Характеристики вагона-цистерны модели 15-1780

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общие сведения о специализированных цистернах, предназначенных для перевозки сжиженных газов

2. Конструкция четырёхосной вагон-цистерны модели 15-1780

2.1 Устройство котла цистерны

2.2 Сливо-наливное оборудование

2.3 Рамная конструкция

2.4 Ходовые части

2.5 Автосцепное устройство цистерны

2.6 Расцепной привод, ударно-центрирующий прибор, упряжное устройство и опорные части

2.7 Поглощающий аппарат. Эластомерный поглощающий аппарат АПЭ-120-И.500, класса Т3

2.8 Автотормозное оборудование цистерны также является типовым и представлено воздухораспределителями №270-005-1 или №483-000, регуляторами рычажной передачи типа 574Б или 536М и авторежимами типов 265-002 или 265А

3. Основные параметры и технические характеристики цистерны 15-1780

3.1 Расчёт технико-экономических параметров вагона

3.2 Расчет напряженно-деформированного состояния кузова вагона

3.2.1 Коэффициенты вертикальной и горизонтальной динамики и амплитуды ускорений колебательного процесса

3.3 Вычисление коэффициента запаса устойчивости колеса от вкатывания на головку рельса

4. Расчёты прочности элементов ходовых частей

4.1 Расчет боковой рамы тележки 18-100

4.1.1 Расчеты на определение вертикальной составляющей от удара

4.2 Колесные пары ходовых частей вагона

4.3 Буксовые узлы ходовых частей

5. Проверка соответствия требованиям "Норм" основных элементов ударно-тяговых устройств

5.1 Исследование кинематических особенностей взаимодействия автосцепок соседних вагонов

5.1.1 Оценка обеспечения автоматической сцепляемости вагонов на участке сопряжения прямой и кривой без переходного радиуса

5.1.2 Оценка обеспечения прохода сцепленных вагонов по кривым участкам пути регламентируемых радиусов

5.1.3 Оценка обеспечения прохода одиночного вагона по круговой кривой регламентированного радиуса

5.1.4 Оценка обеспечения прохода вагоном горбов сортировочных горок без саморасцепа

6. Проверка вагона на соответствие условиям безопасности движения в составе поезда

6.1 Расчет устойчивости вагона от вкатывания гребня колеса на рельс под действием продольных сил

6.2 Устойчивость вагона от опрокидывания наружу кривой

Список используемой литературы

вагон цистерна кузов поезд

Введение

Цель курсовой работы: изучить особенности конструкции, проектирования и назначение вагона-цистерны модели 15-1780, оценить его технико-экономические параметры, прочность кузова, соответствующие ходовые качества, показатели ударно-тяговых приборов, дополнительные параметры безопасности движения вагона в поезде.

Вагон-цистерна -- вид подвижного состава железных дорог. Цистерны предназначены для перевозки жидкостей: нефти и продуктов её переработки, химически-активных и агрессивных жидких веществ (кислоты, щёлочи и др. сложные вещества), сжиженного газа (пропан-бутан, кислород), воды, молока (молоковоз), патоки. Вагоны-цистерны используются также для перевозки муки (муковоз) и цемента.

Различают цистерны:

· По типу:

o Общего назначения -- для перевозки нефтепродуктов

o Специальные -- для определённых видов грузов

· По конструкции:

o Цистерны, имеющие раму

o Цистерны безрамной конструкции

· По числу осей:

o Четырёхосные

o Восьмиосные

· По ёмкости

o 60 тонн

o 120 тонн

o 125 тонн

Так слив нефтепродуктов, перевозимых в цистернах, производят на подъездных путях, складах и пунктах не общего пользования. В местах общего назначения слив допускается в порядке исключения, при согласовании с начальником отделения железной дороги и пожарной инспекцией. Вне зависимости от вида перевозимой жидкости все цистерны перед отправкой пломбируются, соответственно в конечный пункт они должны прибыть с пломбами. Состав может состоять из одних цистерн, а может быть в составе и вагон или несколько вагонов. В любом случае этот состав называется грузовым и предназначается он только для перевозки груза.

1. Общие сведения о специализированных цистернах, предназначенных для перевозки сжиженных газов

Отличительной особенностью цистерн этой группы является высокое рабочее давление в котле - 1,5-2,0 МПа (15-20 кгс/см²). Исключение составляют цистерны для винилхлорида модели 15-1421 и для пентана модели 15-1520, в которых рабочее давление в котле соответственно равно 0,8 МПа (8 кгс/см²) и 0,3 МПа (3 кгс/см²), поэтому все цистерны этой группы подвергаются контролю и освидетельствованию Госгортехнадзором.

Вся сливоналивная, контрольно-измерительная арматура и предохранительный клапан размещаются обычно на крышке люка. Лишь на нескольких моделях (15-1556, 15-1581) предусмотрена отдельная установка предохранительного клапана на фланце патрубка, расположенного рядом с люком.

Типовое сливоналивное устройство цистерн для сжиженных газов включает два жидкостных и один газовый (уравнительный) вентиля с условным проходом Dy40 Dy 38, Dy 32), к которым присоединены скоростные клапаны. К жидкостным вентилям присоединены сливоналивные трубы, концы которых закреплены в воронке и доходят до поддона.

Скоростной клапан предназначен для автоматического перекрытия сливоналивных и уравнительного вентилей в случае разрыва внешних сливоналивных и уравнительных шлангов. Клапан состоит из двух муфт, трубы корпуса, кольца, прокладки и ползуна. Ползун обеспечивает автоматическое перекрытие выходного отверстия клапана при достижении критической скорости истечения жидкости и удерживается в верхнем положении за счет внутреннего давления в цистерне.

В новых моделях цистерн применяется скоростной клапан шарикового типа, в котором вместо ползуна используется стальной шарик.

Контрольно-измерительное устройство включает вентили контроля слива, контроля предварительного уровня налива, предельного уровня налива, дренажа (зачистки) и манометродержатель. На вентилях контроля уровня и слива установлены трубки соответствующей длины. Маховики вентилей окрашены в разные цвета: предварительного уровня наполнения - в зеленый, предельного - в красный. Газ и жидкость, поступающие через контрольные вентили при проверке уровня слива или наполнения во время сливоналивных операций, должны отводиться в специальную емкость склада продукта получателя (отправителя) груза.

Пружинный предохранительный клапан состоит из корпуса-втулки с присоединительным фланцем, втулки, с конусным седлом клапана, запрессованном в корпус, тарельчатого клапана, на котором укреплена крышка с резиновой прокладкой обеспечивающей полную герметичность сопряжения конусных поверхностей седла и тарели. Опирание тарели клапана на седло обеспечивает разгрузку от действия запирающей пружины резиновой прокладки и увеличивает срок ее службы. Крышка крепится специальной гайкой, регулирующей прижатие резиновой прокладки к наружной плоскости тарели клапана. Давление срабатывания (открытия) клапана определяется усилием начальной затяжки пружины и регулируется гайками, на которые усилие пружины передается через опорную втулку и сферическую шайбу.

На некоторых моделях цистерн применяется предохранительный клапан с разрушаемой мембраной. Такая конструкция обеспечивает абсолютную герметичность до момента разрушения мембраны . После ее разрушения в работу включается расположенный над ней пружинный клапан максимального давления, конструкция которого в принципе подобна описанной выше.

2. Конструкция четырёхосной вагон-цистерны модели 15-1780

2.1 Устройство котла цистерны

Для перевозки сжиженных газов в России применяются цистерны с верхним наливом и сливом (рис. 2.1). Цистерна представляет собой сварной цилиндрический сосуд со сферическими днищами 2, расположенный на четырехосной платформе 1. В верхней части цистерны по вертикальной оси симметрии имеется люк-лаз с внутренним диаметром 450 мм. Крышка люка выполнена в виде плоского фланца, на котором расположены сливо-наливная и предохранительная арматура и арматура для контроля сливо-наливных операций. Люк вместе с арматурой закрывается предохранительным колпаком 3 диаметром 685 мм, высотой 426 мм с отверстием для выпуска газа в случае срабатывания предохранительного клапана. Для обслуживания арматуры при сливе и наливе и для проверки ее состояния на цистерне укреплена площадка с поручнями 4 и лестницами 6 по обе стороны цистерны. Сосуд цистерны крепится к раме железнодорожной платформы стяжными хомутами 5 и к хребтовой балке лапами 8. Платформа оборудована автосцепкой, стояночным тормозом и автотормозом с рычажной передачей.

Термометр для измерения температуры сжиженных газов помещается в карман 5 (см. рис. 2.2) длиной 2796 мм, верхний конец которого заглушается пробкой. В верхней части цистерны по продольной оси установлен узел манометродержателя 7 (см. рис. 2.1) на расстоянии 1170 мм от вертикальной оси симметрии. Манометродержатель состоит из штуцера, вваренного в корпус сосуда, ниппеля, игольчатого вентиля, муфты и пробки. Манометродержатель закрывается колпаком.



Рис. 2.1. Железнодорожный вагон-цистерна для перевозки сжиженных углеводородных газов.

1 - четырехосная платформа, 2 - сосуд со сферическими днищами, 3 - предохранительный колпак, 4 - площадка с поручнями, 5 - стяжные хомуты, 6 - лестницы, 7 - узел манометродержателя, 8 - лапы крепления.

2.2 Сливо-наливное оборудование

В центре крышки люка смонтирован пружинный предохранительный клапан 7 (рис. 2.2), предназначенный для сброса паров сжиженного газа в атмосферу при давлении в цистерне, превышающем рабочее более чем на 15%.

Рис. 2.2. Расположение арматуры на крышке люка железнодорожной цистерны.

1 и 10 - вентили для контроля опорожнения, 2 и 3 - вентили для контроля уровня наполнения, 4 и 9 - угловые вентили для наполнения и слива сжиженного газа, 5 - карман для термометра, 6 - угловой вентиль для отбора и подачи паровой фазы сжиженного газа, 7 - предохранительный клапан, 3 - дренажный вентиль.

По обе стороны предохранительного клапана по продольной оси цистерны установлены два угловых сливо-наливных вентиля 4 и 9 (см. рис. 2), которые через скоростные клапаны 1 (рис. 2.3) соединены со сливо-наливными трубами. Для отбора из цистерны и подачи в нее паров сжиженного газа служит угловой уравнительный вентиль 6 (см. рис. 2.2), соединенный через скоростной клапан с паровым пространством сосуда цистерны. Сливо-наливные и уравнительный вентили снабжены заглушками, имеющими и резьбе предохранительное отверстие, через которое в случае неисправности вентиля при отворачивании заглушки выходит сжиженный газ: боковые штуцеры вентилей имеют левую резьбу.

Рис. 2.3. Схема расположения сливо-наливных и уравнительного вентилей на крышке люка железнодорожной цистерны.

1 - скоростные клапаны, 2 и 4 - сливо-наливные угловые вентили, 3 - угловой уравнительный вентиль, 5 - крышка люка, 6 - патрубок люка, 7 - труба для отбора и подачи паров сжиженного газа, 8 - сливо-наливные трубы, 9 - поддон сосуда цистерны, 10 - труба дренажная, 11 - карман для термометра.



Рис. 2.4. Схема расположения вентилей для контроля уровня налива и слива сжиженного газа в железнодорожной цистерне.

1 - вентиль предельного уровня налива с маховиком красного цвета, 2 - вентиль контроля уровня верхнего налива с маховиком зеленого цвета, 3 - вентиль газовый для опорожнения трубки вентиля контроля слива, 4 - вентиль контроля слива, 5 - дренажный вентиль, 6 - крышка люка, 7 - патрубок люка, 8 - предельный уровень налива сжиженного газа, 9 - нижний уровень слива, 10 - низ сосуда цистерны.

Для контроля за уровнем наполнения цистерны сжиженными газами служат вентили 2 и 3 (см. рис. 2.2). Трубка вентиля 2,маховик которого окрашен в зеленый цвет, заканчивается на уровне верхнего налива цистерны, а трубка вентиля 3, маховик которого окрашен в красный цвет, - на предельном уровне налива, т.е. на 30 мм выше (рис.2. 4).

Контроль за сливом цистерны осуществляется вентилем 10 (см. рис. 2.2), трубка которого заканчивается на уровне нижней плоскости сливо-наливных труб. Для уравновешивания столба жидкости в трубке вентиля 10 с уровнем жидкости и емкости цистерны предназначен вентиль 1 (см. рис. 2.2).

Вентиль 8 (см. рис. 2.2) служит для удаления из сосуда цистерны воды и тяжелых неиспаряющихся остатков сжиженных газов. Конец трубки этого вентиля заканчивается на расстоянии 5 мм от низа поддона сосуда цистерны. Вентили для контроля уровня налива и слива и дренажный вентиль снабжены заглушками.

Для автоматического перекрытия сливо-наливных и уравнительной линий цистерны в случае разрыва соединительных шлангов на сливо-наливных и уравнительной трубах установлены скоростные клапаны 1 (см. рис. 2.3).

2.3 Рамная конструкция

У рамной конструкции котел с устройствами устанавливается на платформу, включающую раму (рис. 2.5), тормозное и автосцепное оборудование и ходовую часть.

Рис. 2.5 Типовая платформа для 4-хосной цистерны

У четырехосных цистерн с расстоянием между осями сцепления автосцепок 12020 мм и базой 7800 мм котел устанавливается на типовую платформу (рис. 2.5), которая состоит из рамы 3 сварной конструкции, автоматического 2 и стояночного 4 тормозов, автоматических ударно-тяговых приборов 5 и ходовой части. Детали и узлы платформы выполняются из низколегированных и литейных сталей повышенного качества.

Параметры платформ, соответствующие требованиям, предъявляемым к подвижному составу, обращающемуся по всей сети железных дорог России, приведены ниже:

Грузоподъемность, т - 74

Масса тары, т - 14,0

База, мм -7800

Высота оси автосцепки, мм - 1040--1080

Сцепное устройство - автосцепки СА-3

Тип тормоза - автотормоз

Длина по осям сцепления автосцепок, мм - 12020

Ширина колеи, мм - 1520(1524)

Ширина платформы, мм - 3000

Конструкционная скорость, км/ч - 120

Габарит по ГОСТ 9238--83 - 0-ВМ

Рама платформы служит для восприятия тяговых усилий, ударов в автосцепку, а также инерционных сил котла, возникающих при изменении скорости движения. Она представляет собой сварную конструкцию, состоящую из двух шкворневых и хребтовой балок. Крепится котел к раме посредством лапы 7 и опор 6, располагаемых на шкворневых балках (см. рис. 2.6).

Рис. 2.6. Конструкция платформы

Рама цистерны типовая сварной конструкции без боковых продольных балок между шкворневыми, длиной 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 сечением 300*11,5*89*13,5, перекрытых сверху и снизу накладками толщиной 8 и 6 мм соответственно.

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.

2.4 Ходовые части

В настоящее время грузовые вагоны железных дорог России строят с тележками типа 18-100 (рис. 2.7), которые имеют клиновые гасители колебаний.

Боковая рама 3 тележки выполнена в виде стальной отливки, в средней части которой расположен проем для рессорного комплекта, а по концам -- проемы для букс.

В верхней части буксовых проемов имеются кольцевые приливы, которыми боковые рамы опираются на буксы, а по бокам -- буксовые челюсти.

Сечения наклонных элементов (поясов) и вертикальных стержней (колонок) боковой рамы имеют корытообразную форму с некоторым загибом внутрь концов полок. Горизонтальный участок нижнего пояса имеет замкнутое коробчатое сечение. Балки с таким профилем хорошо сопротивляются изгибу и кручению.

По бокам среднего проема в верхней части рамы расположены направляющие для ограничения поперечного перемещения фрикционных клиньев, а внизу имеется опорная поверхность для установки рессорного комплекта. С внутренней стороны к этой поверхности примыкают полки, являющиеся опорами для наконечников триангелей в случае обрыва подвесок, которыми триангели подвешены к кронштейнам боковой рамы.) В местах расположения клиньев к колонкам рамы приклепаны фрикционные планки. На наклонном поясе отливают пять цилиндрических выступов (шишек), часть которых срубается в соответствии с, фактическим расстоянием между наружными челюстями буксовых проемов. Подбор боковых рам при сборке тележек производят по числу оставленных шишек, что гарантирует соблюдение необходимых допусков для обеспечения параллельности осей колесных пар. Надрессорная балка тележки отлита заодно с подпятником, опорами для размещения скользунов, гнездами для фрикционных клиньев и приливом для крепления кронштейна мертвой точки рычажной передачи тормоза. Балка выполнена по форме бруса равного сопротивления изгибу в соответствии с эпюрой изгибающих моментов и имеет коробчатое замкнутое сечение.



Рис. 2.7.Тележка 18-100.

Тележка модели 18-100 - основной тип двухосной тележки грузовых вагонов Эта тележка подкатывается под все грузовые четырехосные магистральные вагоны, кроме изотермических, с осевыми нагрузками до 230 кН (23,5 тс).

До 1972 г. тележка имела наименование ЦНИИ-ХЗ. Тележка состоит из двух колесных пар, четырех букс, двух литых боковых рам, двух комплектов центрального рессорного подвешивания, литой надрессорной балки и тормозной рычажной передачи. Тормоз тележки -- колодочный с односторонним нажатием колодок. Связь рамы с буксами -- непосредственная челюстная, опора кузова на тележку через подпятник надрессорной балки, а при наклоне кузова -- дополнительно через скользуны.

Тележка имеет следующие характеристики:

Ширина колеи, мм 1520

База тележки, мм 1850

Высота от уровня головок рельсов до опорной поверхности подпятника в свободном состоянии, мм 806

Расстояние между осями скользунов, мм 1524

Максимальная расчетная статическая нагрузка от колесной пары на рельсы, кН (тс) 230 (23,5)

Конструкционная скорость, км/ч 120

Вписывается в кривые участки пути радиусом, м 60

Диаметр подпятника, мм 300

Гибкость рессорного подвешивания, м/Мн (см/тс) 0,115 (0,113)

Масса, т 4,76

2.5 Автосцепное устройство цистерны

Четырехосные цистерны оборудуются серийной автосцепкой СА-3 с поглощающим аппаратом Ш-1-ТМ с ходом 70 мм или аппаратом Ш-2-В с ходом 90 мм. Рассмотрим автосцепку СА-3.

Автосцепка СА-3 является тягово-ударной нежесткого типа.

Она состоит из корпуса 4 и деталей механизма сцепления: замка 5, замкодержателя 2, предохранителя 3, подъемника 6, валика подъемника 7.

Рис. 2.8. Автосцепное устройство

Головная часть автосцепки (голова) переходит в удлиненный пустотелый хвостовик, в котором имеется отверстие 1 для соединения с тяговым хомутом.

Голова автосцепки имеет большой 10 и малый 9 зубья. В пространство между малым и большим зубьями, в так называемый зев автосцепки, выступают замок 5 и замкодержатель 2, взаимодействующие в сцепленном состоянии со смежной автосцепкой.

Большой зуб имеет три усиливающих ребра: верхнее, среднее и нижнее, плавно переходящие в хвостовик и соединенные между собой перемычкой.

Голова автосцепки заканчивается сзади упором 8, предназначенным для передачи в некоторых случаях жесткого удара на хребтовую балку через концевую балку рамы вагона и ударную розетку. Очертание в плане малого 1 и большого 2 зубьев, а также выступающей в зев части замка 3 называется контуром зацепления автосцепки.

Для обеспечения взаимосцепляемости всех автосцепок СА-3 контур зацепления должен соответствовать ГОСТ 21447--75.

Поверхности контура зацепления корпуса в сцепленном состоянии взаимодействуют со смежной автосцепкой: при сжатии усилие воспринимается ударной 6 и боковой 7 поверхностями малого зуба, ударной стенкой 5 зуба и боковой поверхностью 4 большого зуба, а при растяжении -- тяговыми поверхностями 8 малого и 3 большого зубьев.

Тяговая, ударная и боковая поверхности малого зуба, а также тяговая поверхность большого зуба в средней части по высоте имеют вертикальную площадку длиной 160 мм (80 мм вверх и 80 мм вниз от продольной оси корпуса).

Эти поверхности выше и ниже вертикальной площадки скошены для улучшения условий работы сцепленных автосцепок, когда между их продольными осями в вертикальной плоскости возникает угол (при прохождении горба сортировочной горки).

Корпуса автосцепок ранних выпусков имеют сбоку со стороны малого зуба прилив 10 (ухо), на который в переходный период навешивали скобу винтовой упряжи смежного вагона во время маневровых работ, а также в передаточных поездах.

После перевода подвижного состава на автосцепку новые корпуса сначала изготовлялись с приливом вместо уха, а затем без прилива с утолщением стенки малого зуба. У выпускаемых корпусов автосцепок высота малого зуба увеличена и его нижняя кромка 13 используется для приварки ограничителя вертикальных перемещений, необходимого для некоторых типов вагонов. На корпусе со стороны малого зуба сделан прилив 9 с отверстиями для валика подъемника и запорного болта.

В ударной стенке 5 зева имеются два окна: большое 11 для выхода в зев замка и малое 12 для выхода лапы замкодержателя.

2.6 Расцепной привод, ударно-центрирующий прибор, упряжное устройство и опорные части

Расцепной привод автосцепки СА-3, как и других распространенных конструкций автоматических сцепок, предназначен для расцепления автосцепок без захода человека между вагонами и для установки механизма в выключенное положение. Такой привод (рис. 2.9) состоит из, кронштейна с полкой 2, державки 10 и цепи 14 для соединения рычага с валиком подъемника.

Расцепление автосцепок осуществляется поднятием рукоятки вверх для выведения рычага 3 из паза кронштейна, поворотом рычага против часовой стрелки и последующим восстановлением его исходного положения. В результате этого натягивается цепь 14, поворачивается валик подъемника, и расцепление автосцепок происходит, как описано выше.

Для установки механизма автосцепки в выключенное положение рукоятку рычага после поворота не возвращают в первоначальное положение, а располагают его плоской частью на полке 2 кронштейна.

Ударно-центрирующий прибор воспринимает непосредственно от корпуса автосцепки большие сжимающие усилия (вызывающие полное сжатие поглощающего аппарата и деформации упряжного устройства), а также возвращает в центральное положение отклоненный корпус. Прибор состоит из ударной розетки 9, прикрепленной к концевой балке рамы вагона, двух маятниковых подвесок 11, опирающихся на розетку, и центрирующей балки 12, опирающейся на подвески и поддерживающей корпус автосцепки, при высоком отклонении корпус 13 вместе с центрирующей балкой несколько поднимается вверх, а после прекращения действия боковой силы под воздействием собственного веса возвращается в исходное нижнее (центральное) положение.

Рис. 2.9 Автосцепное устройство грузового вагона.

Большие вертикальные силы могут возникнуть в результате зависания одного вагона на другом при возможном заклинивании сцепленных автосцепок во время прохода горба сортировочной горки, особенно у вагонов с большой длиной консольной части рамы кузова. Опирание корпуса на пружины предотвращает такое заклинивание и позволяет значительно уменьшить эти силы, передаваемые от автосцепки на раму кузова вагона.

Для возвращения отклоненного корпуса автосцепки в центральное положение предусмотрены удлиненные маятниковые подвески 6.

Упряжное устройство передает продольные растягивающие и сжимающие усилия от корпуса 13 поглощающему аппарату 5. Оно состоит из клина 8, тягового хомута 6, болтов с гайками, запорными шайбами, планкой и шплинтами для крепления клина, а также упорной плиты 1.

Клин соединяет корпус автосцепки с тяговым хомутом и передает последнему растягивающее усилие. Имеющийся внизу заплечик предотвращает выжимание клина вверх. Для повышения прочности клинья, а также маятниковые подвески и упорные плиты в последние годы изготовляют из низколегированной стали марки 38ХС вместо ранее применявшейся стали марки Ст5.

Тяговый хомут предназначен для передачи растягивающего усилия поглощающему аппарату. Он представляет собой стальную отливку, в головной части которой имеются окно для клина и приливы с отверстиями для прохода болтов, поддерживающих клин. Головная часть тягового хомута соединена с его хвостовой частью верхней и нижней полосами. В модернизированном автосцепном устройстве эти полосы имеют увеличенное поперечное сечение, а вертикальные отверстия в головной части выполнены круглыми (для валика). Для размещения поглощающего аппарата увеличенной энергоемкости, обычно имеющего большие габариты, увеличено расстояние между полосами (252 вместо 236 мм); обеспечивается также возможность большего поворота корпуса автосцепки в горизонтальной плоскости.

Упорная плита передает сжимающее усилие от корпуса автосцепки поглощающему аппарату и растягивающие усилия от последнего через передний упор раме кузова вагона. Плита имеет прямоугольную форму и цилиндрическое гнездо в середине, облегчающее повороты корпуса автосцепки в горизонтальной плоскости и обеспечивающее центральную передачу усилия.

Опорные части соединяют упряжное устройство и поглощающий аппарат с рамой кузова вагона. Они состоят из переднего 9 и заднего 1 упоров и поддерживающей планки 4. К ним относятся также верхние ограничительные планки, устанавливаемые в случаях, когда конструкция хребтовой балки или других частей вагона не препятствует перемещению тягового хомута вверх на расстояние более 24 мм.

Через передний упор на раму кузова вагона передаются растягивающие продольные усилия, а через задний - сжимающие. Раньше эти упоры (упорные угольники) выполняли раздельными, а в последние годы - объединен. Объединенный передний упор отливают вместе с розеткой (рис. 2.10, а), а задний при коротких консолях рамы кузова - заодно с надпятниковым усилением этой рамы или так, как изображено на (рис.2.10, б).

Переход к объединенным упорам обусловлен тем, что они в отличие от раздельных усиливают хребтовую балку и уменьшают перекос поглощающего аппарата, возможный при неточной установке раздельных угольников. Такой перекос перегружает отдельные элементы хребтовой балки и вызывает ненормальный износ ее и деталей упряжного устройства.

Рис. 2.10. Объединенные унифицированные упоры;

а - передний; б - задний.

2.7 Поглощающий аппарат. Эластомерный поглощающий аппарат АПЭ-120-И.500, класса Т3

Поглощающий аппарат АПЭ-120-И.500 - эластомерный поглощающий аппарат с повышенной энергоемкостью класса Т3 с номинальной энергоёмкостью не менее 140 кДж. В качестве рабочего тела в аппарате используется вязкоупругая силиконовая композиция. По своим эксплуатационно-техническим характеристикам аппарат, по принятой классификации, предназначен для эффективной защиты конструкции вагонов и перевозимых ими грузов от действия продольных нагрузок, возникающих от соударения вагонов при маневровых работах, на сортировочных горках и переходных режимах ведения поезда. В соответствии с требованиями ГОСТ Р 54749-2011, аппаратом АПЭ-120-И.500 оснащаются все газовые и химические цистерны, вагоны, перевозящие особо опасные грузы классов 1, 2, 6, 7 по ГОСТ 19433, а также маневровые локомотивы.

№ п/п Показатель Значение

1. Ход, мм 120

2. Энергоемкость номинальная, КДж 160

3. Энергоемкость максимальная, КДж 200

4. Сила начальной затяжки, кН 200

5. Сила закрытия статическая, кН 1700

6. Сила закрытия динамическая, кН 2400

7. Срок службы, лет 32

8. Срок службы до кап.ремонта, лет 16

9. Срок гарантии, лет 8

Рис. 2.11

2.8 Автотормозное оборудование цистерны также является типовым и представлено воздухораспределителями №270-005-1 или №483-000, регуляторами рычажной передачи типа 574Б или 536М и авторежимами типов 265-002 или 265А

Автотормоз (рис. 2.12.) цистерны крепится на раме. Автотормозное оборудование состоит из соединительного рукава 1, концевого крана 2, стоп-крана 3, кронштейна - пылеловки 4, воздухораспределителя 5, разобщительного крана 6, запасного резервуара 7, тормозного цилиндра 8, грузового авторежима 9.

Рис. 2.12 Автотормоз.

Усилие, развиваемое тормозным цилиндром, с помощью рычагов и тяг передается на тормозную рычажную передачу тележки. Сила прижатия тормозных колодок к поверхности катания колес зависит от степени загрузки цистерны и автоматически регулируется авторежимом. В случае необходимости, автотормозное оборудование полувагона может быть включено поворотом рукоятки разобщительного крана 6.

3. Основные параметры и технические характеристики цистерны 15-1780

Назначение: для перевозки пропана, бутана и их смесей

Номер проекта 1780.00.000-2

Технические условия ТУ У 35.2-32258888-545-2004

Модель вагона 15-1780

Тип вагона - Изготовитель ОАО "МЗТМ" "Азовобщемаш"

Грузоподъемность, т 52,1

Масса тары вагона, т 36,8

Нагрузка: статическая осевая, кН (тс) 218,0 (22,23)

Объем котла, м³ 83,85

Скорость конструкционная, км/ч 120

Габарит 1-Т

База вагона, мм 7800

Длина, мм: по осям сцепления автосцепок 12020 по концевым балкам рамы 10800

Высота от уровня верха головок рельсов максимальная, мм 5190

Количество осей, шт. 4

Модель 2-осной тележки 18-100

Наличие переходной площадки нет

Наличие стояночного тормоза есть

Диаметр котла внутренний, мм 3200

Длина котла наружная, мм 11000

Количество верхних люков, шт. 1

Наличие уклона котла есть

Условное рабочее давление в котле (по регулировке предохранительного клапана), МПа (кгс/см²) 2,11 (21,1)

Давление создаваемое в котле при гидравлическом испытании, МПа (кгс/см²) 2,76 (27,6)

Наличие парообогревательной рубашки нет

Наличие теплоизоляции - нет

Наличие теневой защиты - нет

Наличие предохранительного клапана есть

Наличие предохранительного впускного клапана - нет

Способ налива и слива: верхний передавливанием Наличие лестниц, шт: наружных 2 внутренних

Год постановки на серийное производство 2005

Возможность установки буферов нет

Общий вид цистерны (Рис 3.1.).

Рис 3.1.

3.1 Расчёт технико-экономических параметров вагона

Габарит - 1-Т;

Норма осевой нагрузки q0 =22,23 тс;

Число осей mо =4.

Груз	Доля в грузообороте	Удельный объем груза, м3/т	Дальность перевозок, км	Коэффициент использования грузоподъемности	Коэф-т использования объёма кузова
1.	0,6	1,667	1400	1,0	1,0
2.	0,2	1,709	1350	1,0	1,0
3.	0,2	1,642	1450	1,0	1,0

2Lсц - общая длина вагона;

2Lк - наружняя длина кузова;

2l - база вагона;

2lm- база тележки;

nк - длина консоли;

аm - толщина торцевой стенки;

аб - толщина боковой стены;

dk - диаметр колеса;

Т - тара вагона;

qn - погонная нагрузка вагона.

Последовательность расчетов технико-экономических параметров следующая:

1. Длина вагона по осям сцепления автосцепок:

2. Определяем длину вагона по раме:

где аа - вылет автосцепки (аа =0,61м)

2.1 Определяем длину базы вагона:

2l=

Вписывание вагона в габарит.

Рис 3.2.

Габарит 1-Т

Ограничение полуширины габарита для сечений кузова вагона вычисляют по выражениям:

- для направляющего (шкворневого) сечения

- для внутреннего (по середине вагона) сечения



- для наружного (в конце кузова) сечения

- максимальная полуширина колеи в кривой расчетного радиуса;

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

- наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении рамы тележки относительно колесной пары вследствие наличия зазоров при максимальных износах в буксовом узле и узле сочленения рамы тележки с буксой, м;

- наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении кузова, относительно рамы тележки вследствие зазоров при максимальных износах и упругих колебаний в узле сочленения кузова и рамы тележки, м;

- для тележки 18-100.

- база вагона, м;

- длина консоли.

- величина, на которую допускается выход подвижного состава за очертание габаритов в кривой, м (в этом случае k=0).

- величина дополнительного поперечного смещения в кривой расчетного радиуса тележечного вагона;

- коэффициент, зависящий от расчетного радиуса кривой;

- величина геометрического смещения расчетного вагона в кривой (для данного случая )

Рис. 3.3

На рис. 3.3 представлена схема определения строительного очертания вагона по вписыванию его в заданный габарит.

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

2В=2·(Вг-max(Ев, Ен ,Е0)),

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

Вг - полуширина заданного габарита подвижного состава на той же высоте Н (1575 мм)

Е - ограничение полуширины кузова вагона для одного из рассматриваемых сечений: направляющего - Ео, внутреннего - Ев, наружного - Ен.

Вывод: Внутренний диаметр котла=3200мм. В результате расчетов по формуле его допустимая ширина составляет 3236 мм 3200 мм. Следовательно, вагон вписывается в габарит 1-Т.

Технико-экономические характеристики, связанные с оценкой оптимальности линейных размеров.

Определяем объём котла цистерны:

,

длина котла равна:



-вылет днища;

-внутренний диаметр кузова цистерны.

Для определения тары вагона используют зависимость

,

где

- постоянная масса частей вагона, не зависящая от изменения длины кузова (масса тележек, автосцепного оборудования, тормозного оборудования и других конструктивных элементов, масса которых с изменением длины кузова не меняется);

- переменный коэффициент тары вагона;

- длина кузова вагона (наружная).

Значения коэффициентов

т/м

Таблица 3.1

Масса тележки типа ЦНИИ-Х3 (18-100)	5 т
Масса автосцепного оборудования	0,9т
Масса тормозного оборудования	0,5 т
	12,8



Максимальная грузоподъемность определяется по формуле

q0 - максимальная допустимая осевая нагрузка (q0= 22,23 тс)

m- количество осей в вагоне;

Определение статической нагрузки:

,

где k - коэффициент использования грузоподъемности.

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

,

где - среднее расстояние перевозки - го груза.

Величина средней динамической нагрузки определяет количество груза в вагоне с учетом структуры грузов и расстояния, на которое они перевозятся.

Средний погрузочный коэффициент тары:

Технический коэффициент тары:



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

Таким образом, при изменении длины вагона его погонная нагрузка нетто не увеличивается.

Следовательно, наиболее эффективной длиной вагона по осям сцепления автосцепок является = 12,02 м, что идентично результату, полученному выше.

3.2 Расчет напряженно-деформированного состояния кузова вагона

Рис. 3.4.

Табл. 3.2

	Два зета хребтовой балки №31 F = 169,48 см2 Jх = 26355,6 см4 Wв =Wн =1358см3

где: F - площадь поперечного сечения рассматриваемого профиля;

J - момент инерции рассматриваемого профиля относительно поперечной оси, проходящей через центр тяжести профиля;

H - высота профиля;

y0 - расстояние от нижней плоскости до центра тяжести профиля.

Прочностной расчет конструкции кузова:

Fкотла - площадь кольцевого поперечного сечения;

Jкотла - момент инерции этого сечения относительно центральных осей.

yi - расстояние от самой нижней точки поперечного сечения кузова до центра тяжести отдельного его элемента.

Суммарный момент инерции поперечного сечения:

Построение эпюры изгибающей распределенной нагрузки q для вагона:

Kd - коэффициент динамики (для кузова принимаем равным 0,3)

Определяем реакции опор:

Определим два изгибающих момента для нахождения наиболее нагруженного поперечного сечения выгона:

Определяются напряжение в наиболее удаленном волокне рассматриваемого сечения конструкции кузова, которое находится на расстоянии ymax от центра тяжести y0:

Вывод:

Элементы кузова удовлетворяют требованиям прочности третьего режима, т.к. [у3]=1600 кг/см².

3.2.1 Коэффициенты вертикальной и горизонтальной динамики и амплитуды ускорений колебательного процесса

Определяем количество пружин, которое устанавливают под вагоном, из условия сохранения постоянной величины статического прогиба рессорного комплекта fст=0,05 м,

где: nпр - количество двухрядных пружин в рессорном подвешивании всего вагона;

fcт - статический прогиб пружин,

св - вертикальная жесткость одной двухрядной пружины в подвешивании грузового вагона, 5,7*105 МН/м.

нб - масса надрессорной балки, нб =0,462 т;

g-ускорение свободного падения, g = 9.81 м/с²;

т - масса тележки, т: т = 5,0 т.

Определим потребное количество двухрядных пружин:

Определим число пружин в одном рессорном комплекте:

nпр=27/4~6шт.

Тогда nпр=6*4=24шт.

Суммарная вертикальная жесткость рессорного комплекта, будет равна:

Скорректированный статический прогиб рессор под вагоном можно определить как:

Суммарная горизонтальная жесткость рессорного подвешивания тележки:



где: сг - горизонтальная жесткость одной двухрядной пружины. сг= 6,135•105 Н/м.

H/м

Вертикальные колебания кузова

Частота (обрессоренных масс) вынужденных колебаний кузова вагона

рад/с,

где

Lр - длина рельса, Lр=25м.

v - скорость движения п.с.,

v=120км/ч=33,3 м/с.

Квадрат собственной частоты обрессоренной массы вагона:

Где

m - обрессоренная масса вагона

Эквивалентное значение коэффициента вязкого трения

 кг/с,

где м - коэффициент относительного трения; м = 0,08ч0,1.

?0-амплитуда возмущающего воздействия (величина вертикальных неровностей пути). ?0= 0,01 м.

5. Критическое значение коэффициента вязкого трения

кг/с.

6. Степень демпфирования

7. Амплитуда вертикальных колебаний подпрыгивания кузова:

,

Горизонтальные колебания кузова.

1.Частота вынужденных горизонтальных колебаний кузова

;

где n - коничность поверхности катания колеса,

n=1:20=0,05;

r - радиус колеса, r=0,45м;

S - половина расстояния между кругами катания колёс, S=0,79м;

2.Частота собственных горизонтальных колебаний кузова

4.Эквивалентное значение коэффициента вязкого трения

где nв - число гасителей вертикальных;

nг - число гасителей горизонтальных.

5. Критическое значение коэффициента сопротивление демпферов:

6. Степень демпфирования

7. Амплитуда горизонтальных колебаний кузова

,

где амплитуда виляния

8. Коэффициент вертикальной динамики

(хор.)

9. Коэффициент горизонтальной динамики для упруго-фрикционного трения

10. Амплитуда вертикальных ускорений в долях g

(отл.)

11. Амплитуда горизонтальных ускорений

(уд.)

Вывод: Полученный коэффициент вертикальной динамики для груженого вагона соответствует показателю качества хода на оценку "хор", т.к. 0,20<0,342<0,40. Амплитуда ускорений для груженого вагона в вертикальном направлении jB соответствует требованиям "Норм" на оценку "отл.", а в горизонтальном направлении - на оценку "уд.".

В целом, оценка хода вагона "хорошо".

3.3 Вычисление коэффициента запаса устойчивости колеса от вкатывания на головку рельса

АВ - линия скольжения.

Явление вкатывания колеса на рельс возникает у порожних вагонов. Вкатывания на рельс не будет, если проекция силы Рв1 будет больше всех остальных сил.

b1= 1,018 м - половина расстояния между серединами шеек оси.

L = 1,555 м - расстояние между точками контакта колес с рельсами.

a1 = 0,264 м - расстояние от точки контакта ненабегающего колеса до середины шейки оси.

a2 = 0,217 м - расстояние от точки контакта набегающего колеса до середины шейки оси.

R - радиус колеса по поверхности катания. R = 0,45 м.

- угол между касательной к поверхности гребня колеса и горизонталью,

м = 0,25 - коэффициент трения взаимодействующих поверхностей (колеса и рельса).

х = 33,3 м/с - расчетная скорость движения подвижного состава.

mоб- масса обрессоренных частей вагона, mоб= 79,824 т.

P- грузоподъемность вагона,т; Р=52,1 т.

m-количество колесных пар под вагоном.

1. Масса обрессоренных частей вагона

2. Масса необрессоренных частей вагона приходящихся на колесную пару:

где q0 - максимальная допустимая осевая нагрузка; q0 = 22,23 тс/ось.

3. Определяем средневероятностное значение коэффициента вертикальной динамики

где

a = 0,1 - для обрессоренных частей тележки и при расчете от вкатывания на головку рельса.

b - коэффициент, учитывающий число осей

,

где n - количество осей;

4. Определяем значение коэффициента вертикальной динамики

5. Определяем значение коэффициента динамики боковой качки

Определяем среднее значение рамной силы.



,

где qп- фактическая осевая нагрузка.

д=0,003 - для грузовых вагонов на безлюлечных тележках

6. Определяем вертикальное давление на набегающее колесо

7. Определяем вертикальное давление ненабегающего колеса



8. Определяем боковое давление набегающего колеса

9. Коэффициент запаса устойчивости колеса от вкатывания на головку рельса

Устойчивость колеса обеспечивается.

Вывод:

Результаты расчетов показывают, что коэффициент запаса устойчивости колеса от вкатывания на головку рельса для рассматриваемого порожнего вагона больше допускаемого значения [Кус]=1,4. Следовательно, по этому показателю качества хода вагон удовлетворяет требованиям "Норм...".

4. Расчёты прочности элементов ходовых частей

4.1 Расчет боковой рамы тележки 18-100

Рис. 1. Расчетная схема боковой рамы тележки

1 - верхний горизонтальный пояс;

2 - нижний горизонтальный пояс;

3 - верхний наклонный пояс;

4 - нижний наклонный пояс;

5 - колонка.

Форма сечений стержней имеет вид и следующие геометрические характеристики.

№ стержня	Поперечное сечение	Li, см	Fi, см2	Ji, см4	zoi, см	Название стержня
1		32,1	51,44	498,97	4,98	Верхний горизонтальный пояс
2		32,1	165,1	3070,77	8,32	Нижний горизонтальный пояс
3		42,4	48,72	313,84	5,64	Верхний наклонный пояс
4		69,05	58,56	977,18	4,59	Нижний наклонный пояс
5		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:

Рис. 4.2 Расчетная схема боковой рамы с учетом допущений

Заменив реакции пружин силами, получаем основную систему.

Составим уравнение потенциальной энергии деформации для боковой рамы.

где

Е - можно сократить, учитывая, что стержни изготовлены из одного материала.

Подсчитаем коэффициенты уравнений метода сил:

Подставляем получившиеся значения в систему уравнений и найдем X1 и Х2:

Распределенная вертикальная нагрузка qIII для III-го расчетного режима "Норм..." получается как отношение к длине 2l2, следующих составляющих:

- нагрузки от веса вагона, приходящейся на одну боковину; условно примем, что это величина осевой нагрузки;

- 10% от осевой нагрузки, условно учитывающих действия боковых сил:

- добавки от вертикальной динамики, т.е. коэффициент вертикальной динамики для груженого вагона КДВ = 0,342

Учет этой совокупности нагрузок осуществляется при расчете по Ш-му расчетному режиму "Норм":

В результате получаем:

X1=26,755*4,898=131,046 кН;

X2=25,917*4,898=126,94 кН.

Продольные усилия и изгибающие моменты

- стержень 1:

кН;

- стержень 2:

;

- стержень 3:

кН;

- стержень 4:

кг;

;

- -стержень 5:

;

Строим эпюры продольных сил и изгибающих моментов.

Находим напряжения в поясах рамы тележки, принимая во внимание наибольшие значения изгибающих моментов.

Стержень 1:

Стержень 2:

Стержень 3:

Стержень 4:

Стержень 5:

Вывод: Боковая рама тележки удовлетворяет требованиям прочности, так как полученные напряжения в ее поясах меньше допускаемого уровня [у]III =171 МПа.

4.1.1 Расчеты на определение вертикальной составляющей от удара

N - продольная сила, приходящаяся на кузов при ударе в автосцепку, при силе удара равной 350 т.

Rb - реакция, догружающая ближний со стороны удара пятника.

Определение распределенной нагрузки, приходящейся на нижний пояс, от сил, учитываемых в I расчетном режиме.

l2- половина длины нижнего пояса тележки,

l2 = 32,1 см.

Чтобы не пересчитывать раннее полученные напряжения, вычислим поправочный коэффициент, который позволит подсчитать напряжения 1-го режима:

Находим напряжения для соответствующих стержней по 1-му расчетному режиму:



- стержень 1:

- стержень 2:

- стержень 3:

- стержень 4:

- стержень 5:

Боковая рама тележки удовлетворяет требованиям прочности и по 1-му расчетному режиму, так как полученные напряжения в ее поясах меньше допускаемого уровня [уI] = 210 МПа.

4.2 Колесные пары ходовых частей вагона

Общие рекомендации к колесам заключаются в том, что диаметр их по кругу катания целесообразно, по условиям контактной прочности, выбирать по формуле:

где D- диаметр изношенного колеса, мм; D = 900 мм; q0 - максимальная статическая нагрузка от оси на рельсы, кН;

для цистерны

15-1780 - q0= 218,0 кН.

3,8*218=828,4 < 900

В качестве расчетной нагрузки принимаются вертикальная статическая нагрузка Q на обе шейки оси от массы вагона брутто с учетом коэффициента динамики и боковая горизонтальная нагрузка Н как доля (0,5) от осевой нагрузки q0 приложенная в центре тяжести кузова, расположенном от центра оси на расстоянии

Y0=191,3см=1,913м;

Из условия равновесия оси, рассматриваемой как двухконсольная шарнирно опертая балка (рис. 4.3), определяются изгибающие моменты в трех расчетных сечениях: шейка оси у внутренней галтели, подступичная часть в плоскости круга катания и середина оси соответственно:



2b2 - расстояние между точками приложения сосредоточенных нагрузок 0,5Q к шейкам оси;

Q - нагрузка на ось с учетом коэффициента вертикальной динамики;

l1- длина шейки оси, м;

2s - расстояние между кругами катания колес, м;

rk - радиус колеса, м.

Таблица 4.1

Диаметр, м	Радиус колеса, м	Длина шейки, м	Расстояние между
шейки оси	подступичной части оси	в середине оси
					центрами приложения нагрузок на шейки, м	кругами катания,м
dI	dII	dIII	rk	l1	2b2	2s
0,130	0,194	0,165	0,475	0,176	2,036	1,58

Найдем изгибающие моменты в трех расчетных сечениях:

По моментам MI, MII ,MIII и при известном диаметре находим напряжения для соответствующих сечений:

где i=I, II, III - номера сечений; d- диаметр сечения, м.

Уровень напряжений в шейке оси составит:

Уровень напряжений в подступичной части оси составит:

Уровень напряжений в средней части оси составит:



Значения допускаемых напряжений приводятся в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Допускаемые напряжения для оси при условном методе

Тип вагона	Допускаемые напряжения, МПа
	в шейке	в подступичной части	в средней части
Грузовой	120	165	155
Пассажирский	107	160	137

Вывод:

Условный метод расчета оси на прочность с нагрузкой q0=218 кН показал, что она имеет достаточный запас прочности.

4.3 Буксовые узлы ходовых частей

Оценка работоспособности типовых подшипников качения производится по долговечности, которая выражается в млн. км (Ln) пробега. Для грузовых вагонов он должен быть не менее 1,2 млн. км, а для пассажирских - 2 млн. км.

Для расчета примем следующие исходные данные:

- подшипники установлены вплотную друг к другу;

- 70% рейса вагон груженый, а 30% - порожний;

- тара Т- 36,8 т, грузоподъемность Р- 52,1 т;

2- коэффициент работоспособности подшипника (для типового подшипника С= 7171 кН).

Пробег вагона до разрушения подшипника можно определить по формуле, которая определяет километры пробега:



где m1 = 3, если подшипники шариковые; m1= 10/3, если подшипники роликовые; 18,5 - коэффициент перевода; D - диаметр круга катания колеса, м; D - 0,9 м;

Рэ - эквивалентная нагрузка на один подшипник.

Для определения эквивалентной нагрузки на подшипник необходимо найти нагрузки, приходящиеся на него, когда вагон находится в груженом и порожнем состоянии.

Для груженого вагона Нагрузка на шейку оси равна:

где mк.п. - масса колесной пары, тк.п.. = 1,23 т.

Радиальная нагрузка на подшипник

Для порожнего вагона

Нагрузка на шейку оси равна:

Радиальная нагрузка на подшипник

Теперь можно определить среднюю радиальную нагрузку на подшипник:

Определим эквивалентную нагрузку на подшипник:

Рэ=R*(1+ КД)= 46,495*(1+0,4)= 65,093кН.

Для цилиндрических подшипников, установленных вплотную друг к другу, КД = 0,4.

Найдем расчетный пробег вагона до разрушения подшипников по формуле:

1,075 млн.км. < [Ln ] = 1,2млн,км.

Вывод:

Оценка работоспособности типового подшипника качения с учетом использования его под рассматриваемым вагоном показала, что его долговечность не соответствует требованиям, предъявляемым "Нормами...". Для того чтобы увеличить срок службы подшипника качения нужно уменьшить нагрузку (грузоподъемность вагона должна быть меньше).

Дополнительно, для оценки прочности, найдем величину контактных напряжений на взаимодействующих поверхностях ролика и колец подшипника по формуле:



где - длина ролика, = 0,052 м; -диаметр ролика, =0,026 м;

RB(H) - радиусы дорожек качения, соответственно, внутренних и наружных колец; знак "+" берется для внутреннего кольца, "-" минус - для наружного

RB(H) = 0,065(0,125).

- радиальная нагрузка на наиболее нагруженный ролик (для цилиндрических подшипников), определяется по формуле:

где z - число роликов в подшипнике.

Вывод:

Стандартные подшипники соответствуют предъявляемым к ним требованиям по условию контактной прочности, т.к. они изготавливаются из стали ШХ15СГ, а она имеет [у] = 3500 МПа.

5. Проверка соответствия требованиям "Норм" основных элементов ударно-тяговых устройств

5.1 Исследование кинематических особенностей взаимодействия автосцепок соседних вагонов

Условия оценки соответствия "Нормам…"

Транспортная операция	Расчетный участок пути	Расчетный радиус кривой для вагонов, м
		Грузовых	Пассажирских
		Группа I	Группа II
Сцепление автоматическое	Участок сопряжения прямой и кривой без переходного радиуса	135	250	250
Проход в сцепе		80	110	120
		120	160	170
Проход одиночного вагона		60	60	80

К группе I относятся грузовые конструкции массовых типов, которые предназначены для использования на путях МПС и могут распускаться с горок.

Группа II - грузовые, изотермические и специальные вагоны с длиной по осям сцепления более 21 метра.

5.1.1 Оценка обеспечения автоматической сцепляемости вагонов на участке сопряжения прямой и кривой без переходного радиуса

Эффективная ширина захвата автосцепки

В/ - полная ширина захвата автосцепки, для СА-3. В/=0,175 м.

в0 - угол отклонения автосцепки

l -половина базы вагона;

n -длина консоли от направляющего сечения до центра сцепления

n=nк+аа=1,5+0,61=2,11 м,

аа - вылет автосцепки.

Вынос наружу кривой центра зацепления автосцепки.

lт - половина базы тележки.

л - дополнительное поперечное смещение центров зацепления автосцепок.

Для грузовых вагонов, оборудованных четырех или двухосными тележками с нежесткой рамой, л=26мм.

0,1708>0,1003 - значит автосцепка удовлетворяет выдвигаемым требованиям.

5.1.2 Оценка обеспечения прохода сцепленных вагонов по кривым участкам пути регламентируемых радиусов

где 2l, 2l' - базы сцепления вагонов;

na, na'-длина консолей сцепленных вагонов от центра пятника до центра шарнира хвостовика автосцепки;

а - длина корпуса автосцепки от центра шарнира хвостовика до оси зацепления, для типовых сцепок СА-3 а=0,87 м.

Где 2lm и 2lm' - базы тележек сцепленных вагонов;