,0 или 10,5 т/м).

[pic]т/ось,

где Т – тара вагона, Т=51т;

Р – грузоподъемность вагона, Р=125т.

[pic]м.

Основные размеры вагона.

[pic]

Рис 2.2.

Наружная длина кузова вагона:

2L = 2Lоб-2аа. (2.2)

где 2аа – расстояние от оси сцепления автосцепок до наружной

поверхности торцевой стены вагона, 2аа = 0,565 м.

2L = 16.76 - 0,565Ч2 = 15.63 м.

[pic]м,

где 2Lв – внутренняя длина кузова вагона;

аТ – толщина торцевой стенки котла цистерны, =0,01м.

Технико-экономические параметры вагона будут наилучшими, если при

проектировании вагона использование габарита подвижного состава по ширине и

высоте будет наиболее эффективным. Тогда основные параметры вагона могут

быть выражены в виде функции одного аргумента внутренней длины кузова

вагона 2Lв.

[pic],

где Т – тара проектируемого вагона, т;

nо – постоянная масса частей вагона, не зависящая от

изменений длины кузова (масса тележек, автосцепного

устройства, тормозного оборудования, днищ и колпаков

цистерны), т;

n1- вес одного метра изменяемой длины кузова вагона, n1=1,3

т.

[pic],

где nТ – масса тележки модели 18-100, т;

nа - масса автосцепного оборудования автосцепка

СА – 3М, nа =1,5т;

nторм - масса тормозного оборудования, nторм =0,5т;

nд - масса двух днищ и люков цистерны, nд =3,0 т.

[pic]т

[pic],

где Р – грузоподъемность проектируемой цистерны, т.

Р = 22Ч8-24,5-1,3Ч15,63 = 131,2т

[pic],

где V – объем котла проектируемой цистерны, м3;

d1 – внутренний диаметр котла, d1= 3,2м;

V2 – увеличение объема котла за счет днищ, V2=0,06V, м3.

[pic]

Рассмотрим технико-экономические показатели.

Статическая нагрузка

Pci = P([pic] (1.20)

Где Vу=V/P – удельный объем кузова вагона;

Vуг - удельный объем груза.

Эта формула справедлива при Vу ? Vуг, так как из условий прочности

вагона необходимо обеспечить Рci ? P. При Vу > Vуг применяется Рci = P.

Статическая нагрузка определяет количество груза, которое

загружается в вагон.

Значения величин, необходимых для определения [pic] берется из

табл.2.1.

Таблица 2.1.

Структура перевозимых в вагоне грузов

|Перевозимые |Объем |Удельный |Средняя |Коэффициент |

|грузы |перевозок, |объем груза |дальность |использования|

| |ai, усл.ед. |Vуг, м3/Т |перевозок L, |грузоподъемно|

| | | |км |сти |

|Гексан |219 |1,515 |1650 |0,84 |

|Бензин |25200 |1,379 |620 |0,95 |

|Керосин |12800 |1,27 |1290 |0,98 |

Р – грузоподъемность вагона, Р = 131,2 т.

Рс1 = 131,2([pic]= 87,81 т.

Рс2 = 131,2([pic]= 96,47 т.

Рс3 = 131,2([pic]= 104,75 т.

Средняя статическая нагрузка для вагона в котором перевозятся различные

грузы определяется по формуле:

[pic] (1.24)

где аi – абсолютная количество или доля i-го груза в общем объеме грузов

перевозимых в вагоне;

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

Рассмотрение перевозки грузов учитывается средней динамической

нагрузкой вагона, величина которой вычисляется по формуле:

[pic] (1.25)

где li – среднее расстояние перевозки i-го груза.

[pic]

В наибольшей степени характеризует конструкцию проектируемого

вагона средней погрузочный коэффициент тары, определяемого по выражению:

[pic] (1.26)

где Т – тара вагона.

[pic]

Одним из главных показателей эффективности вагона является величина

средней погонной нагрузки, нетто, вычисляется по формуле:

[pic] (1.27)

где 2Lоб – минимальная допустимая длина вагона, 2Lоб = 16,76 м.

[pic] (1.28)

Приведенные затраты народного хозяйства определяются по формуле:

[pic] (1.29)

где постоянные коэффициенты:

А1 = А1с + 0,15А1к (1.30)

А2 = А2с + 0,15А2к (1.31)

В1 = В1с + 0,15В1к (1.32)

В2 = В2с + 0,15В2к (1.33)

F0 = Fс + 0,15Fк (1.34)

D = Dc (1.35)

Где Аic, Bic, Dc, Aiк, Вiк, Fк – постоянные коэффициенты, не зависящие от

технико-экономических показателей вагона.

А1 = (3628+0,15(9079)1,1 = 5488,835.

А2 = (121+0,15( 157)1,1 = 159,005.

В1 =(5102+0,15( 5301)1,1 = 6486,865.

В2 = (143+0,15( 149)1,1 = 181,885.

F0 = (112+0,15(52) 1,1 = 131,78.

D = Dc = 64·1,1=70,4

[pic]

Увеличивая длину вагона по осям сцепления 2lоб на 1м, вычисляем технико-

экономические показателя для каждого варианта. Результаты расчетов

приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

|Число осей в вагоне m0, шт |8 |

|Высота центра тяжести вагона над уровнем осей колесных |1,85 |

|пар hц, м | |

|Расчетная скорость v, м/с |33,3 |

|Масса половины боковой рамы тележки mр, кг |195 |

|Масса колесной пары mкп, кг |1200 |

|Масса колеса mк, кг |400 |

|Масса буксы и связанных с ней необрессоренных масс mб, |113 |

|кг | |

|Масса консольной части оси до круга катания mш, кг |53 |

|Масса средней части оси между кругами катания mс, кг |319 |

|Масса необрессоренных частей жестко связанных с шейкой |361 |

|оси, включая саму шейку m( = mр + mш + mб , кг | |

|Удельное давление ветра на боковую поверхность кузова |500 |

|W, Н/м2 | |

|Непогашенное ускорение в кривой jц, м/с2 |0,7 |

|Коэффициент трения колеса о рельс при скольжении в |0,25 |

|поперечном направлении (. | |

|Коэффициент, учитывающий восприятие сил инерции диском |0,7 |

|колеса за счет ее упругости (. | |

|Коэффициент использования грузоподъемности вагона (. |1 |

|Статический прогиб рессорного подвешивания вагона fст, |0,05 |

|м | |

|Радиус колеса r, м |0,475 |

|Диаметр шейки оси d1, м |0,135 |

|Диаметр подступичной части оси d2 м |0,194 |

|Диаметр средней части оси d3, м |0,165 |

|Расстояние между серединами шеек оси 2b2, м |2,036 |

|Расстояние между кругами катания колес 2s, м |1,58 |

|Расстояние от середины шейки оси до круга катания колес|0,228 |

|12, м | |

|Расстояние от середины шейки оси до задней галтели |0,1 |

|шейки 13,м | |

|Расстояние от середины шейки оси до внутренней кромки |0,073 |

|заднего роликового подшипника 16, м | |

|Расстояние от середины оси до равнодействующей сил |0,263 |

|инерции средней части оси 17, м | |

5.2. Расчет оси колесной пары на выносливость

Определение расчетных нагрузок.

Статическая нагрузка на шейку оси с учетом коэффициента использования

грузоподъемности вагона

[pic]

Коэффициент вертикальной динамики

[pic]

Динамическая нагрузка:

От вертикальных колебаний кузова на рессорах

[pic]

от центробежных сил в кривых

[pic]

от силы ветра

[pic]

Расчетная вертикальная нагрузка:

На левую шейку оси

[pic]

на правую шейку оси

[pic]

Ускорение буксового узла:

Левого

[pic]

Правого

[pic]

Ускорение левого колеса

[pic]

Вертикальная сила инерции, действующая:

На левую шейку оси

[pic]

на правую шейку оси

[pic]

От левого колеса на рельс (на правом колесе Рнк=0)

[pic]

Вертикальная сила инерции массы средней части оси

[pic]

Коэффициент горизонтальной динамики

[pic]

горизонтальная сила, действующая от колесной пары на рельс, (рамная сила)

[pic]

Вертикальная реакция рельса, действующая на левое колесо

[pic]на правое колесо

[pic]

Вертикальная реакция действующая

На левую опору оси

[pic]

на правую опору оси

[pic]

Поперечная составляющая силы трения правого колеса о рельс

[pic]

боковая сила

[pic]

Изгибающий момент от инерционных сил, действующий в сечении

Под левой опорой оси

[pic]

под правой опорой оси

[pic]

Изгибающие моменты и напряжения в расчетных сечениях.

От расчетных нагрузок.

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

где WI,WII,WIII,WIV – моменты сопротивления изгибу расчетных сечений оси.

Для круглого сечения [pic]

От статической нагрузки

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]Коэффициенты перегрузки оси

Максимальные

[pic]

[pic]

Минимальные

[pic]

[pic]

Для накатанных осей в сечении I-I 150 мН/м2, в сечении II-II 150 мН/м2, в

сечении III-III 135 мН/м2, в сечении IV-IV 180 мН/м2.

Результаты расчета оси колесной пары на усталостную прочность приведены в

табл. 5.3.

Значение коэффициента запаса усталостной прочности n находим по

номограмме в зависимости от максимальных и минимальных значений

коэффициента перегрузки оси [1, стр. 115].

Получили следующие значения запаса усталостной прочности:

n1 = 2.5 > [n];

n2 = 1.9 = [n];

n3 = 2.5 > [n];

n4 = 2.2 > [n];

Таким образом, во всех рассматриваемых сечениях оси получено n > [n],

следовательно, образование трещин в осях будет наблюдаться не чаще, чем у

надежно эксплуатируемых колесных пар, ось имеет повышенную долговечность,

то есть срок службы больше или равен принятому сроку службы в расчетах.

Таблица 5.2.

Нагрузки, действующие на ось колесной пары.

|Статическая нагрузка |Рст, кН |104,53 |

|Коэффициент вертикальной динамики |Кд |0,32 |

|Динамическая нагрузка: | | |

|от вертикальных колебаний кузова |Рд, кН |0,0327 |

|от центробежных сил в кривых |Рц, кН |0,0664 |

|от давления ветра |Рв, кН |0,0558 |

|Суммарная вертикальная нагрузка: | | |

|для левой шейки оси |Р1, кН |104,6 |

|для правой шейки оси |Р2, кН |104,4 |

|Ускорения буксовых узлов: | | |

|левого |j1, доли |3,31 |

|правого |j2, доли |0,209 |

|Масса необрессоренных частей |mн, кг |361 |

|Ускорение левого колеса |Jн, доли |2,89 |

|Вертикальные инерционные нагрузки: | | |

|для левой шейки оси |Рн1, кН |1,194 |

|для правой шейки оси |Рн2, кН |0,754 |

|для средней части оси |Рнс, кН |0,460 |

|со стороны левого колеса |Рнк, кН |1,159 |

|Коэффициент горизонтальной динамики |kг |0,13 |

|Рамная сила |Н, кН |2,288 |

|Вертикальная реакция: | | |

|на левое колесо |Ра, кН |107,05 |

|на правое колесо |РЬ, кН |103,094 |

|на левую опору оси |Рс, кН |105,891 |

|на правую опору оси |Rd, кH |103,159 |

|Сила трения правого колеса о рельс |Н2, кН |25,77 |

|Боковая сила |Н1, кН |28,05 |

|Изгибающий момент от инерционных сил: | | |

|под левой опорой оси |Мл, кНм |13,242 |

|под правой опорой оси |Мп, кНм |12,24 |

Таблица 5.3.

Результаты расчета оси.

|Изгибающие моменты, кНм: | | |

| |МI |10,0109 |

| |МII |12,8674 |

| |МIII |39,65103 |

| |МIV |38,779 |

Страницы: 1, 2, 3