Основные параметры грузового вагона.

 

4-осная цистерна для сжиженных углеводородных газов, модели 15-1519

 

 

 

Назначение: для перевозки сжиженных углеводородных газов
Номер проекта	1519.00.000
Технические условия	ТУ24.00.1285-82	ТУ24.00.1285-83
Модель вагона	15-1519	15-1519-01
Тип вагона
Изготовитель	ОАО «МЗТМ»
Грузоподъемность, т
Масса тары вагона, т	36,1	37,9
Нагрузка:
статическая осевая, кН(тс)	203,85 (20,78)	200,0 (20,48)
погонная, кН/м(тс/м)	67,95 (6,92)	65,96 (6,73)
Объем котла, м3
полный	75,7
полезный	64,2
Скорость конструкционная, км/ч
Габарит	1-Т
База вагона, мм
Длина, мм:
по осям сцепления автосцепок
по концевым балкам рамы
Высота от уровня верха головок рельсов максимальная, мм
Количество осей, шт.
Модель 2-осной тележки	18-100
Наличие переходной площадки	Нет
Наличие стояночного тормоза	Есть
Диаметр котла внутренний, мм
Длина котла наружная, мм
Удельный объем, м3/т	1,76
Количество верхних люков, шт.
Условное рабочее давление в котле (по регулировке предохранитель-ного клапана), МПа (кгс/см2)	2,0 (20,0)
Давление, создаваемое в котле при гидравлическом испытании, МПа (кгс/см2)	3,0 (30,0)
Количество секций котла, шт.
Наличие парообогревательной рубашки	нет
Наличие теплоизоляции	нет
Толщина изоляции, мм	-
Наличие теневой защиты	нет
Наличие предохранительного клапана	есть
Наличие предохранительно-впускного клапана	нет
Способ налива и слива	верхний - передавливанием
Количество лестниц, шт.:
наружных
внутренних	-
Максимально допустимая температура загружаемого продукта, град. С	+10
Год постановки на серийное производство

 

Конструкция грузового вагона характеризуется следующими параметрами (см.рис.2)

- тара вагона – Т, т;

- грузоподъемность вагона – Р, т;

- объем кузова – V, м³;

- длина вагона по осям сцепления – 2L_об, м;

- внутренняя длина вагона – 2L_в, м;

- ширина кузова вагона – 2В, м;

- внутренняя ширина кузова вагона – 2В_в, м;

- площадь пола F, м²;

- длина консольной части вагона – n_к, м;

- база вагона – 2l, м;

- вылет автосцепки – а_а, м;

- толщина торцевой стены – а_т, м;

- толщина боковой стены – а_б, м;

- число осей (осность) вагона – т_о.

Рис. 2 Линейные размеры грузового вагона

 

Определяются технико-экономические характеристики, связанные с оценкой оптимальности линейных размеров.

К ним относятся средняя статическая нагрузка для вагона, в котором перевозятся различные грузы. Она рассчитывается по формуле:

,

Где - доля i-го груза в общем объеме, %;

- статическая нагрузка i-го груза, тс;

т

т

т

т.

, следовательно, для расчетов используем .

т

Затем рассчитывается средняя динамическая нагрузка вагона :

Где - среднее расстояние перевозки i-го груза, км.

тс

Кроме того, к относительным технико-экономическим показателям вагона относятся технический и погрузочный коэффициенты тары вагона, от которых зависят расходы на перевозочный процесс.

Средний погрузочный коэффициент тары:

Где T- тара вагона, т.

Технический коэффициент тары:

Где - грузоподъемность, т.

Принимается, что главным показателем эффективности вагона является величина средней погонной нетто , т.к. этой нагрузкой определяются провозные способности железных дорог.

Средняя погонная нагрузка нетто:

Где 2 - длина по осям сцепления, м.

т/м

1. Этапы выбора линейных размеров вагона при проектировании.

1.1 Произвести расчет минимальной длины вагона по осям сцепления

,

Где 2 =1,85 м

а=0,6

Д=0,95 м

Принимаем 2

1.2. Определяется вес погонного метра кузова вагона по формуле:

1.3.Определяем длину расчетного вагона по раме

1.4.Определяем тару расчетного вагона

1.5.Определяем номинальную грузоподъемность расчетного вагона

1.6. 2

2 =7,8м

2L=10,8 м

1.7.Определяем ограничение полуширины габарита для сечений кузова вагона по формулам

- для направляющего (шкворневого) сечения

 

,

Где - максимальная полуширина колеи в кривой расчетного радиуса, мм;

-половина минимального расстояния между наружными гранями предельно изношенных гребней колес, мм;

- максимальный разбег изношенной колесной пары между рельсами, мм (27 мм);

q+ –горизонтальные поперечные смещения, из-за износов в узлах пятник-подпятник, мм (31 мм);

- величина дополнительного поперечного смещения, из- за выносов подпятника надрессорной балки тележки (2,14 м²);

- коэффициент, зависящий от расчетного радиуса кривой и обусловленный переводом размеров в м к выносам в мм (2,5);

- величина уширения пути в кривой, определяемая по выносам расчетного вагона при R=200 м (180).

Так как в скобках мы получили отрицательное число, то мы его не учитываем.

- для внутреннего (по середине вагона) сечения

 

,

Где 2 - база вагона, м;

-половина базы вагона, м.

 

- для наружного (в конце кузова) сечения

 

,

Где -длина консоли, м.

Максимально допускаемая ширина строительного очертания кузова вагона на некоторой высоте Н над уровнем верха головок рельсов определяется по выражению.

2В=2·(В_о-Е),

где: В – максимальная полуширина строительного очертания кузова вагона на рассматриваемой высоте Н;

В_о – полуширина заданного габарита подвижного состава на той же высоте Н (1700 мм)

Е – ограничение полуширины кузова вагона для одного из рассматриваемых сечений: направляющего - Е_о, внутреннего - Е_в, наружного - Е_н.

2В=

Внутренний диаметр котла

,следовательно, вагон вписывается в габарит.

1.8.Определяем объем котла по формуле:

,

Где -высота днища (0,5 м).

2

1.9.Определяем статические нагрузки

 

Средняя статическая нагрузка для каждого типа вагона, в котором перевозятся различные грузы, определяют по формуле

,

где - абсолютное количество или доля - го груза в общем объеме грузов, перевозимых в рассматриваемом типе вагона.

Средняя динамическая нагрузка вагона определяется по формуле

Определение технико-экономических параметров вагона:

- средний погрузочный коэффициент тары

Одним из главных показателей эффективности вагона является величина средней погонной нагрузки нетто 525

2			Pc	Pдин	Kп	qпн
9,38	12,02	96,8			0,722	4,15
8,88	11,52				0,722	4,3
9,88	12,52		55,5	55,5	0,65	4,4

 

2.Проверка соответствия требований и норм условиям сцепляемости и прохода кривых в сцепе вагонов.

d,

Где d- вынос центра сцепления автосцепки по отношению к оси пути.

Выведем формулу для подсчета d. Примем, что вагон находится в системе координат YOX.

 

Таким образом, если захват автосцепки равен

2

2

Проверим возможность прохода сцепом вагона S-образной кривой

О

2

2

Условие выполняется, следовательно, может пройти сцепом S-образную кривую.

3.Расчет кузова на прочность.

Расчет выполняется по упрощенным методикам, в которых кузов вагона рассматривается как балка на двух опорах, испытывающая действие всех нагрузок предусматриваемых «Нормами».

В качестве расчетной схемы выберем балку на 2 опорах.

Где коэффициент вертикальной динамики (0,4)

Определяем изгибающие моменты в двух точках,над опорой-надпятник и в средней части кузова.

 

Для этого установим значения реакций.

 

+

Предположим, что кузов изготовлен из 1-го листа одинаковой толщины, тогда приведенная длина будет равна

Допустим, что

Прочность выполняется.

4. Коэффициенты динамики и амплитуды ускорений.

Вертикальные колебания кузова.

4.1. Частота вынужденных колебаний кузова вагона

,

Где - скорость движения вагона (33,3 м/с).

Основными неровностями считаются стыки рельс =25 м.

4.2. Вертикальная жесткость пружин, устанавливаемых под вагон

Где

 

4.3. Частота собственных колебаний кузова вагона

 

4.4. Коэффициент вязкого трения

Где - коэффициент относительного трения (0,08 ;

- амплитуда вертикальных неровностей пути (0,01 м).

 

4.5. Критическое значение коэффициента вязкого трения

4.6.Степень демпфирования

4.7. Амплитуда установившихся вынужденных колебаний кузова

4.8. Коэффициент вертикальной динамики

4.9. Амплитуда вертикальных ускорений в долях

Горизонтальные колебания кузова

4.10. Частота вынужденных колебаний кузова

,

Где n- коничность поверхности катания (1:20 =0,05);

r- радиус колеса (0,475 м);

S- половина расстояния между кругами катания колес (0,79 м).

4.11. Частота собственных горизонтальных колебаний кузова

4.12. Эквивалентное значение коэффициента вязкого трения

,

Где количество гасителей колебаний в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

4.13. Критическое значение коэффициента вязкого трения

4.14.Степень демпфирования

4.15. Амплитуда установившихся вынужденных колебаний кузова

4.16. Коэффициент горизонтальной динамики

4.17.Амплитуда горизонтальных ускорений

5. Допускаемые значения коэффициентов динамики и ускорений кузова.

Кузов груженого грузового вагона

отл	0,4	0,4	0,15
хор	0,5	0,5	0,20
удовл	0,6	0,6	0,25

 

Вертикальная нагрузка на колесо определяется весом

Масса частей вагона, приходящихся на 1 колесо определяется по формуле

Где количество колес

Коэффициент вертикальной динамики

,

Где а- коэффициент для обрессоренных частей тележки (0,1);

в- коэффициент, учитывающий число осей в тележке(;

- статический прогиб (max(0,018;

 

Среднее значение коэффициента вертикальной динамики при подпрыгивании

Среднее значение коэффициента вертикальной динамики при боковой качке

Среднее значение рамной силы

,

Где - осевая нагрузка;

- коэффициент, который на грузовых вагонах на безрамных вагонах принимается равным 0,003.

 

Масса необрессоренных частей вагона, приходящаяся на колесные пары

,

Где n- количество осей в тележке.

 

Вертикальное давление набегающего колеса

,

Где - половина расстояния между серединами шеек оси (1,018м);

- расстояние от точки контакта контакта ненабегающего колеса до середины шейки оси (0,264 м);

- расстояние от точки контакта набегающего колеса до середины шейки оси (0,217 м);

- расстояние между точками контакта колес с рельсами (1,555 м);

r- радиус колеса (0,475 м).

Вертикальное давление ненабегающего колеса

Боковое давление набегающего колеса

Коэффициент устойчивости колеса

,

Где - коэффициент трения (0,25);

= ;

1,5

Коэффициент устойчивости колеса оказывает большое влияние на безопасность движения вагона, превышение его допустимых значений возможно, если проекции вертикальных сил на линию контакта гребня колеса с головкой рельса будут меньше проекции боковой силы на ту же линию.

6. Расчеты прочности элементов ходовых частей.

Расчет боковой рамы тележки 18-100 от действия вертикальной нагрузки.

 

Форма сечений стержней имеет вид и следующие геометрические характеристики.

 

 

№ стержня	Поперечное сечение	Li, см	Fi, см2	Ji, см4	zoi, см	Название стержня
		32,1	51,44	498,97	4,98	Верхний горизонтальный пояс
		32,1	165,1	3070,77	8,32	Нижний горизонтальный пояс
		42,4	48,72	313,84	5,64	Верхний наклонный пояс
		69,05	58,56	977,18	4,59	Нижний наклонный пояс
		54,5	47,56	382,108	6,09	Вертикальная колонка

 

Опыт испытаний показывает, что верхние пояса работают на растяжение-сжатие. Поэтому можно принять расчетную схему в виде:

 

Заменив реакции пружин силами, получаем основную систему.

Составим уравнение потенциальной энергии деформации для боковой рамы.

 

 

 

+