Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

Разработать проект четырехосного вагона для перевозки цемента.

Основные требования:

- колея 1520 мм;

- габарит по ГОСТ 9238;

- нагрузка от оси на рельсы до 23,25 тс;

- скорость движения до 33 м/с (120 км/ч);

- автосцепка СА-3;

- тележки типовые ЦНИИ-Х3 с буксами на подшипниках качения;

- тормоз автоматический типовой и ручной;

- рычажная передача с авторегулятором;

- режимный переключатель, выведенный на обе стороны вагона;

- грузоподъемность вагона не менее 67 тонн.

Конструктивные особенности:

- боковые стены должны быть несущей конструкции;

- на крыше должны быть предусмотрены загрузочные люки с плотно закрывающимися крышками;

- для доступа к загрузочным люкам предусмотреть лестницу и мостики на самой крыше;

- внизу кузова предусмотреть бункеры с герметическими закрывающимися люками.

Пояснительная записка должна содержать расчет на прочность надрессорной балки тележки, уточненный расчет на прочность оси колесной пары вагона.

Графическая часть:

Лист 1 - общий вид вагона;

Лист 2 - общий вид тележки;

Лист 3 - рабочие чертежи деталей вагона.

Исходные данные к расчету

Таблица 1

Наименование величин и их размерность	Обозначение	Величины
Допускаемая осевая нагрузка, тс		23,25
Количество осей в вагоне, шт.		4
Масса брутто, тс		85,5
Коэффициент использования грузоподъемности		0,895
Расчетная скорость, м/с		33,3
Масса половины рамы тележки ЦНИИ-Х3 или половина массы буксовых пружин, кг		195
Масса, кг: Буксы и связанных с ней необрессоренных деталей: Колесной пары Колеса Консольной части оси Средней части оси		107 1200 400 50 300
Удельное давление ветра, н/м2		500
Коэффициент трения скольжения колеса о рельс		0,25
Непогашенное центростремительное ускорение, м/с2		0,7
Коэффициент, учитывающий восприятие сил инерции диском колеса за счет его упругости		0,7
Статический прогиб рессорного комплекта тележки вагона, м		0,05
Радиус колеса, м Диаметр, м: Шейки оси Подступичной части оси Средней части оси		0,475 0,13 0,181 0,16
Расстояние, м: Между серединами шеек оси Между кругами катания колес От середины шейки оси: До круга катания колес До задней части шейки До внутренней кромки заднего роликового подшипника От середины оси до равнодействующей сил инерции средней части От середины шейки оси до центра тяжести необрессоренных масс, м		2,036 1,58 0,228 0,1 0,089 0,264 0,01
Наименование величин и их размерность	Обозначение	Величины
Значение коэффициентов: Пределы выносливости накатной оси в сечении по данным ВНИИЖТ I-I II-II III-III IV-IV		5,94 12.9 1.0 1.0 1.0 170 170 140 180

1. Аналоги отечественных грузовых вагонов для перевозки цемента

Вагон бункерного типа - хоппер для бестарной перевозки цемента к местам массового потребления, где имеются приемные устройства, расположенные между рельсами.

Хоппер имеет 4 бункера. Торцевые стены кузова наклонены под углом 50° к плоскости рамы.

Крыша оборудуется четырьмя круглыми загрузочными люками, плотно закрываемыми с помощью механизма запора. Выгрузка осуществляется через четыре нижних люка бункерного типа.

Технические характеристики отечественных хопперов - цементовозов привожу в таблице 2.

Таблица 2

Техническая характеристика вагонов-хопперов для перевозки цемента

Показатели	Вагон (модель)
	19-758	11-715
Грузоподъемность, т	72	70
Тара, т	19,5	22
Объем кузова, м3	60	55
База вагона, м	7,7	7,7
Длина, м: по осям сцепления автосцепок по концевым балкам рамы кузова внутри	11.92 10,7 7,91	11,92 10,7 7,91
Ширина, м кузова максимальная	3,278	3,218
Высота максимальная от уровня головок рельсов, м	4,405	4,18
Коэффициент тары	0,276	0,27
Удельный объем кузова, м3/т	0,83	0,88
Нагрузка от колесной пары на рельс, кН	224,3	218
Нагрузка на 1 погонный метр, т/м	7,68	7,17
Конструкционная скорость, км/ч	120	120
Габарит по ГОСТ 9238-83	1-Т	1-Т
Размеры загрузочного люка в свету, м	Ш 0,621	Ш 0,621

2. Выбор основных параметров проектируемого вагона для перевозки цемента

В результате анализа существующих конструкций в качестве вагона-аналога принимаю вагон-хоппер модели 19-758, как имеющий большую грузоподъемность, меньший вес тары, больший объем кузова при практических одинаковых размерах с цементовозом 11-715.

Несколько большая нагрузка от колесной пары на рельс (224,3 кН у хоппера 19-758 против 218 кН у хоппера 11-715) и несколько большая нагрузка на 1 погонный метр пути (7,68 т/м у хоппера 19-758 против 7,17 т/м у хоппера 11-715). Но эти показатели у хоппера 19-758 находятся в пределах, допускаемых нормами проектирования грузовых вагонов этого типа.

Техническая характеристика вагона-аналога приведена в таблице 2.

Используя исходные данные к проектированию, определим технико-экономические показатели, проектируемого вагона и его основные линейные размеры.

2.1 Определение грузоподъемности проектируемого вагона

При равенстве коэффициентов тары проектируемого вагона и вагона-аналога и заданной осевой нагрузке грузоподъемность вагона составит:

P_пр = [n] q_{o /} (1+k_T), (1)

где [n] - число осей проектируемого вагона;

q - осевая нагрузка; q_o = 23,25 т/ось;

k_T - коэффициент тары;

k_T = 0,276 (для вагона-аналога).

P_пр = 4 23,25 / (1+0,276) = 72,88 т

При этом тара проектируемого вагона составит:

T = Q - P_пр, (2)

где Q - брутто вагона, Q = 91,5 т

T = 91,5 - 72,88 = 18,62 т

2.2 Новый объем проектируемого вагона

V = v_уд P_пр, (3)

где v_уд - удельный объем проектируемого вагон

v_уд = 0,83 м³V = 0,83 72,88 = 60,5 м³

3. Определение линейных размеров вагона

Длина проектируемого вагона по раме задана

2L_p = 10,7 м

Определим внутреннюю ширину, длину и высоту вагона

2L_вн=2L_p-2a_т, (4)

где a_т - толщина торцовой стены, м

a_т = 0,1 м (по чертежу торцевой стены вагона-аналога).

2L_вн = 10,7- 2 0,1 = 10,5м

Определим внутреннюю высоту проектируемого вагона

Н_вн=V/(2L_внЧВ_вн), (5)

где 2В_вн - внутренняя ширина вагона, принимаю по данным вагона-аналога

2В_вн = 3,24 м

Высоту вагона-хоппера принимаю по вагону-аналогу

Н = 4,405 м - от уровня головок рельсов

Высоту от уровня головок рельсов до осей сцепления автосцепок принимаю по вагону-аналогу

Н₁ = 1040 мм

4. Расчет пружин центрального подвешивания

Для обеспечения сохранности перевозимого груза определяем количество пружин в рессорных комплектах, исходя из необходимости обеспечения статического прогиба, равного

F_ст = 0,050 м = 50 мм

Жесткость рессорного подвешивания одной тележки определяется по следующей зависимости:

C=(P+T)/2F_ст, (6)

где F_ст - статический прогиб рессорного подвешивания

Тогда, требуемая расчетная жесткость одной тележки составит:

С_расч = (72,88+18,62) 10³ 9,81 / (2 2 0,05) = 4,48 МН/м

Жесткость одной тележки, имеющей по семь двухрядных пружин в рессорном комплекте, составляет:

С = 4,31 МН/м

Тогда, жесткость одной пружины:

С_пр = С / 2 7 = 4,31 / 14 = 0,31 МН/м

Исходя из этого, рассчитаем количество пружин в тележке по формуле:

n=С_расч / С_пр=4,48/0,31=14пружин (7)

Таким образом, каждый рессорный комплект тележки должен содержать по 7 двухрядных пружин, что и обеспечено в конструкции тележки 18-100, которую используем в проектируемом вагоне.

5. Вписывание вагона-хоппера в габарит

Вагоны-хопперы для перевозки цемента проектируются по габариту 1-Т ГОСТ 9238-83.

Габарит 1-Т - для подвижного состава, допускаемого к обращению, как по всей сети железных дорог России колеи 1520 (1524) мм, так и по магистральным и ряду других линий железных дорог- членов ОСЖД колеи 1435 мм, используемых для международных сообщений. Очертание габарита подвижного состава 1-Т должно соответствовать, указанному на рис. 1.

Согласно ГОСТ 9238-83 максимальные допускаемые горизонтальные строительные размеры вагона получаются путем уменьшения поперечных размеров соответствующего габарита подвижного состава с каждой стороны на величины необходимых ограничений Е_о, Е_в, Е_н (поперечных смещений подвижного состава при вписывании в кривую расчетного радиуса с учетом наибольших допускаемых деталей его ходовых частей).

Максимально допускаемая ширина вагона на некоторой высоте над уровнем верха головок рельса определяется по формуле:

(8)

где - полуширина соответствующего габарита на рассматриваемой высоте, мм

Е - одно из ограничений или

Определение для направляющих сечений (сечения по осям пятников) равно:

мм (9)

Внутреннее ограничение для поперечных сечений вагона, расположенных между его направляющими сечениями (на длине базы), определяются по формуле:

мм (10)

Наружное ограничение для поперечных сечений вагона снаружи его направляющих сечений (в консольных частях вагона), определяются по формуле:

мм (11)

В формулах (9), (10) и (11)

S - максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса, мм;

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

q - наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении в одну сторону из центрального положения рамы тележки относительно колесной пары, вследствие зазоров при максимальных износах и деформаций упругих элементов в буксовом узле и узле сочленения рамы тележки с буксой, мм;

w - наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении в одну сторону из центрального положения кузова относительно рамы тележки, вследствие зазоров при максимальных износах и упругих деформациях в узле сочленения кузова и рамы тележки, мм;

к - величина, на которую допускается выход ПС, проектируемого по габаритам О-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ и 1- ВМ (в нижней части), за очертание этих габаритов в кривых участках пути R=250м, мм;

к=0 (для габарита 1-Т).

Его величина определяется по формуле:

где - база тележки

мм

к₂ - коэффициент размерности, зависящий от величины расчетного радиуса кривой, мм;

мм (13)

к₃ - величина, на которую допускается выход вагона (в верхней части) за очертание габарита 1-Т в кривых участках пути (R=200 м), в результате уширения габарита, приближения строений или увеличение расстояний между осями путей на перегонах в расчетной кривой, мм

Согласно п,27 ГОСТ 9238-83 для половины ширины габарита к₃ равно максимальному выносу в кривой двухосного вагона длиной 24 м и базой 17 м, принятого за расчетный

мм (14)

, - дополнительные ограничения внутренних и наружных сечений вагона, мм, имеющие место только у очень длинного ПС (с базой > 17 м).

Для короткобазного ПС и равны 0.

Величина представляет максимальный разбег изношенной колесной пары между рельсами (смещение из центрального положения в одну сторону) (рис. 2).

Ширина колеи в кривых радиуса при ширине колеи в прямой устанавливается ПТЭ железных дорог РФ

, тогда максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса будет равна 1546 мм (для колеи 1435 мм ).

Из рис.2 видно, что минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колесных пар колеи 1520 (1524) мм равно

d=1489 мм

Таким образом, имеем в кривой расчетного значения для колеи 1524 мм

.

Значения q и w приводятся в Инструкции МПС.

q=3 мм

w=28мм

Для габаритов 1-Т, Т, Т_Ц, Т_ПР если величины

оказываются отрицательными, они принимаются равными 0 и в расчете не учитываются.

Таким образом, минимально возможная ширина вагона составляет:

2B=2(1700-120)=3160мм,

что больше проектируемой (3106 мм)

Высота габарита 1-Т больше, чем высота габарита 1-ВМ на 600 мм; в проектируемом вагоне принята типовая тележка (18-100), поэтому вагон вписывается в габарит по высоте.

Вывод: вагон вписывается в заданный габарит 1-Т по ГОСТ 9238-83

6. Техническое описание проектируемого вагона - хоппера

хоппер вагон перевозка цемент

6.1 Технические характеристики

Грузоподъемность, т	78,88
Тара, т	18,62
Полезный объем, м3	60,5
База вагона, м	7,7
Длина, м: - по осям сцепления автосцепок - по концевым балкам рамы	11,92 10,7
Ширина, мм	3160
Высота от уровня головок рельсов (макс.), мм	4405
Коэффициент тары
Удельный объем, м3/т	0,83
Нагрузка от колесной тары на рельс, КН	224,3
Конструкционная скорость, км/ч	120
Тип тележки	18-100
Габарит по ГОСТ 9238-83	1-Т
Диаметр загрузочных люков в свету, мм	621

6.2 Конструкция кузова вагона - хоппера для перевозки цемента

Кузов вагона цельнометаллической конструкции оборудован устройствами бункерного типа, использующим гравитационное свойство груза при его выгрузке самотеком. Кузов вагона имеет 4 бункера (по два с каждой стороны) с механизмами открывания и закрывания их крышек при производстве погрузочно-разгрузочных работ.

Кузов состоит из рамы, боковых и торцевых стен и крыши. В целях обеспечения механизированной погрузки цемента в крыше предусмотрены 4 люка диаметром Ш621мм, закрываемых крышками с резиновыми уплотнениями.

Каждая крышка оборудована упругими закидками, которые предупреждают самопроизвольное открывание. Кузов вагона изготавливают из антикоррозионной стали 0912Д с присадкой меди до 30 %.

Рама кузова выполняется по устанавливающейся схеме, которая учитывает выбор рациональных форм поперечных сечений и условия для оборудования вагона автосцепкой.

Боковые стены кузова образованы гофрированной металлической обшивкой из листов толщиной 3 мм, подкрепленной стойками из двутавра 10 и обрамленной верхней и нижней балками. Верхняя обвязка выполнена из специального гнутого профиля толщиной 6 мм, а нижняя из прокатного уголка 125Ч80Ч10 мм.

Для придания конструкции большей жесткости каждая стена связана с рамой двумя наклонными швеллерами №14.

Бункера снабжены разгрузочными крышками люков с резиновыми уплотнениями.

Каждые два противоположных бункера оборудованы одним рычажным механизмом с приводным штурвалом, что обеспечивает непарное открывание и закрывание крышек люков и дозирование высыпания цемента.

Этот механизм имеет устройство, предохраняющее от самопроизвольного открывания крышек люков. Для более полной выгрузки цемента предусмотрены места установки вибраторов.

Торцевые стены кузова наклонены в сторону крайних люков под углом 50° к плоскости рамы. Их обшивка сварена из двух гладких листов толщиной 4 мм. Нижний наклоненный лист усилен продольными и поперечными полосами и подкосами. Обе торцевые стены усилены стойками - раскосами из швеллера №14, что обеспечивает кузову необходимую прочность и жесткость.

Крышу кузова изготовим из гофрированных листов толщиной 3 мм в средней части и 1,8 мм по бокам. Листы подкреплены двенадцатью дугами из уголка 75Ч50Ч5. С торцевыми стенами крыша связана фрамугами, а с боковыми стенами - приваркой к верхней обвязке кузова. По всей крыше устроен трап, а для подъема обслуживающего персонала наверх для производства ремонтных, подготовительных и погрузочно-разгрузочных работ предусмотрена лестница.

Крыша оборудована четырьмя круглыми загрузочными люками диаметром 621 мм, плотно закрываемыми с помощью запора.

Выгрузка осуществляется через четыре нижних люка бункерного типа, имеющих прямоугольные отверстия размером 500Ч400 мм.

Винтовой привод обеспечивает одновременное открытие или закрытие крышек, шарнирно соединенных с распорками 7 и 8. Это достигается вращением штурвала 4 привода 6, укрепленного на кронштейне 5. В результате, двуплечный рычаг 3 поворачивается вокруг оси 2,сто приводит к подъему или опусканию тяги 9, а, следовательно, посредством распорок 7 и 8 происходит раскрытие или закрытие крышек 1.

В закрытом положении обе крышки плотно прижимаются по всему периметру, что достигается регулировкой длины винтовых распорок 8 и тяги 9, при этом средний шарнир 10 должен находится ниже мертвой точки. Для ускорения процесса разгрузки и обеспечения полной очистки кузова от остатков груза на наружных поверхностях бункеров предусмотрены скобы, к которым укрепляются серийные накладные вибраторы типа С413.

7. Заимствованные узлы и системы

Под вагон подкатываются двухосные тележки 18-100 с расчетной нагрузкой от колесной пары на рельсы 23,25 тс железнодорожной колеи 1520 мм для скорости до 100 км/ч.

Вагон оборудуется автосцепным устройством полужесткого типа с автосцепкой, имеет возможность оборудования ее автоматическим соединителем межвагонных коммуникаций и обеспечивает сцепление с типовой автосцепкой СА-3. Автосцепное устройство вагона оборудовано эластомерным поглощающим аппаратом.

Тормозное оборудование спроектированного вагона оборудуется:

· автоматическим тормозом колодочного типа c воздухораспределителем 483М по ТУ 24.05.10.062-98;

· грузовым авторежимом № 265А-1 по ТУ 3184-509-05744521-98 с рычажным приводом;

· регулятором тормозной рычажной передачи РТРП-675-М по ТУ24.05.928-89;

· стояночным тормозом, обеспечивающим удержание вагона на уклоне 30‰;

· тормозным цилиндром 188Б по ОСТ 24.290, 17-88 или 002 по ТУ 24.05.801-87;

· резервуаром запасными Р135 по ГОСТ 1561-75;

· тормозной рычажной передачей, которая имеет возможность ее эксплуатации с композиционными и чугунными колодками.

8. Прочные расчетные конструкции проектируемого вагона

8.1 Расчетные режимы и нагрузки

Нормы устанавливают два основных (I и III) и один дополнительный (II) расчетные режимы.

По I расчетному режиму рассматривается относительно редкое сочетание нагрузок. Допускаемые напряжения выбираются близкими к пределу текучести или пределу прочности материала.

Для грузовых вагонов в эксплуатации им соответствуют:

- осаживание и трогание с места тяжеловесного состава;

- соударение вагонов при маневрах, в том числе при роспуске с сортировочных горок;

- экстренное торможение при малых скоростях движения.

III расчетный режим предполагает максимально часто встречающееся сочетание умеренных по величине нагрузок, характерных для нормальных, в движущемся поезде.

Допускаемые напряжения выбираются из предела выносливости материала с целью не допустить усталостных разрушений.

В эксплуатации ему соответствуют:

- случаи движения вагонов в составе поезда по прямым и кривым участкам пути и стрелочным переводам с допускаемой скоростью, вплоть до конструктивной;

- периодические служебные регулировочные торможения;

- периодические умеренные рывки и толчки.

К основным расчетным вертикальным силам относятся:

§ собственные силы тяжести;

§ сила тяжести груза;

§ вертикально динамическая нагрузка, возникающая при колебании вагона на рессорах и взаимодействие вагонов при движении и маневровой работе.

Вертикальную динамическую нагрузку определяют умножением силы тяжести брутто на коэффициент вертикальной динамики к_дв:

, (16)

где - среднее вероятное значение коэффициента вертикальной динамики;

в - параметр распределения, для грузовых вагонов принимается в=1,13;

, (17)

где а - коэффициент, для элементов кузова а=0,054;

в - коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке (n).

V - расчетная скорость движения, v=33 м/c

f_cm - статический прогиб рессорного подвешивания, м;

f_cm=0,05 м

Тогда,

Значения продольных нагрузок для I и III режимов приведены в таблице 3

Таблица 3

Значения продольных сил

Наименование вагона	Значение продольных сил по расчетным режимам, МН
	I	III
Грузовые вагоны	-3	-1
	+2,5	+1

8.2 Уточненный расчет вагонной оси на прочность

Для заданной нагрузки на ось произведем расчет напряжения в оси колесной пары и из сравнения их с допускаемыми напряжениями сделаем вывод о ее прочности.

Определим усилия, действующие на ось.

К колесной паре приложены следующие усилия, учитываемые при расчете (рис. 4)

Рис. 4 Схема сил, действующих на колесную пару

Вертикальная статическая нагрузка груженого вагона, приходящаяся на шейку оси с учетом использования грузоподъемности вагона

(17)

где m_бр - масса вагона брутто;

m_бр=92Ч10³кг

m₀ - число колесных пар в вагоне;

m₀=4

m_кп - масса колесной пары;

m_кп=1200 кг

m_ш - масса консольной части оси (шейки);

m_ш=50 кг

g - ускорение свободного падения;

g=9.81 м/с²

л - коэффициент использования грузоподъемности;

л=0,895.

Тогда, кН

Вертикальная динамическая нагрузка определяется по формуле:

, (18)

где - вертикальная статическая нагрузка;

- коэффициент вертикальной динамики

кН

Находим центробежную нагрузку, приходящуюся на одну колесную пару по формуле:

, (19)

где ?_ц=0,075 - для грузовых вагонов согласно нормам проектирования

Кн

Кн,

где h_ц - высота центра тяжести вагона от оси колесной пары, м;

2в₂ - расстояние между серединами шеек оси,

2в₂=2,036 м

Вертикальная нагрузка от давления ветра на боковую поверхность вагона, загружающая одну шейку и разгружающая другую, равна:

, (20)

где Н_В - давление ветра на вагон,

Н_В=w·F (21)

где w - удельное давление ветра, перпендикулярное боковой стенке вагона;

w=500 н/м² (Па).

F - площадь боковой проекции кузова, м²

F=32 м²(по каждому из грузовых вагонов)

H_B=500·32·10^-3=16 кН

кН

Суммарная вертикальная нагрузка на левую шейку

кН

Кн

Находим силу, действующую на правую шейку оси по формуле:

кН

Горизонтальные нагрузки

Поперечная сила трения, возникающая в месте контакта второго колеса с рельсом, определяется по формуле:

Н₁ - направляющая сила, приложенная к колесу, движущемуся по наружному рельсу кривой

Н₁=Н+Н₂

Н_В - вертикальная нагрузка движущегося по внутреннему рельсу колеса на тот же рельс.

Поперечную рамную силу находим по формуле;

, (22)

где к_Г - коэффициент горизонтальной динамики, который вычисляется по формуле:

, (23)

к_Г=0,0038·1,0·1,0(10+33)=0,16 Кн

где л_Г и д вычисляют в соответствии с таблицей 2 [3]

Ускорение буксовых узлов

- для левого буксового узла, м/с₂

, (24)

где m_H - сумма масс необрессоренных частей, опирающихся на рельс;

(25)

м/с₂

- для правого буксового узла

(26)

м/с₂

Ускорение левого колеса

, (27)

м/с₂

м/с₂

Силу инерции определим по формуле:

, (28)

где m_k - масса колеса;

m_k = 40

кН

Вертикальная сила инерции массы средней части оси находится по формуле:

, (29)

где m_C - масса средней части оси и приложена на расстояние 2/3S от плоскости круга катания левого колеса,

m_C =30 .

Тогда, Кн

Вычислим значение сил инерции:

кН

, (30)

где m_ш - масса консольной части оси;

m_б - масса буксы;

m_р - половина массы боковой рамы и рессорного комплекта

Кн

Вертикальные реакции в опорах оси определяют по формуле:

- для левой опоры

где l₂ - расстояние от середины шейки оси до круга катания колеса,

l₂=0.228 м;

2S - расстояние между кругами катания, 2S=1.58 м

l₄ =l₅=0.01 м - расстояние от середины шейки оси до центра тяжести не обрессоренных масс;

Н - поперечная рамная сила, кН, Н=36,1 кН

r₁ - радиус шейки оси r₁=0.065, принимаем r₁=0

r - радиус колеса по кругу катания, r=0.475 м

р_ик - сила инерции колеса:

р_ик=22,44 кН

р_ис - сила инерции средней части оси

р_ис=8,415 кН

р₂ - суммарная вертикальная нагрузка на правую шейку оси;

р₂=92,38 Кн

- вертикальная нагрузка на правую шейку

Кн

(31)

В опорных местах оси приложены горизонтальные силы:

Н₁ - направляющая сила, приложенная к колесу, движущемуся по наружному рельсу кривой;

Н₂ - сила трения, возникающая в точке контакта второго колеса с рельсом.

Эта сила вычисляется по формуле:

, (32)

, (33)

При переносе этих горизонтальных сил Н₁и Н₂ в опорные места оси колесной пары возникают моменты:

- на левой опоре оси

, (34)

где - коэффициент передачи сил инерции на внутреннее сечение оси, =0,7;

Н₁ - боковое давление на колесо, движущееся по наружному рельсу кривой,

Н₁=37,76 кН

р_Н1 - вертикальная нагрузка от сил инерции необрессорных масс на левую шейку оси,

р_Н1=23,03 Кн.

- на правой опоре оси

Изгибающие моменты от всех рассматриваемых нагрузок в расчетных сечениях вычисляем по формулам:

- от расчетных нагрузок

, (35)

, (36)

, (37)

, (38)

- от статической нагрузки

, (39)

, (40)

, (41)

Вычислим моменты сопротивлений изгибу для расчетных сечений оси:

, (42)

где d₁ - диаметр шейки оси, d₁=130 мм=0,13 м

d₂ - диаметр подступичной части, d₂=190 мм=0,19 м

d₃ - диаметр середины оси, d_с=165 мм=0,165 м

Вычислим напряжения от статической нагрузки

, (43)

,

Напряжение от расчетных нагрузок находим с учетом следующих коэффициентов:

, (44)

Находим максимальные напряжения, возникающие в сечениях оси

, (45)

Вычислим минимальные коэффициенты для определения минимальных значений напряжений в сечениях оси:

, (46)

где

Пределы выносливости в расчетных сечениях вагонной оси получены при испытаниях во ВНИИЖТе натурных осей из сталей марки ОсВ для накатных осей.

Тогда

Как видим, запас прочности по усталости металла во всех сечениях больше 3, что обеспечивает надежную работу вагонных осей в эксплуатации.

8.3 Расчет на прочность надрессорной балки тележки 18-100

Все силы от кузова вагона воспринимаются надрессорной, шкворневой или соединительными балками тележек.

При расчете в случае передачи нагрузки от кузова через пятник надрессорную балку будем рассматривать как балку, свободно лежащими своими концами на двух опорах - рессорных комплектах. Рассмотрим схему нагружения только вертикальными (статической и динамической) силами при колебаниях на рессорах нагрузок учтем увеличением расчетных напряжений на 20 % при их сравнении с допускаемыми напряжениями.

Вертикальная статическая сила, приложенная в центре подпятника, определяется по формуле:

, (47)

Определим максимальное значение коэффициента вертикальной динамики

, (48)

где а - коэффициент, равный для обрессорных частей тележки 0,1

а=0,1;

V - cкорость движения вагона, м/с

V=33 м/с;

f_cm - статический прогиб рессорного подвешивания

f_cm=0,05 м

Подсчитаем вертикальную динамическую силу, действующую на подпятник надрессорной балки по формуле:

, (49)

Вертикальная составляющая от продольных сил инерции при торможении

, (50)

где 2l - база вагона, м

h_ц - расстояние от опорной плоскости пятника до центра массы кузова, м

Суммарная расчетная сила, приложенная в центре подпятника надрессорной балки:

Приближенным методом определим центробежную силу, действующую на кузов при прохождении вагоном кривого участка пути:

Подсчитаем силу давления ветра, действующую на боковую поверхность кузова - вагона:

где - давление ветра;

F_б - площадь боковой поверхности вагона - хоппера

Определим вертикальную силу, вызванную действием центробежной силы и ветровой нагрузки по формуле:

, (51)

где h_ц и h_В - расстояние от центра тяжести кузова и равнодействующей силы ветра соответственно до плоскости опорной поверхности пятника, м

(в-в₁)- плечо пары сил р_б

Рассчитаем вертикальную дополнительную реакцию рессорного комплекта от действия боковых сил по формуле:

, (52)

Откуда,

, (53)

Определим изгибающий момент в среднем сечении надрессорной балки:

, (54)

- для среднего сечения надрессорной балки более нагруженный вариант при отсутствии центробежной и ветровой нагрузки. В этом случае изгибающий момент в среднем сечении балки будет равен:

По данному значению и будем вести расчет балки на прочность:

,

Определим изгибающий момент в сечении балки по скользуну по формуле:

,

где

Максимальные нормальные напряжения, возникающие в материале надрессорной балки, с учетом увеличения на 20 % для учета горизонтальных нагрузок будут равны:

Для материала надрессорной балки - сталь 20ГЛ допускаемые напряжения:

Так как, расчетные максимальные напряжения меньше допускаемых, то прочность надрессорной балки обеспечена

9. Анализ технико-экономических показателей спроектированного вагона - хоппера для перевозки цемента

В спроектированном вагоне-хоппере увеличена грузоподъемность вагона-хоппера для перевозки цемента до 72,88 т при допустимой нагрузке от оси колесной пары на рельс (23,25 тс)

Повышение грузоподъемности увеличивает провозную способность железных дорог, что в целом по стране даст существенный экономический эффект. Как показал расчет пружин центрального подвешивания, рессорный комплект типовой конструкции выдерживает эту нагрузку.

Большое количество унифицированных узлов - тележки, автосцепки, тормозная передача - снижают себестоимость изготовления вагона в целом.

Увеличение грузоподъемности с учетом большой плотности цемента не повлекло существенных изменений в конструкции кузова.

Для изготовления элементов конструкции кузова вагона-хоппера предлагается использовать антикоррозионную сталь 09Г2Д с присадкой меди (Д) до 30 %, что снизит расходы на ремонт и содержание вагона.

10. Использованная литература

1. Конструирование и расчет вагонов. Рабочая программа для студентов V-VI курса специальности 150800 «Вагоны» (В).

2. Конструирование и расчет вагонов В.И. Лукин и др., М., 2000. 726 с.

3. Конструирование и расчет вагонов. Учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию по разделу «Колесные пары вагонов» Покровский Б.Н., М., РГОТУПС, 2003 г. 12 с.

4. Конструирование и расчет вагонов. Задание на курсовой проект с методическими указаниями «Перечень вопросов для самостоятельной проработки материала» Покровский Б.Н., М., РГОТУПС, 2003 г. 32 с.

5. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходные) М., ГосНИИВ, 1983 г. 254 с.

6. Вагоны (теория, конструкция, расчет) под ред. Л.А. Шадура, М., Транспорт, 1980 г. 416 с.

7. Вагоны. Основы проектирования и экспертизы проектных решений. Учебное пособие, А.Л. Азовский и др., М., РГТОУПС, 1998 г. 138 с.

Размещено на Allbest.ru