Проектирование четырехосной цистерны для светлых нефтепродуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование четырехосной цистерны для светлых нефтепродуктов

Введение

В курсовом проекте в соответствии с заданием была спроектирована конструкция 4-й цистерны для бензина с осевой нагрузкой Р=203 кН.

В процессе проектирования был произведен выбор основных параметров проектирования цистерны, произведена проверка вписывания вагона в габарит 02-ВМ. Выполняемый габаритный расчет показал, что безопасная эксплуатация проектируемого вагона в данном габарите может быть обеспечена. В проекте было произведено описание конструкции проектируемой цистерны, выполнен и проанализирован расчет на прочность оси колесной пары с помощью вероятностного метода.

цистерна вагон прочность вероятностный

1. Выбор основных параметров проектируемого вагона

1.1 Грузоподъемность

, (1.1)

где m_o - осность вагона, m_o =4;

p_o - заданная осевая нагрузка; p_o =203 кН;

К_т - технический коэффициент тары, К_т =0,38;

g - ускорение свободного падения, g=9,8 м/с².

Тогда т.

Масса вагона

(1.2)

т.

1.3 Масса груженого вагона

, (1.3)

Тогда т.

1.4 Масса брутто кузова

, (1.4)

где m_т - масса тележки, m_т=4,88 т.

т.

1.5 Полный объем котла

, (1.5)

где - удельный оптимистический объем, =1.2 м³/т;

V_Д - объем днища;

V_Л - объем люка.

Тогда м³.

Внутренний диаметр котла принимаем равным D_К=3 м.

Объем днища находим из следующего выражения

, (1.6)

где V_o - объем овалоидной части, м³;

R₂ - внутренний радиус днища, м;

h_o - внутренняя высота овалоидной части днища, м;

V_ЦД - объем цилиндрической части днища, м³;

h_o - высота цилиндрической части днища, м.

Тогда м;

м³;

м³;

м³.

Объем люка:

, (1.7)

где D_Л - диаметр люка, D_Л =0.57 м;

h_л - высота люка, h_л =0,27 м.

Тогда м³.

Объем цилиндрической части котла:

(1.8)

м³.

Длина цилиндрической части котла:

(1.9)

м.

Внутренняя длина котла:

, (1.10)

где H_Д - высота днища, H_Д =0.55…0.61 м.

Тогда

м.

1.6 Наружные линейные размеры вагона

Наружная ширина:

 (1.11)

где ДБ - расстояние от внутренней поверхности котла до наибольшей выступающей части котла, ДБ=0.21 м.

Тогда, м.

Наружная длина котла:

, (1.12)

где д₂ - толщина днища, д₂=0,01 м.

м.

Длина консоли:

, (1.13)

где 2L_Р - длина рамы, 2L_Р =10,8 м;

2l - база вагона 2l=7,8 м.

Тогда, м.

Общая длина вагона:

, (1.14)

где Дa - вылет автосцепки, Дa=0,61.

Тогда, м.

1.7 Выбор основных параметров проектируемой тележки

Базу, длину и ширину проектируемой тележки принимаем равными соответствующим размерам типовой тележки, т.е. P=185 м; 2l_т=2,41 м; 2b=2.59 м.

Длина консольной части:

(1.15)

м.

Расстояние от головки рельсов до опоры кузова на тележку 0,84 м.

Для грузовой тележки принимаем одинарное центральное подвешивание с двумя рессорными комплектами.

Статический прогиб проектируемого рессорного подвешивания - 0,05 м.

Массу тележки устанавливаем по массе отдельных элементов. При этом учитываем что при Р ? 245 кН масса тележки составит m_т=4,88 т.

2. Проверка вписывания проектируемого вагона в габарит 1-ВМ

2.1 Исходные данные

Верхнее очертание габарита 1 - ВМ показано на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Верхнее очертание габарита 1 - ВМ

Ходовые части тележки типа 18-100.

Параметры:

· Полезная нагрузка, Р=70 т;

· Длина рамы, 2L_р =10,8 м;

· База, 2l=7.8 м;

· Длина консоли, l_к=1,5 м.

Параметры тележки:

· База тележки, Р=1,85 м;

· Общая гибкость рессорного подвешивания, лт=125 мм/МН.

При проектировании вагона по габариту 1-ВМ значение отдельных величин входящих в формулы для определения ограничивающей полуширины вагона Eo, Eв, Eн, для верхнего очертания габарита применяется: S=1541 мм; d=1489 мм; K₁=2,14; K₂=2,5; K₃=180 мм; q=3 мм; W=28 мм.

Величина суммарного статического понижения для обрессоренных частей кузова:

, (2.1)

Тогда мм.

Конструктивно-технологическое отклонение допускаемое, при постройки вагона:

а) в горизонтальной плоскости:

· для верхней части кузова, Eт=23 мм;

· для нижней части кузова, Eт=13 мм.

б) в вертикальной плоскости:

· для верхней части кузова, дт=30 мм;

· для нижней части кузова, дт=10 мм.

2.2 Определение горизонтальных, поперечных размеров строительного очертания кузова вагона

Максимальная допускаемая ширина строительного очертания вагона на некоторой высоте над уровнем верха головки рельса определяется по формуле:

(2.2)

где B - максимальная полуширина строительного очертания вагона на рассматриваемой высоте H, мм;

B_o - полуширина габарита 1-ВМ подвижного состава на той же высоте, мм;

E - ограничение полуширины вагона для одного из рассматриваемых сечений: направляющего, внутреннего и наружного, мм.

Ограничение полуширины для сечений:

· основного

(2.3)

· внутреннего

(2.4)

· наружного

(2.5)

где S - максимальная ширина колее и кривой расчетного радиуса, S= 1541 мм;

d - минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колес, d=1489 мм;

q - наибольшее возможное поперечное перемещение из центрального положения в одну сторону рамы тележки относительно колесной пары (вследствие зазоров в буксовом узле и узле сочленения рамы тележки с буксой), q=3 мм;

0.5 (S-d) - максимальный разбег изношенной колесной пары между рельсами (смещение из центрального положения в одну сторону), 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=28 мм;

2l - расстояние между шкворневыми (основными) сечениями вагона (база вагона), 2l=7.8 м;

n - расстояние от рассматриваемого поперечного сечения вагона до ближайшего основного сечения, для Eв n=3.9 м, для Eн n=1.5 м;

K - величина, на которую допускается выход подвижного состава, проектируемого по габариту 1-ВМ (в нижней части), за очертание этого габарита в кривой R=250 м, K=0;

K₁ - величина дополнительного поперечного смещения в кривой расчетного радиуса R=200 м тележечного подвижного состава, K₁=0.625p² мм;

K₂ - коэффициент, зависящий от величины расчетного радиуса кривой (R=200 м для габарита 1-ВМ в верхней части, R=250 м в нижней части 1-ВМ), K₂=2.5;

K₃ - половина принятой на железных дорогах величины увеличения горизонтального расстояния между осями путей на перегонах в расчетной кривой, K₃=180 мм;

л, в - дополнительные ограничения внутреннего и наружного сечений вагона, имеющие место только у очень длинных вагонов, проектируемых по габариту 1-ВМ, и определяемые из условия вписывания в кривую радиуса R=150 м.

Для вагонов проектируемых по габариту 1-ВМ:

· для верхней части: л=0 - если г ? 72 мм;

л=0.83 - если г > 72 мм;

в=0 - если з ? 72 мм;

в =0.83 - если з > 72 мм.

Рассчитаем г и з по следующим формулам:

 (2.6)

(2.7)

Тогда,

Для нашего случая принимаем л=0 и в=0.

Рассчитаем E_O:

мм.

Рассчитаем E_В:

мм.

Рассчитаем E_Н:

мм.

Поскольку отдельно взятая величина в скобках получилась отрицательной, то ее не учитываем. Отрицательная сумма свидетельствует о недоиспользовании имеющегося в кривой уширения габарита приближения строений.

Делаем проверку:

для E_o:

мм; (2.8)

мм;

мм. Не удовлетворяет условию!

для E_В:

мм; (2.9)

мм;

мм. Не удовлетворяет условию!

для E_Н:

мм. (2.10)

мм. Не удовлетворяет условию!

Расчет ограничений производим из условий вписывания в габарит на прямом участке пути.

(2.11)

где S^П - максимальная ширина колее в кривой, S^П =1526 мм.

мм;

(2.12)

мм.

Ширина строительного очертания кузова вагона на некоторой высоте над уровнем головки рельсов для верхнего очертания габарита составит:

- в основном сечении и внутренних сечениях:

(2.13)

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

- в наружном сечении:

(2.14)

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

2.3 Определение вертикальных размеров строительного очертания кузова вагона

Наименьшие допускаемые вертикальные размеры строительного очертания вагона понизу (для точек 1,2,3):

(2.15)

где Н_io - высота точки габарита;

д - суммарно статическое понижение, д=114,7 мм.

Тогда, мм;

мм.

Вертикальные размеры габарита подвижного состава поверху является одновременно и максимальными размерами строительного очертания, т.е.:

(2.16)

где, Н_i - высота строительного очертания.

Для точки 4 - Н₄=3850 мм;

Для точки 5 - Н₅=4250 мм;

Для точки 6 - Н₆=4500 мм;

Для точки 7 - Н₇=4700 мм.

2.4 Определение горизонтальных поперечных размеров проектируемого кузова вагона

Ширина проектируемого кузова вагона на некоторой высоте Н над уровнем верхней головки рельсов определяется по формуле:

(2.17)

где Е_Т - конструктивно-технологические отклонения допускаемые при постройки вагона в горизонтальной плоскости.

Тогда ширина проектируемого очертания:

- в основном и внутреннем сечении:

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

- в наружном сечении:

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

Горизонтальная габаритная рама проектного очертания кузова на уровне рамы показана на рисунке 2.2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.2 - Горизонтальная габаритная рама проектного очертания кузова на уровне рамы

2.5 Определение вертикальных размеров проектного очертания кузова вагона

Вертикальные размеры проектного очертания:

- понизу:

(2.18)

- понизу:

(2.19)

где д_Т - конструктивно-технологическое отклонение, допускаемое при постройки вагона в вертикальной плоскости (понизу - д_Т=10 мм, поверху - д_Т=30).

Тогда вертикальные размеры:

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

Вертикальная габаритная рамка проектного очертания кузова для наружного сечения показана на рисунке 2.3.

Сравнение (рисунок 2.4) контура проектного очертания вагона с контуром поперечного сечения проектируемого вагона показывает, что проектируемый вагон вписывается в габарит 1-ВМ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.3 - Вертикальная габаритная рамка проектного очертания кузова для наружного сечения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.4 - Сравнение контура проектного очертания вагона с контуром поперечного сечения проектируемого вагона

3. Техническое описание конструкции цистерны

3.1 Описание конструкции

Цистерна состоит из котла, опирающегося через средние и концевые опоры на раму, ходовых частей, автосцепного устройства и тормозного оборудования. Она имеет характеристику, приведенную в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Техническая характеристика цистерны модели

Показатели	Значения
Грузоподъемность, т	70
Тара, т	23,8
Объем кузова, м3	84
База вагона, м	7.8
Длина, м:
по осям автосцепок	14.7
по концевым балкам	10.8
Габарит по ГОСТ 9238 - 83	1 - ВМ
Конструкционная скорость, км/ч	120
Коэффициент тары	0,386

Рама цистерны типовая сварной конструкции без боковых продольных балок между шкворневыми, длинной 10.8 м. применяется рама для всех четырехосных цистерн с базой 7800 мм независимо от перевозимых грузов. Рама состоит из хребтовой, двух шкворневых и двух концевых балок, соединенных со шкворневыми балками боковыми обвязками. Хребтовая балка выполнена из двух швеллеров 14 №30В, перекрытых сверху и снизу накладками и толщиной 7 мм. На хребтовой балке крепятся передние и задние упоры автосцепки, предохранительные наладки, кронштейны для тормозного оборудования и лапы для крепления котла. Предохранительные накладки защищают вертикальные стенки хребтовой балки от истирания поглощающим аппаратом автосцепки.

Шкворневые балки коробчатого сечения, сварены из верхнего (10 мм), нижнего (12 мм) и двух вертикальных листов (8 мм). Сверху на шкворневых балках укрепляются металлические опоры котла. Зона соединения шкворневой и хребтовой балок усилена надпятниковой коробкой. Концевые балки и боковые обвязки изготовлены из штамповок Г-образной формы толщиной 6 мм.

Котел на раме крепят в средних и концевых ее частях. Для предотвращения продольных смещений только лишь средняя часть котла жестко связана с рамой фасонными рамами, приваренными к нижнему листу и соединенными призонными болтами с лапами хребтовой балки рамы. Концевые части котла свободно лежат на деревянных брусках, укрепленных болтами в металлических желобах опор, установленных на шкворневых балках рамы.

3.2 Описание конструкции тележки

Под кузов цистерны подкатывают двухосные тележки. Тележка состоит из двух колесных пар 1 с четырьмя буксами 2, двух литых рам 3, двух комплектов центрального рессорного подвешивания 4, надрессорной балки 5 и тормозной рычажной передачи 6. Тормоз тележки колодочный с односторонним нажатием колодок.

Боковая рама тележки отлита из низколегированной стали 20ФЛ или 20ГФЛ. Рама имеет пояса и колонки, которые в середине образуют проем для центрального рессорного подвешивания, а по концам - буксовые проемы. По бокам среднего проема расположены направляющие, ограничивающие поперечные перемещения фрикционных клиньев, а внизу сделана опорная поверхность с буртами для размещения и фиксирования пружин рессорного комплекта. С внутренней стороны этой поверхности имеются полки, являющиеся опорами для наконечников и удержания триангеля в случае обрыва подвесок. В местах расположения фрикционных клиньев в каждой колонке рамы приклепано по одной планке. На внутренней плоскости наклонного пояса рамы отлиты пять шишек, часть которых срубается при сборке тележек, подбирая боковины в зависимости от расстояния между наружными челюстями буксовых проемов. На верхнем поясе боковой рамы расположены кронштейны для крепления подвесок тормозных башмаков. Буксовые проемы имеют в верхней части кольцевые приливы, которыми рама опирается на буксы, а по бокам - челюсти.

Тележка показана на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Тележка

Надрессорная балка отлита из стали 20ФЛ или 20ГФЛ в виде бруса равного сопротивления изгибу. Она имеет замкнутое коробчатое сечение и изготовляется вместе с подпятником, полкой для крепления кронштейна мертвой точки рычажной передачи тормоза, опорами для скользунов, выемками для размещения фрикционных клиньев, буртами, ограничивающими смещение внутренних пружин рессорного комплекта и выступами, удерживающими наружные пружины от смещения при движении тележки. Каждый скользун состоит из опоры, отлитой заодно с надрессорной балкой, колпака, надетого на опору, прокладок для регулировки зазоров между скользунами рамы вагона и тележки, болта, предохраняющего колпак от падения. Через подпятник кузов непосредственно опирается на тележку. Для прочности он усилен колонкой, в которой размещен поддон, являющийся опорой шкворня. На подпятник надрессорной балки опирается пятник кузова. Через их центры пропущен стальной шкворень. Рессорное подвешивание имеет два комплекта, размещенные в рессорных проемах левой и правой боковых рам. В каждый комплект входит семь двухрядных цилиндрических пружин и два фрикционных гасителя колебании. Крайние боковые пружины комплекта поддерживают клинья гасителей колебаний. Клинья отливают из стали 45. Снизу клинья имеют кольцевые выступы, не допускающие смещения их относительно пружин в горизонтальной плоскости, а верхней своей частью входят в направляющие надрессорной балки.

4. Расчет сплошной оси колесной пары вероятностным и условным методами

4.1 Методика расчета оси колесной пары вероятностным методом

Расчет новой оси колесной пары при ее проектировании или оценке прочности существующей оси при намечаемом изменении условий ее нагружения в эксплуатации рекомендуется производить вероятностным методом.

Последовательность расчета оси вероятностным методом:

1. определение расчетных сил и установление расчетных сечений;

2. оценка статической прочности;

3. оценка усталостной прочности;

4. оценка надежности.

В качестве основного критерия оценки прочности оси по этому методу расчета применяется величина допускаемого коэффициента запаса усталостной прочности, в качестве дополнительных - допускаемые значения напряжений (при оценке статической прочности) и нормативные значения вероятности безотказной работы (при оценке надежности).

4.1.1 Определение расчетных сил действующих на колесную пару

При расчете оси учитывается следующие основные силыё действующие на колесную пару (рисунок 4.1):

Ї вертикальные Р₁ и Р₂ё передающиеся на шейку оси;

Ї боковые (горизонтальные) Н₁ёН₂ и Н;

Ї вертикальные инерционные Р_н1ёР_н2ёР_нк и Р_нс.

Рассмотрим методику их определения.



Рисунок 4.1 Ї Схема силё действующих на колесную пару

Вертикальные расчетные силы

а) на левую шейку оси Ї

(4.1)

б) на правую шейку оси Ї

(4.2)

где Р_ст Ї вертикальная статическая сила груженного вагона (брутто)ё приходящаяся на шейку осиё kH;

Р_д Ї вертикальная динамическая сила от колебаний кузова на рессорах kH;

Р_ц Ї вертикальная составляющая на шейку оси от действия центробежной силы kH;

Р_в Ї вертикальная составляющая на шейку оси от действия ветровой нагрузкиё kH.

Вертикальная статическая сила на шейку оси

 (4.3)

где Р_брЇ вес вагона бруттоё kH;

m₀ Ї осность вагонаё m₀=4;

m_кп Ї масса колесной парыё m_кп=1,182 т;

m_ш Ї масса консольной части оси (от торца оси до плоскости круга катания)ё m_ш=0,035 т;

g Ї ускорение свободного паденияё g=9,81 м/с²;

Ї коэффициент использования грузоподъемности вагонаё =0,9.

Вес вагона брутто:

(4.4)

где р₀ Ї допускаемая осевая нагрузкаё kH.

Вертикальная динамическая сила от колебаний кузова на рессорах

(4.5)

где К_вд Ї коэффициент вертикальной динамикиё

(4.6)

где Ї величинаё зависящая от оснасти вагона =1;

А Ї величина зависящая от типа вагона и гибкости рессорного подвешивания А=8,125^.(f_cт=0,050);

f_ст Ї статический прогиб рессорного подвешиванияё f_ст=0,050 м;

В Ї величинаё зависящая от типа вагона В=5,94^.10^-4;

V Ї расчетная скорость движения вагона V=25 м/c²

Вертикальная составляющая от центробежной силы при прохождении вагоном кривых

(4.7)

где Ї центробежная сила вагонаё приходящая на одну колесную пару kH

(4.8)

где Їкоэффициентё равный 0,075;

h_ц Їрасстояния от продольной оси колесной пары до центра массы вагонаё h_ц=2,258 м;

2bЇрасстояние между точками приложения вертикальных расчетных сил Р₁ и Р₂ к шейкам осиё 2b=2,036 м.

Вертикальная составляющая от давления ветра на боковую поверхность вагона

(4.9)

где Ї давления ветраё приходящею на одну колесную пару kH

(4.10)

где H_B - давление ветра на боковую поверхность вагона kH H_B=;

- удельное давление ветра =0,5 kH/м;

F - площадь боковой проекции кузова на вертикальную продольную плоскость симметрии вагона м²ё

h_B-расстояние от продольной оси колесной пары до точки приложения равнодействующей ветровой нагрузки м.

Горизонтальные расчетные силы

Горизонтальные (боковые) силы от центробежной силы и давления ветра вместе с усилиями взаимодействия колес с рельсами при движении вагона по кривой приводится к следующим силам

а) сила тренияё возникающая в месте контакта правого колеса с рельсом

(4.11)

б) поперечной рамной силе (реакции рамы тележки)

(4.12)

в) боковому давлениюё приложенному к колесуё движущемуся по наружному рельсу кривой (горизонтальной реакции наружного рельса)

(4.13)

где Ї коэффициент трения при скольжении колеса по рельсу в поперечном направленииё =0,25;

R_B Ї вертикальная реакция внутреннего рельсаё kH;

К_Г Ї коэффициент горизонтальной динамикиё

(4.14)

где Ї величинаё зависящая от оснасти вагона =1;

Ї величина зависящая от типа вагона =1.

Вертикальные инерционные силы

а) на левую шейку

(4.15)

б) на правую шейку

(4.16)

в) от левого колеса на рельс

(4.17)

г) на среднюю часть оси

(4.18)

где m₁ё m₂ Ї сумма масс необрессоренных частейё опирающихся на левую и правую шейку соответственноё включая собственную массу шейки т

(4.19)

m_ш Ї масса консольной части осиё m_ш=0,035 т;

m_б Ї масса буксы и жестко связанных с ней необрессоренных деталейё m_б=0,112 т;

m_р Ї масса необрессоренных частейё опирающихся на буксуё m_р=0,312 т;

m_к Ї масса колесаё m_к=0,410 т;

m_c Ї масса средней части осиё m_c=0,292 т;

j₁ёj₂ёj_kёj_c Ї соответственно ускорение левого и правого буксового узлаё левого колеса и средней части осиё м/с².

Ускорение левого буксового узла определяется по эмпирической формуле

(4.20)

где D Ї коэффициент зависящий от типа вагона и скорости движения D=113;

m_нк Ї масса необрессоренных частей приходящаяся на рельс т

(4.21)

Ускорение (из подобия треугольника на (рисунке 4.2):

а) левого колеса

(4.22)

б) правого буксового узла

(4.23)

в) средней части оси

 (4.24)

где, 2s Ї расстояние между кругами катания колесной пары 2s=1,58 м;

l₃ Ї расстояние от точки приложения вертикальной расчетной силы Р₁ к шейке оси до плоскости круга катания l₃=0,228 м.

Рисунок 4.2 - Изменение ускорений по длине оси

Вертикальные реакции наружного и внутреннего рельсов

Вертикальные реакции наружного R_H и внутреннего R_B рельсов от расчетных сил определяются из условий равновесия колесной пары (рисунок 41)

(4.25)

(4.26)

где r_k r_ш Ї соответственно радиус колеса и шейки оси r_k=0,475 м r_ш=0,070 м.

4.1.2 Расчетные силы и сечения оси колесной пары

Оценка статической прочности

Расчетная схема оси (рисунок 4.3) представляет собой балку, которая опирается на две опорыё лежащие в плоскости круга катания.

Рисунок 4.3 - Расчетная схема оси и положение расчетных сечений

Вместо удаленных колес в опорных местах прикладываются силы Н₁ё Н₂ и моменты:

а) на левой опоре Ї (4.27)

б) на правой опоре Ї (4.28)

где Ї коэффициент передачи инерционных нагрузок (буксового узла) на внутренние сечения оси (между кругами катания колес)ё = 0,7.

Вертикальные реакции в опорах оси R_C и R_D определяются из условия равновесия оси (рисунок 4.3):

(4.29)

(4.30)

В связи с темё что ось имеет переменное по длине сечениеё определения напряжений и оценку прочности ее производят для следующих наиболее загруженных расчетных сечений смотреть (рисунок 4.3):

1-1 - по внутренней кромке кольца заднего подшипника;

2-2 - по галтели шейки оси;

3-3 - в плоскости круга катания;

4-4 - посередине оси;

5-5 - по галтели в месте перехода от подступичной части к средней.

Изгибающий моментё kH^.мё в расчетных сечениях определяют по следующим формулам:

а) от расчетных сил

(4.31)

б) от вертикальных статической силы P_СТ

(4.32)

где l₁,…, l₆ё bё s Ї расстоянияё показанные на (рисунке 4.3).

Момент сопротивления изгибу расчетных сеченийё м³:

(4.33)

где d_i Ї диаметр оси в i-м расчетном сеченииё мё i=1…5; d₁=d₂=0,140 ё d₃=0,194; d₄= 0,182 d₅=0,182 м;

d_0i Ї диаметр полости в i-м расчетном сеченииё мё i=1,…, 5; d₀₁=0,044; d₀₂=0,058; d₀₃=d₀₄=d₀₅=0,095 м.

а) от расчетных сил

(4.34)

б) от вертикальных статических сил:

(4.35)

где M_iё M_СТi Їизгибающие моменты в i-м расчетном сечении соответственно от расчетных сил и от вертикальной статической силы P_СТ kH^.м.

Оценка статической прочности оси производится по условию

 (4.36)

где Ї допускаемое значение напряжений для i-го расчетного сечения (табл. 4.1).

Таблица 4.1Ї Прочностные характеристики оси

№ расчетного сечения	Параметры
	[б]i, МПа	б-1i, МПа	Кvi
	грузовой вагон	накатанной оси
1-1 2-2 3-3 4-4 5-5	120 120 165 155 155	150 150 130 180 180	0,04 0,04 0,04 0,03 0,03

Коэффициент перегрузки расчетных сечений оси:

а) максимальное значение

(4.37)

б) минимальное значения

(4.38)

где Ї предел усталостной прочности материала оси в i-м расчетном сечении (табл. 4.1).

4.1.3 Оценка усталостной прочности

Оценка усталостной прочности производится по условию

 (4.39)

где n_i - расчетный коэффициент запаса усталостной прочности в i-м расчет ном сечении;

[n] - допускаемый коэффициент запаса усталостной прочности, [n]=2,0.

Расчетный коэффициент усталостной прочности в i-м расчетном сечении

(4.40)

где Ї минимальное значения коэффициент перегрузки i-го расчетного сечения;

m Ї показатель степени в уравнении кривой усталости осиё зависящей от свойств материала и технологии изготовленияё m=18;

N_-1 Ї базовое число циклов нагружения оси для определения предела выносливости ё N_-1=10⁸;

N_c Ї суммарное число циклов нагружения за срок службы осиё N_c=0,5^.10⁹.

(4.41)

где s_Hi Ї среднеквадратическое отклонение логарифмов амплитуд напряжений

(4.42)

где t₀ Ї число определяющее границы доверительного интервала статического распределения t₀=4.

Вычисленные по формуле (4.38) коэффициенты запаса усталостной прочности во всех расчетных сечениях оси сравнивают с допускаемым [n]=2,0. Если условие (4.37) выполняется, то ось имеет необходимый запас усталостной прочности.

4.1.4 Оценка надежности оси

На надежность рассчитываются элементы конструкций вагона ответственного назначенияё работающие в условиях интенсивного динамического нагружения. К таким элементам относится ось.

Надежность вагона и их элементов характеризуетсяё прежде всегоё показателями долговечности (срок службы) и безотказности (вероятность безотказной работы и интенсивность отказа).

Рассмотрим определение вероятности безотказной работы и интенсивности отказа для оси. Эти показатели определяются для каждого расчетного сечения.

Вероятность безотказной работы i-го расчетного сечения за срок T_p

(4.43)

где Ї среднее значение предела усталостной прочности в i-м расчетном сечении оси;

К_vi Ї коэффициент вариации предела усталостной прочности для i-го расчетного сечения (табл. 4.1);

Т_р Ї срок службы осиё для которого устанавливается нормативная вероятность безотказной работыё Т_р=10 лет

С_i Ї коэффициентё определяемый по формуле

 (4.44)

где Ї коэффициентё учитывающий действия только разрушающих цикловё =0,156.

(4.45)

Вероятность безотказной работы оси как единого целого определяются по формуле

(4.46)

Оценка надежности оси и ее расчетных сечений производится по условию

(4.47)

где [] Ї нормативное значение вероятности безотказной работы оси за 10 лет, []=0,983.

Интенсивность отказа i-го расчетного сеченияё1/годё

(4.48)

где f(Т_Р)_i Ї плотность распределения времени работы (наработки) до отказа i-го расчетного сеченияё

(4.49)

где Ї плотность нормированного нормального распределения определяемая для найденного значения t={…} из таблицы приложения 1 [3].

Все расчеты будут выполнены с помощью ЭВМ.

4.2 Подготовка данных для расчета оси колесной пары на ЭВМ

Программа для расчета оси колесной пары выполнена на языке Бейсик для ЭВМ.

Для подготовки численных значений величин необходимо установить:

- тип вагона Ї4-х осный грузовой;

- вариант конструктивного исполнения оси Ї сплошная с цилиндрической средней частью и способом крепления подшипников Ї шайбой.

Данные необходимые для расчета сведем в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 - Данные для расчета оси колесной пары на ЭВМ

№ п/п	Величина	Обозначение в программе	Размерность	Наименование величины	Значение
1	р0	Р0	кН	Допускаемая осевая нагрузка	250
2	m0	M0	-	Осность вагона	4
3	mкп	MKP	т	Масса колесной пары	1.206
4	mш	MG	т	Масса консольной части оси (до круга катания)	0.045
5	mc	MS	т	Масса средней части оси (между кругами катания)	0.312
6	l5	L5	м	Расстояние от точки приложения вертикальной расчетной силы Р1 расчетного сечения 5-5	0.44
7	d3	D3	м	Диаметр расчетного сечения 3-3	0.194
8	d4	D4	м	Диаметр расчетного сечения 4-4	0.182
9	d5	D5	м	Диаметр расчетного сечения 5-5	0.182
10	fcт	FST	м	Статический прогиб рессорного подвешивания	0.05

Кроме того выходной документ содержит некоторые не расшифрованные величины, требующие расшифровки. Расшифровку обозначений величин приведем в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Расшифровка обозначений величин в выходном документе, кН

Обозначение в машинограмме	Величина	Наименование величины
PSD	PСТ	Вертикальная статическая сила на шейку оси
PD	PД	Вертикальная динамическая сила от колебаний кузова на рессорах
PC	PЦ	Вертикальная составляющая от центробежной силы при прохождении вагоном кривых
PV	PВ	Вертикальная составляющая от давления ветра на боковую стену вагона
P1	P1	Вертикальная расчетная сила на левую шейку оси
P2	P2	Вертикальная расчетная сила на правую шейку оси
H	H	Поперечная рамная сила (реакция рамы тележки)
H1	H1	Боковая сила, приложенная к левому колесу (горизонтальная реакция наружного рельса)
H2	H2	Сила трения в месте контакта правого колеса с рельсом
PH1	PH2	Вертикальная сила инерции, действующая на левую шейку оси
PH2	PH1	Вертикальная сила инерции, действующая на правую шейку оси
PHK	PHK	Вертикальная сила инерции от левого колеса на рельс
PHC	PHC	Вертикальная сила инерции на среднюю часть оси
RC	RC	Вертикальная реакция, действующая на левую опору оси
RD	RD	Вертикальная реакция, действующая на правую опору оси

Литература

1. Пастухов И.Ф., Лукин В.В., Жуков Н.И. Вагоны: Учебник для техникумов ж.-д. трансп./ Под ред. В.В. Лукина. - м.: Транспорт, 1988-280 с.

2. Расчет оси колесной пары с помощью ЭВМ: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию с элементами научных исследований / Белорус. ин-т инженеров ж.-д. транспорт. - Гомель: БелИИЖТ, 1989.-52 с.

Размещено на Allbest.ru