Конструкция и расчет вагонов

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС)

Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту

“Конструкция и расчет вагонов”

Омск 2016



Реферат

Крытый вагон, габарит, ось, тележка, параметр вагона, нагрузка, роликовый подшипник, рессорное подвешивание, рама вагона, себестоимость.

Целью курсового проекта является разработка новой конструкции вагона (крытый вагон 11-280) со сниженной тарой вагона и повышенной грузоподъемностью, так как снижение тары новых разрабатываемых конструкций вагонов есть одна из важнейших задач вагоностроения.

Необходимо определить линейные размеры, вписать вагон в габарит Тпр названого состава, определить нагрузки, действующие на вагон и его части, произвести расчет пружины рессорного подвешивания на прочность и выносливость, обеспечить устойчивость движения колесной пары по рельсовой колее, рассчитать срок окупаемости или годовую экономическую эффективность.

Объектом проектирования является грузовой вагон (крытый вагон модели 11-280), состоящий из рамы, кузова, ходовых частей, автосцепного и автотормозного оборудования.

Навыки проектирования могут быть использованы при выполнении курсовых проектов по специальным дисциплинам.

Курсовой проект выполнен в текстовом редакторе Microsoft Word `03 и представлен на дискете в конверте на обороте обложки.



Содержание

Введение

1. Описание конструкции вагона и тележки

2. Выбор основных параметров вагона

2.1 Расчет грузоподъемности вагона

2.2 Определение линейных размеров вагона

3. Вписывание вагона в габарит подвижного состава

3.1 Определение горизонтальных размеров строительного очертания вагона

3.2 Установление вертикальных размеров строительного очертания вагона

3.3 Определение размеров проектного очертания вагона

4. Нагрузки, действующие на вагон и его части

4.1 Вертикальные нагрузки, действующие на детали тележки

4.1.1 Вертикальная статическая нагрузка

4.1.2 Вертикальная динамическая нагрузка

4.1.3 Суммарная вертикальная нагрузка

4.2 Боковая нагрузка

4.3 Нагрузки, обусловленные силами инерции

5. Расчет оси колесной пары по условному методу (метод ЦНИИ - НИБ)

6. Устойчивость движения колесной пары по рельсовой колее

7. Расчет роликовых подшипников на прочность, долговечность и надежность

8. Технико-экономическое обоснование эффективности разработанной конструкции вагона

Заключение

Библиографический список



Введение

Для совершенствования и развития вагоностроения в России, в 1997-2000 гг. была разработана программа- «Разработка и производство в России грузового подвижного состава нового поколения», целью которой является удовлетворение перспективных потребностей в грузовом подвижном составе за счет модернизации существующего и поставок подвижного состава нового поколения, отличающегося высокой экономичностью, лучшими потребительскими, эксплуатационными, экологическими качествами и обеспечивающего конкурентность российского транспортного машиностроения и железнодорожных грузовых перевозок на перспективу.

В соответствии с ней на железные дороги России к 2010 г. должно быть поставлено вагонов нового поколения 197,2 тыс. (по максимальному прогнозу объема перевозки грузов) или 176,7 тыс. (по минимальному прогнозу). Серийное производство грузовых вагонов нового поколения по заказам промышленных предприятий-грузоотправителей и операторских компаний начато на вагоностроительных заводах в 2003 г. Конструктивно грузовые вагоны нового поколения будут собираться из унифицированных блоков, нормализованных и стандартных узлов и модулей, что позволяет строить многоцелевые вагоны на базе одной основной конструкции и дает возможность повышать уровень специализации и кооперирования производства не только в пределах отрасли вагоностроения, но и на вагоноремонтных предприятиях. Переход от проектирования отдельных специализированных вагонов к созданию семейства на базе основной конструкции позволяет создавать образцы вагонов с заданным уровнем надежности и долговечности, благодаря использованию отработанных и проверенных в эксплуатации унифицированных элементов конструкции и заменить традиционные методы конструирования вагонов дополнением базового специальными унифицированными элементами. При этом повышается технологичность конструкции и уровень механизации и автоматизации производства, повышается ремонтопригодность вагонов и снижаются эксплуатационные расходы потребителей. Сохраняются преимущества специализированных вагонов в сфере погрузочно-разгрузочных работ, резко снижаются потери перевозимых грузов при транспортировке. В результате снижения веса тары вагона, предназначенного для перевозки определенной группы грузов, повышается полезная нагрузка, а за счет более полного учета нагруженности повышается эксплуатационная надежность и сокращаются затраты на ремонт и текущее техническое содержание вагонов.

Разрабатываемые проекты универсальных вагонов нового поколения не привязываются к условиям завода производителя, что ранее приводило к разунификации конструкций однотипных вагонов и увеличению затрат на ремонт и техническое содержание. У крытых вагонов главным направлением совершенствования является удовлетворение требований грузоотправителей в части удобства погрузки и выгрузки грузов, их крепления и сохранности. Кузов вагона будет иметь увеличенный объем, пол из наборных металлических секций со специальным покрытием, внутри предусматриваются передвижные разделительные перегородки, улучшена теплоизоляция.



1. Описание конструкции вагона и тележки

Универсальный четырехосный крытый вагон модели 11-280 постройки Алтайского вагоностроительного завода, спроектирован по габариту 1-ВМ(0-Т) и предназначен для перевозки штучных, зерновых и других грузов широкой номенклатуры, требующих защиты от атмосферных осадков.

Все вагоны независимо от назначения и конструкции состоят из элементов (узлов), общих для вагонов любого типа. К этим элементам относятся - кузов, ходовые части, ударно-тяговые приборы и тормозное оборудование.

Кузов вагона модели 11-280, объемом 138 м3 оборудован двухстворчатыми раздвижными дверями, загрузочными люками в крыше и в боковых стенах. Уширенные дверные проемы позволяют ускорить процесс производства погрузо-разгрузочных работ, что способствует сокращению простоев вагона под грузовыми операциями и повышению его производительности.

Рама кузова сварная, состоит из сквозной хребтовой балки двух продольных боковых, двух шкворневых, двух концевых поперечных балок. Между шкворневыми балками расположены четыре поперечные основные и семь промежуточных, а также продольные, предназначенные для поддержания настила пола. Концевые балки рамы выполнены без углублений под розетку автосцепки и имеют посадочные места на лобовом листе для постановки на вагон буферных стаканов. Для усиления консольных частей рамы между концевыми и шкворневыми балками поставлено по четыре продольных балки из швеллера № 20. По концам рама оборудована подножками и поручнями. На концевой балке устанавливается рычаг расцепного привода. Все поперечные балки рамы в средней части имеют большую высоту, чем в концевых частях, что приближает их к конструкции равного сопротивления изгибу и позволяет уменьшить массу.

Боковые стены жестко связаны с рамой. Каркас боковой стены состоит из верхней обвязки, двух шкворневых, двух дверных и восьми промежуточных стоек. Нижней обвязкой служит продольная боковая балка рамы. Снаружи каркас обшит металлической обшивкой, состоящей из трех листов: нижнего, толщиной 5 мм, среднего- 3 мм и верхнего- 2,5 мм. На внутреннюю металлическую поверхность стен напылением наносят полимерный материал толщиной 5-6 мм. В средней части боковой стены располагается двухстворчатая самоуплотняющаяся дверь, а по концам в верхней части имеются люки, оборудованные вентиляционными решетками. Створки двери раздвигаются в стороны и перемещаются с помощью роликов по дверному рельсу, расположенному в верхней части. Снизу дверь ограничивается порогом. Справой и левой сторон дверного проема устанавливаются амортизаторы, для смягчения ударов створок дверей при их открывании.

Торцевая стена имеет две угловые и две промежуточные стойки, посредством которых она приваривается к концевой балке рамы, а сверху верхней обвязкой связана с фрамугой крыши. Торцевая стена имеет металлическую обшивку и оборудована скобами для доступа обслуживающего персонала на крышу.

Крыша состоит из двух фрамуг и набора дуг, продольных боковых обвязок и подкрепляющих элементов. Имеется четыре загрузочных люка и две печные разделки в двух крайних люках.

К ходовым частям относятся колесные пары, буксы и рессорное подвешивание. В современных вагонах ходовые части объединяются в самостоятельные узлы, называемые тележками. Кроме перечисленных элементов, тележки имеют раму, на которой крепятся детали рессорного подвешивания, тормозного оборудования и предохранительные скобы, а для передачи нагрузки от кузова на тележку - надрессорные балки с подпятниками и скользунами. Ходовые части (тележки) являются наиболее ответственными узлами, которые должны обеспечивать безопасность движения вагона по рельсовому пути с необходимой плавностью хода (наименьшее динамическое воздействие на перевозимый груз и на элементы пути) и наименьшим сопротивлением движению.

Технические характеристики тележки модели 18-194-1

Тип тележки - двухосная с центральным рессорным подвешиванием

Максимальная статическая нагрузка от колесной пары на рельсы - 25 тс

Конструкционная скорость - 120 км/ч

Масса - 4,83 т

База тележки - 1850 мм

Диаметр подпятника - 350 мм

Высота от уровня головок рельсов до опорной поверхности - 818 мм

Тип скользуна - упруго-катковый или упругий

Гибкость рессорного подвешивания в вертикальной плоскости без учета сил трения:

I ступени - 2,55 мм/тс

II ступени - 1,31 мм/тс

Габарит по ГОСТ 9238-83 - 02-ВМ

Пробег до первого деповского ремонта - 500 тыс. км

Тележка имеет усиленную конструкцию литых несущих деталей (боковые рамы, надрессорная балка), изготовленных из стали 20ГЛ (20 ФТЛ) с использованием технологии холодно-твердеющих смесей (ХТС), которые имеют повышенный коэффициент запаса усталостной прочности.

Для повышения стабильности геометрических параметров боковой рамы и надрессорной балки в эксплуатации, а также уменьшения износов предусмотрена механическая обработка всех фрикционных поверхностей этих деталей. Боковая рама имеет уменьшенную ширину буксового проема и снабжена предохранительным устройством, исключающим возможность выхода колесных пар из буксовых проемов. Усиленный нижний пояс, концевые части коробчатого сечения и перемычка между вертикальными стенками в зоне нижнего угла рессорного проема увеличивают прочность конструкции и значительно повышают эксплуатационный ресурс боковой рамы.

Усилена конструкция надрессорной балки, в первую очередь верхний пояс и среднее ребро. Для установки боковых скользунов на балке предусмотрены механически обработанные площадки с резьбовыми отверстиями, а также технологические окна. Подпятник оборудован износостойкой чашей толщиной 6,5 мм из термоупрочненной стали 30ХГСА. Установка чаши производится с выполнением ограничителей, предохраняющих от проворота и выпадания, наплавленных на бурт подпятника в местах вырезов на бурте чаши. Проработан вариант с механическим креплением чаши, свободно устанавливаемой на поверхность плоского подпятника диаметром 350 мм. На основании экспериментальных исследований и эксплуатационных испытаний установлено, что применение чаши уменьшает износ наружного бурта и опорной поверхности подпятника в 3-5 раз.

В конструкции центрального подвешивания тележки использован пружинный комплект с билинейной силовой характеристикой, обеспечивающей увеличенный до 75,5 мм прогиб под брутто груженого вагона. Минимальный прогиб под тарой порожнего вагона составляет 21 мм, что обеспечивает хорошие показатели вертикальной динамики, повышает безопасность движения, обеспечивает меньшую чувствительность динамических показателей порожнего вагона к износу клиньев. Применение под фрикционными клиньями пружин увеличенной высоты создает необходимую силу их прижатия для обеспечения как лучшего демпфирования, так и повышенного сопротивления забеганию боковых рам.

Упруго-фрикционная связь клиньев с надрессорной балкой обеспечивает исключение контакта "металл по металлу" и в сочетании с оптимально выбранной жесткостью пружинного комплекта стабилизирует работу гасителей колебаний, улучшает показатели вертикальной и горизонтальной динамики вагона, полностью исключает износ надрессорной балки, снижает воздействие на путь.

Колесная пара оборудуется двухрядными коническими подшипниками кассетного типа TBU 150x250x160 (ОАО "ЕПК"). Предусмотрено также применение кассетного подшипника "SKF" (Швеция). Эти подшипники обеспечивают межремонтный пробег 800 тыс. км и не требуют технического обслуживания и ремонта. Ось колесной пары изготавливается из непрерывнолитой вакуумированной стали с гарантированным значением минимального предела текучести 400 МПа и увеличенным коэффициентом запаса усталостной прочности шейки. Цельнокатаные S-образные колеса с дробеструйным упрочнением дисков и повышенной твердостью обода увеличивают срок службы в 1,5-2 раза.

Рисунок 1 - Модель тележки 18-194-1



2. Выбор основных параметров вагона

Основными параметрами вагона являются: грузоподъемность Р, тара Т, осность mo, объем кузова V, линейные размеры. Для сравнения вагонов между собой пользуются величинами, представляющими отношениями этих параметров: удельный площадь пола fy, технический коэффициент тары кт, осевая ро и погонная qп нагрузки.

Правильный выбор параметров обеспечивает наименьшие затраты на перевозку грузов. Так как вагоны имеют длительный срок службы, то вновь проектируемые конструкции должны удовлетворять не только современным, но и перспективным условиям эксплуатации.

Определение параметров грузовых вагонов следует вести в следующем порядке:

установить коэффициент тары;

определить грузоподъемность вагона;

установить оптимальный удельный объем кузова;

определить геометрический объем кузова;

найти линейные размеры вагона.

2.1 Расчет грузоподъемности вагона

Грузоподъемность вагона Р, или полезная нагрузка является основным параметром вагона, определяющим максимальную массу груза.

Одним из главных факторов, влияющих на грузоподъемность вагона, является допускаемая осевая нагрузка ро. Возможная осевая нагрузка определяется на основе прочности пути, которая, в свою очередь, зависит от грузонапряженности железных дорог.

Исходя из мощности пути и экономичности его содержания, а также прочности подвижного состава в настоящее время для основных типов грузовых вагонов допускаемая осевая нагрузка составляет 23,5 тс.

Проводимая реконструкция пути, заключающаяся в установке более тяжелых типов рельсов (Р 65 и Р 75) с объемной закалкой, позволяет в перспективе увеличить вагонные осевые нагрузки до 25 тс и более.

На основании исходной осевой нагрузки и осности вагона, которые указаны в задании на курсовой проект, грузоподъемность разрабатываемой конструкции (нового) вагона рассчитывается по формуле:

Р = , (2.1)

где роmо= Рбр - масса брутто вагона, т;

ро = 24,5 - заданная осевая нагрузка, тс;

mo = 4 - количество колесных пар в вагоне;

кт - технический коэффициент тары.

Ориентировочное значение технического коэффициента тары определяется исходя из параметров существующей (базовой) модели вагона:

кт = , (2.2)

где Тб = 26 - тара базовой модели вагона по заданию, т.;

Рб = 68 - грузоподъемность этой модели, т.

Рбр = 24,5 4 = 98 тс.

После определения грузоподъемности разрабатываемого вагона определяется его тара:



Т = Рбр - Р, (2.3)

Т = 98 - 70,15=27,85 тс.

В целях создания рациональной конструкции необходимо стремиться к уменьшению тары вагона и увеличению его грузоподъемности. Пути снижения тары вагона за счет мероприятий, связанных в основном с применением наиболее прогрессивных материалов для несущей конструкции кузова и отдельных деталей, а также с некоторыми конструктивными изменениями:

а) использование полой оси;

б) установка крыши четырехосного вагона из стеклопластика.

Если предполагается уменьшение тары на ?Т, то можно увеличить на такое же значение грузоподъемность вагона, оставляя неизменной допускаемую осевую нагрузку и, следовательно, вес вагона брутто:

Рбр=Рн+Тн=(Р+?Т)+(Т -?Т), (2.4)

где Тн = Т - ?Т- тара нового вагона;

Рн = Р+?Т- грузоподъемность нового вагона;

?Т=4•0,1+0,12=0,52 тс,

Тн = 27,85-0,52=27,33 тс,

Рн =70,15+0,52= 70,67 тс.

Определив окончательно скорректированную грузоподъемность и тару разрабатываемой конструкции вагона, можно найти значение технического коэффициента тары нового вагона:

, (2.5)



2.2 Определение линейных размеров вагона

Определив грузоподъемность вагона Pн, можно вычислить внутренний объем кузова VН :

Vн. = Pн ну.опт, (2.6)

где ну.опт = 2,1 м3/т -оптимальное значение удельного объема.

Vн. полез. = 70,672,1=148,407 м3.

Внутренняя длина крытых вагонов, м:

, (2.7)

где FК - площадь поперечного сечения кузова, заполненного грузом, м2.

Для достижения возможно большей погонной нагрузки площадь поперечного сечения кузова , а следовательно, внутреннюю ширину и внутреннюю высоту кузова вагона целесообразно принимать максимальными в пределах заданного габарита подвижного состава.

Для ориентировочных расчетов внутреннюю ширину кузова вагона можно принимать: для габарита Т - 3400 мм; Тпр, Тц - 3200 мм; 1-Т и 1-ВМ - 3000 мм.

Наружная длина кузова, совпадающая у большинства конструкций с длиной рамы, определяется по формуле:

, (2.8)

где - толщина торцовой стенки корпуса

м,

.

Общая длина вагона:

2Lо=2Lр+2аа, (2.9)

где aа- вылет автосцепки, т.е. расстояние от концевой балки рамы до оси сцепления автосцепок. Значение aа принимаем равным 610 мм для всех типов четырехосных вагонов.

2Lо=13,646+1,22=14,866 м.

База вагона:

2l=2Lр /, (2.10)

где - коэффициент, определяемый соотношением между длиной рамы и базой расчетного двухосного вагона из условия равенства выносов его концевой и внутренней частей в габарит подвижного состава.

2l=13,646/=9,65 м.

Длина консольной части вагона:

nк=(2Lр -2l)/2. (2.11)



nк=(13,646-9,65)/2=2,04м.

Из условия размещения автосцепного оборудования на раме четырехосного вагона длина консоли не должна быть менее 1500 мм.



3. Вписывание вагона в габарит подвижного состава

Одним из главных условий безопасности движения вагонов является предупреждение возможности их соприкосновения со стационарными сооружениями, расположенными вблизи железнодорожного пути, или с другим подвижным составом, находящимся на соседнем пути, поэтому стационарные сооружения должны располагаться на определенном расстоянии от железнодорожного пути, а подвижной состав иметь ограниченное поперечное очертание.

Таким образом, получаются два контура: контур, ограничивающий наименьшие допускаемые размеры приближения строений и путевых устройств к оси пути, - габарит приближения строений; контур, ограничивающий наибольшие допускаемые размеры поперечного сечения подвижного состава, - габарит подвижного состава. Второй контур располагается внутри первого и между ними имеется пространство. Пространство между габаритами приближения строений и подвижного состава обеспечивает безопасные смещения вагонов, возникающие при движении поездов и обусловленные возможными отклонениями в состоянии пути и динамическими колебаниями вагона.

Максимальные допускаемые горизонтальные строительные размеры вагона получают путем умножения размеров габарита подвижного состава на величину смещений, обусловленных зазорами, износами ходовых частей и прогибом рессорного подвешивания каждого типа вагона, а также выносом частей вагона при движении по кривым.

3.1 Определение горизонтальных размеров строительного очертания вагона

При движении вагона по кривому участку пути его ось пересекается с осью пути в двух точках сечения вагона, которые называют пятниковыми, или направляющими. При этом средняя часть вагона, расположенная между направляющими сечениями, смещается внутрь кривого участка, а консольные части - наружу.

Таким образом, допускаемая ширина вагона на некоторой высоте Н над уровнем верха головок рельсов определяется по формуле:

2В = 2(Во - Е), (3.1)

где Во - половина ширины габарита подвижного состава, в который производится вписывание вагона, на некоторой высоте Н.

Е - одно из ограничений полуширины вагона за счет максимально возможных смещений.

Для направляющих поперечных сечений (по шкворням тележки) ограничение рассчитывается по формуле:

Ео = 0,5(Sк - dг) + q + щ +(к1-к3)-к. (3.2)

Ограничение полуширины для внутренних сечений, расположенных между пятниковыми, или направляющими:

Eв = 0,5(Sк - dг) + q + щ + [к2(2l-n)n + к1 - к3] - к + б. (3.3)

Для поперечных сечений, расположенных снаружи пятниковых, т.е. на консолях вагона, ограничение вагона определяется по формуле:

Ен=(0,5(Sк - dг) + q + щ)(2l+2n)/2l+ [к2(2l+n)n-к1-к3]-к+в. (3.4)

В формулах (2.2) - (2.4):



0,5(Sк - dг) - максимальный разбег предельно изношенной колесной пары в рельсовой колее (смещение из центрального положения в одну сторону);

Sк - максимальная ширина колеи в кривых расчетного радиуса, при ширине колеи в прямых участках Sк = 1520-4+8 мм, в расчетных кривых дается дополнительное ее уширение на 15 мм, т.е. Sк = 1535-4+8 мм;

dг - минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колесной пары, dг = 1489 мм для колесных пар грузовых вагонов, обращающихся со скоростью до 33 м/с;

q - наибольшее горизонтальное смещение буксового узла из центрального положения в одну сторону, мм;

щ - наибольшее горизонтальное смещение надрессорной балки тележки из центрального положения в одну сторону, мм;

q + щ = 31 мм - суммарное отклонение кузова четырехосного вагона на роликовых подшипниках за счет смещения буксового узла и надрессорной балки тележки;

к1 = =2,14 мм - дополнительное смещение тележечного вагона в кривой расчетного радиуса R, R = 200 м для габаритов Т, 1-Т, Тпр, Тц и верхней части габарита 1-ВМ;

2lт - база тележки;

1000 - переводной коэффициент (переводит метры в миллиметры);

к2 = =2,5 мм - переводной коэффициент, зависящий от расчетного радиуса кривой;

к3 = = 180 мм - льготное уширение габарита приближения строений в кривой R = 200 м;

2lр = 17 м - база расчетного двухосного вагона с длиной рамы 24 м, у которого выносы в кривой консолей и средней части одинаковы, т.е. для габаритов Т, 1-Т, Тпр, Тц и верхней части габарита 1-ВМ к3 = 180;

к = 0 - допускаемый выход частей вагонов, проектируемых по габаритам 0-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ и нижней части габарита 1-ВМ;

б, в - дополнительные ограничения для вагонов длиной более 29,6 м (для обычных вагонов б = в =0);

2l - база вагона, м;

n - расстояние от рассматриваемого сечения вагона до ближайшего шкворня тележки, м.

При расчете ограничения Ев находят максимальное смещение. Которое будет посередине базы вагона, то есть следует вместо n подставлять 2l / 2.

При определение максимального смещения консольной части в формулу (3.4) вместо n подставляем nк.

Введением в формулу (3.4) множителя учитывается наиболее неблагоприятное для консольных частей расположение вагона в кривой, когда колеса одной тележки прижаты гребнями к наружному рельсу, а колеса другой тележки - к внутреннему рельсу, т.е. рассматривается положение наибольшего перекоса.

Для кривого участка пути:

Sк=1535 мм,

Ео = 0,5(1535 - 1489) + 31 +(2,14-180)=58+-177,86 мм;

Eв = 0,5(1535 - 1489)+31+2,5(11,19-5,595)5,595+2,14-180=58+-99,6 мм;

Ен = (0,5(1543-1489) + 31)(11,19+22,293)/11,19+ [2,5(11,19+2,293)2,293-2,14-180]=81,78+-104,85 мм.

При расчетах ограничений Ео, Ев, Ен по формулам (3.2) - (3.4) для габаритов Т, Тпр, 1-Т, Тц и 1-ВМ (в верхней зоне) суммы в квадратных скобках оказались отрицательными, что свидетельствует о недоиспользовании льготного уширения габарита приближения строения в кривых. Поэтому при первом расчете отрицательные значения не учитываются, но записываются в скобках, а затем производится процесс вписывания в прямой участок пути, т.е. определяются ограничения Ео, Ев, Ен при ширине колеи 1520+8 мм по формулам:

Ео = 0,5(Sк - dг), (3.5)

Ео =0,5(1528-1489)=19,5 мм.

Ев = 0,5(Sк - dг) + q + щ, (3.6)

Ев =0,5(1528-1489)+31=50,5 мм.

Ен=(0,5(Sк - dг) + q + щ), (3.7)

Ен=(0,5(1528-1489)+31)(11,19 +22,293)/11,19=71,205 мм.

Полученные значения новых ограничений сравнивают с ранее рассчитанными в тех же сечениях, при этом их разность (Екр - Епр) не должна превышать по абсолютной величине отрицательных значений в скобках.

Еокр-Еопр=58-19,5=38,5|-177,86|,

Евкр-Евпр=58-50,5=7,5|-99,6|,

Енкр-Енпр=81,78-71,205=10,575|-104,85|.

Применение такого уточнения позволяет увеличить ширину вагона между пятниковыми сечениями на 15 мм, а в консольных частях - на 15, поскольку ширина прямой колеи на 15 мм меньше ширины колеи расчетного радиуса.

Поскольку для разных поперечных сечений вписываемого в габарит вагона ограничения полуширины Ео, Ев и Ен имеют разные значения, ширина строительного очертания вагона также получается различной.

Для удобства постройки и эксплуатации кузова вагонов обычно имеют плоские стены, поэтому ширину строительного очертания вагонов устанавливают по наименьшему значению ограничения, т. е. по наименьшему поперечному сечению.

Для выяснения возможности лучшего использования габарита построим горизонтальную габаритную рамку с указанием значений ограничений для различных сечений (рис.3.1).

Рисунок 3.1 - Горизонтальная габаритная рамка

Получив значения Е для прямых участков пути и подставив их в формулу (3.1), получаем:

2Во=2(1775-19,5)=3511мм;

2Вв=2(1775-50,5)=3449 мм;

2Вн=2(1775-71,205)=3407,59 мм.



3.2 Установление вертикальных размеров строительного очертания вагона

Наибольшая высота строительного очертания проектируемого вагона, которую он может иметь в ненагруженном состоянии, определяется верхней линией габарита подвижного состава или исходя из других особых условий эксплуатации вагонов (высота загрузочных эстакад, размеры вагоноопрокидывателей и т.п.).

Наименьшие допускаемые вертикальные строительные размеры по низу (с высоты 1370 мм) получаются путем увеличения соответствующих вертикальных размеров габарита подвижного состава на значение возможного в эксплуатации статического параллельного понижения вследствие максимально нормируемого износа ходовых частей, а для обрессоренных деталей - и вследствие неравномерной осадки рессорного подвешивания.

Для этой цели вертикальные размеры габаритных линий, ограничивающих необрессоренные части, увеличивают на значение нормируемых износов ходовых частей (уменьшение толщины обода, опорной поверхности корпуса и буксы и т.п.); линий, ограничивающих обрессоренные части кузова, - на значение вышеуказанных износов и статического прогиба (осадки) рессорного подвешивания, зависящих от массы кузова и полезной нагрузки вагона.

Значения возможных понижений элементов четырехосных вагонов на роликовых подшипниках, мм, можно принимать следующие: букса - 53; рама тележки - 55; кузов вагона - 110.

Построим вертикальную габаритную рамку вагона.



Рисунок 3.2 - Вертикальная габаритная рамка

3.3 Определение размеров проектного очертания вагона

Номинальные конструктивные размеры вагона получаются путем уменьшения размеров строительного очертания на размер технологических отклонений, допускаемых при постройке вагона. Например, наибольшая высота проектного очертания вагона получается путем уменьшения высоты строительного очертания на плюсовой допуск высоты автосцепки и допускаемого при постройке вагона увеличения высоты кузова.

Все отклонения по высоте в элементах колесных пар, рессорного подвешивания и тележек в целом, а также в пятниках кузова и раме вагона охватываются установленным допуском по высоте автосцепки (обычно +/- 20 мм).

Определение предельно допускаемых положений нижней части кузова и деталей тележки должно производиться путем распределения между отдельными элементами конструкции тележки общего минусового допуска по высоте автосцепки (-20).

При определении горизонтальных номинальных конструктивных размеров вагонов следует учитывать симметричное относительно оси пути расположение их деталей, а, следовательно, и симметричное расположение полей допусков. Для основных типов существующих грузовых вагонов сварной конструкции можно принимать итоговое технологическое отклонение на высоте верхней обвязки равным 20 мм, а на высоте рамы вагона - 10 мм. Для наглядного представления наибольших допускаемых проектных размеров кузова вагона также строятся габаритные рамки - горизонтальная и вертикальная.



4. Нагрузки, действующие на вагон и его части

При расчете на прочность вагонов и их частей (согласно нормам МПС) должны учитываться: вертикальная и боковая нагрузки; продольные силы; усилия, связанные с торможением; усилия распора сыпучих и навалочных грузов; усилия, прикладываемые к вагону при ремонте. Все перечисленные нагрузки при расчете условно принимаются действующими статически.

При выполнении данного раздела курсового проекта необходимо определить:

вертикальные статические и динамические нагрузки, действующие на подпятник надрессорной балки, рессорный комплект и боковую раму тележки;

боковые нагрузки, действующие на подпятник тележки;

дополнительные вертикальные и продольные нагрузки, действующие на переднюю по ходу движения тележку и обусловленные силами инерции.

4.1 Вертикальные нагрузки, действующие на детали тележки

4.1.1 Вертикальная статическая нагрузка

Вертикальная статическая нагрузка на любую деталь вагона при расчете на прочность рассчитывается с учетом ее собственного веса:

Рст = (Рбр - Рч)/m, (4.1)

где Рбр - сила тяжести вагона брутто, тс;

Рч - масса частей и укрепленного на них оборудования, через которые передается нагрузка от рассчитываемой детали вагона на рельсы, тс;

m - число одноименных, параллельно загруженных деталей.

Исходя из этого, вертикальная статическая нагрузка на подпятник тележки определяется по формуле:

(4,2)

- масса колесной пары;

Вертикальная статическая нагрузка на рессорный комплект определяется по формуле:

на боковую раму тележки:

4.1.2 Вертикальная динамическая нагрузка

Вертикальная динамическая нагрузка Рд возникает при движении вагона по рельсовому пути вследствие ускорения массы вагона и груза при колебаниях на рессорах и прохождении неровностей пути. Она определяется умножением статической нагрузки на коэффициент вертикальной динамики кд.в.:



Рд = Рсткд.в. (4.5)

Расчетный коэффициент вертикальной динамики рассчитывается по формуле:

кд.в. = , (4.6)

где - среднее значение коэффициента вертикальной динамики;

в - параметр распределения, для деталей грузовых вагонов при существующих условиях эксплуатации в = 1,13;

Р(кд.в.) - доверительная вероятность, при расчете на прочность по допускаемым напряжениям рекомендуется принимать Р(кд.в.) = 0,97.

После подстановки в (3.6) значений в и Р(кд.в.), получаем следующее выражение для коэффициента вертикальной динамики для грузовых вагонов:

кд.в. = =1,87,

кд.в. =1,87 (4.7)

Среднее значение определяется по формулам:

при v ? 15 м/с (? 55 км/ч)

= а + 3,6в10- 4 (V-15)/fст, (4.8)

где а =0,05 - коэффициент, принимается равным для элементов кузова 0,05; для обрессоренных частей тележки = 0,1; для необрессоренных частей тележки (за исключением колесных пар) =0,15.

в = =1- коэффициент, учитывающий осность тележки;

тт - число осей в тележке;

v=120 - скорость движения вагона, км/ч;

fст - статический прогиб рессорного подвешивания, м.

Статический прогиб рессорного подвешивания рассчитывается конкретно для проектируемого вагона исходя из нагрузки, действующей на рессорный комплект, и жесткости рессорного комплекта Ср.к.:

fст = Рст(р.к.)/Ср.к. (4.9)

Исходя из того, что в каждом рессорном комплекте двухосной тележки устанавливается по семь двухрядных пружин, работающих параллельно, суммарная жесткость рессорного комплекта:

Ср.к. = 7(Сн + Св) (4.10)

где Сн, Св - жесткость наружной и внутренней пружин соответственно.

Жесткость любой пружины с круглым сечением прутка можно рассчитать по формуле:

С = Gd4/8Д3np (4.11)

где G - модуль сдвига, равный 8104 Мпа;

d - диаметр прутка пружины, м;

Д - средний диаметр пружины, м;

nр- число рабочих витков.

Для наружной пружины:

dн=0,027 м,

Дн =0,173 м,

nр.н=4,2.

Сн=81040,0274/80,17334,2=0,25 МПам

Для внутренней пружины:

dв=0,019 м;

Дв =0,119 м;

nр.в =6,5.

Св=81040,0194/80,11936,5=0,12 МПам.

Суммарная жесткость рессорного комплекта:

Ср.к. = 7(0,25+0,12)=2,59 МПам.

fст=22,302/2,59•100=0,086м.

Вертикальные динамические нагрузки на обрессоренные части тележки:

а=0,1:

=0,1+3,610-4 (33,3-15)/ 0,086=0,177,

Вертикальные динамические нагрузки на необрессоренные части тележки:

а=0,15:

=0,15+3,610-4 (33,3-15)/ 0,086=0,227.

4.1.3 Суммарная вертикальная нагрузка

Эта нагрузка считается действующей статически на любую деталь тележки и складывается из вертикальной статической и вертикальной динамической нагрузок:

(4.12)

На подпятник:

Рверт.= 43,954(1+0,177)=51,734 тс.

На рессорный комплект:

Рверт.= 22,302(1+0,227)=27,365 тс.

На боковую раму:

Рверт.= 22,48(1+0,227)=27,583 тс.

4.2 Боковая нагрузка

Боковая горизонтальная нагрузка, действующая на подпятник тележки и возникающая при движении вагона по кривому участку пути, складывается из центробежной силы и давления ветра на кузов:

Н = 0,5(Нц+Нв), (4.13)

где Нц - центробежная сила, направленная наружу кузова вагона;

Нв - равнодействующая сила давления ветра на кузов вагона.

Центробежная сила, действующая на все части вагона, определяется с учетом возвышения наружного рельса над внутренним по формуле:

Ну = (Рбр-Рч)(v2/gR - hp/2S), (4.14)

где v - скорость движения, м/с;

g - ускорение силы тяжести, м/с2;

R - радиус кривой, м;

hp - возвышение наружного рельса над внутренним;

2S - расстояние между кругами катания колесной пары, м.

Обозначив

зц = (v2/gR - hp/2S) (4.15)

и подставив в формулу (4.14), получим:

Нц = зц(р0 m0 - 2Рч). (4.16)

Если в технических требованиях не оговорены особые условия движения в кривых, то зц = 0,075 для грузовых вагонов.

Нц=0,075(98-9,64) = 6,627 тс.

Равнодействующая сила давления ветра Нв определяется по формуле:

Нв = щF, (4.17)

где щ - удельное сопротивление ветра, перпендикулярное боковой стене вагона, принимаемое согласно нормам расчета на прочность равным 50 кгс/м2;

F - площадь боковой проекции кузова, м2.

F = 2LpHmax(k), (4.18)

где Hmax(k) - максимальная высота кузова с учетом рамы вагона, Hmax(k)=3,407 м.

F =13,646 3,407 = 41,58 м2,

Нв =0,0541,58=2,079 тс.

Боковая горизонтальная нагрузка:

Н = 0,5(6,627+2,079)=4,353 тс.

4.3 Нагрузки, обусловленные силами инерции

Силы инерции, возникающие при торможении, вызывают дополнительное загружение подпятников обеих тележек в горизонтальной плоскости и вертикальное загружение передней по ходу движения тележки и такую же разгрузку задней.

Инерционная нагрузка при торможении приложена в центре тяжести кузова вагона и определяется по формуле:

Тк= (Рк/g)j, (4.19)

где Рк = р0 m0 - 2Рт =98 - 9,64 = 88,36 тс- масса кузова с грузом;

Рт - масса тележки, Рт=4,82 т;

g - ускорение силы тяжести, м/с2;

j - замедление при торможении, м/с2.

Силы инерции при торможении в случае отсутствия соударений вагонов в поезде определяется исходя из замедления, равного 0,2g, а при соударениях - 3,0g. Замедление, равное 0,2g, соответствует торможению при высоких скоростях движения, а замедление в моменты соударения вагонов, равное 3,0g, возникает при низких скоростях.

В случае отсутствия соударения вагонов:

j=0,2g Тк=(88,36/g)0,2g=17,672тс.

В случае соударения вагонов:

j=3g Тк=(88,36/g)3g=265,08 тс.

Силы инерции кузова вызывают горизонтальные (вдоль оси вагона) нагрузки на подпятник каждой тележки, определяемые по формуле:

Тп = Тк/2, (4.20)

В случае отсутствия соударения вагонов:

Тп=17,672/2=8,836 тс.

В случае соударения вагонов:

Тп=265,08/2=132,54 тс.

Дополнительное вертикальное загружение передней по ходу движения тележки можно определить по следующей зависимости:



Рп=[Тк(hц - hп)]/2l, (4.21)

где hц - расстояние от центра тяжести вагона до центров осей колесных пар, для порожнего вагона hц=0,898 м, для груженого вагона hц=1,635 м;

hп - высота опорной поверхности пятника от горизонтальной плоскости, проходящей через центры осей;

2l - база проектируемого вагона.

Значение hп рассчитывается по формуле:

hп = hпп - (Др/2) - fст, (4.22)

где hпп =0,83 м - расстояние от уровня верха головок рельсов до подпятника тележки;

Др =0,957 м - расчетный диаметр колеса;

fст = 0,086 м - статический прогиб рессорного подвешивания.

hп = 0,83-0,957/2-0,086=0,2655 м.

Дополнительное вертикальное загружение передней по ходу движения тележки при замедлении в случае порожнего движения вагонов:

Рп=[17,672(0,898-0,2655)]/9,65= 1,158 тс.

Дополнительное вертикальное загружение передней по ходу движения тележки при замедлении в случае груженого движения вагонов:

Рп =[17,672(1,635-0,2655)]/9,65=2,51 тс.

Дополнительное вертикальное загружение передней по ходу движения тележки при соударении в случае порожнего движения вагонов:

Рп=[265,08(0,898-0,2655)]/9,65=17,37 тс.

Дополнительное вертикальное загружение передней по ходу движения тележки при соударении в случае груженого движения вагонов:

Рп =[265,08(1,635-0,2655)]/9,65= 37,62 тс.



5. Расчет оси колесной пары по условному методу (метод ЦНИИ-НИБ)

Сложные условия загружения оси, недостаточная изученность напряженного состояния и характеристик материала, а также желание облегчить решение данной задачи обусловили применения упрощенного метода расчета оси.

В данном методе принято нагружение оси обозначать двумя силами: вертикальной 1,25Ро и горизонтальной Н = 0,5Ро, где 1,25 - коэффициент, учитывающий действие вертикальной динамической нагрузки, а Ро - статическая нагрузка на ось от массы вагона брутто, вычисляется по формуле:

Ро = (роmо - mоqк.п.)/mо = ро - qк.п., (5.1)

где ро - допускаемая осевая нагрузка, тс;

qк.п. - сила тяжести колесной пары без буксовых узлов; для стандартных колесных пар qк.п. = 1,2 тс.

Ро=24,5-1,2=23,3 тс.

Остальные нагрузки, действующие на колесную пару, учитываются выбором соответствующих допускаемых напряжений.

Расчетные силы считаются приложенными в центре тяжести О вагона (рис.5.1).



Рисунок 5.1 - Схема действия сил при условном методе расчета оси колесной пары

Расстояние h от оси колесной пары до точки О принимают равным 1,45м. Расчетные силы вызывают загружение:

левой шейки оси -

Р1=(1,25+h/2в2)Ро/2, (5.2)

Р1= (1,25+1,45/2,036)23,3/2=22,8594 тс,

правой шейки оси -

Р2=(1,25-h/2в2)Ро/2, (5.3)

Р2= (1,25-1,45/2,036) 23,3/2=6,2656 тс.

Эти силы считаются приложенными к серединам шеек оси, расстояние между которыми 2в2 = 2,036 м.

Вертикальные опорные реакции для левого и правого колес вычисляются без учета массы колесной пары и будут соответственно равны:



N1 = (1,25+(h+r)/2S)Ро/2, (5.4)

N2 = (1,25-(h+r)/2S)Ро/2, (5.5)

где r - радиус колеса при номинальном диаметре колеса 950 мм; r = 0,475 м;

2S - расстояние между кругами катания колес, 2S = 1,58 м.

N1 = (1,25+(1,45+0,475)/1,58)23,3 /2 = 28,7563 тс,

N2 = (1,25-(1,45+0,475)/1,58)23,3/2 = 0,3687 тс.

В связи с тем, что горизонтальная нагрузка не изменяет суммарные вертикальные нагрузки на шейки оси и опорные реакции, а только их перераспределяет, правильность их вычисления можно проверить по выражению:

1,25Ро = Р1+Р2 = N1+N2, (5.6)

1,2523,3=22,8594 +6,2656 =28,7563 +0,3687

29,125=29,125=29,125-проверка выполняется (верно).

Под действием этих нагрузок в оси возникают изгибающие моменты, значения которых вычисляются в трех расчетных сечениях: I-I - у внутренней галтели шейки (М1); II-II - в плоскости круга катания (М2); III-III - в середине оси (М3).

В соответствии со схемой нагружения (см. рис.5.1) изгибающие моменты в расчетных сечениях определяются по формулам:

В сечении 1-1:

М1 = Р1l1/2= , (5.7)

В сечении 2-2:



М2 = Р1l1+Hr =, (5.8)

В сечении 3-3:

М3 = Р1 в2+ Hr - N1S=, (5.9)

где l1 - длина шейки оси типа РУ-1, РУ-1Ш или РУ усиленной;

l2 - расстояние от середины шейки до плоскости круга катания.

М1 = тсм.

М2= тсм.

М3 =тсм.

Из условия прочности на изгиб: Мi = wi[уi], где wi = рdi3/32 и i = 1,2,3, определяются наименьшие допускаемые диаметры оси:

для шейки - d1= , (5.10)

для подступичной части - d2=, (5.11)

для средней части - d3= , (5.12)

где [у1], [у2], [у3] - допускаемые напряжения для шейки, подступичной части и средней части оси,

[у1]=140 МПа, [у2]=165 МПа, [у3]=155 МПа.

d1= =114 мм,

d2==188 мм,

d3= =159 мм.

К рассчитанным диаметрам для обеспечения возможной обточки при износе добавляют: для шейки оси - 2 мм; для подступичной и средней частей - 6 мм. По полученным диаметрам выбирается ось колесной пары из числа предусмотренных стандартом.

d1=114+2=116 мм; d2=188+6=194 мм; d3=159+6=165 мм.

Выбираем ось типа РУ1 с размерами:

d1=130 мм; d2=194 мм; d3=165 мм.



6. Устойчивость движения колесной пары по рельсовой колее

При движении по рельсовой колее, возможно, такое положение колесной пары, при котором одно из колес набегает гребнем на рельс. Плоскость круга катания колеса при этом составляет некоторый угол цн, называемый углом набегания. При этом колесо стремится взойти на рельс по плоскости скольжения, касательной наружной поверхности гребня и составляющей угол в с горизонтальной осью (угол наклона гребня).

Вползание гребня на головку рельса предотвращается, если проекции всех вертикальных сил на плоскость скольжения больше проекции горизонтальных сил, причем считается, что эти силы приложены к точке контакта колеса и головки рельса. Устойчивость колеса против схода с рельса является одним из главных условий безопасности движения вагона.

Согласно нормам для оценки устойчивости колеса против схода с рельсов подсчитывается коэффициент устойчивости кус и требуется соблюдение следующего условия:

вагон деталь нагрузка ось

кус = е?[кус], (6.1)

где [кус]= 1,5 - допускаемое значение коэффициента устойчивости для грузовых вагонов;

е - коэффициент, определяемый по формуле:

е=(tg в -0,25)/(1+0,25tg в), (6.2)

е=(tg60o-0,25)/(1+0,25tg60о)=1,034,

в - угол наклона образующей гребня колеса к горизонтальной оси, который у стандартного колеса равен 60є, у колеса, разработанного ВНИИЖТом, - 65є, у колеса, разработанного ОСЖД специально для отечественных железных дорог, - 70є (кроме перечисленных колес могут применяться и другие колеса со специальными профилями);

м - коэффициент трения скольжения ненабегающего колеса о головку рельса, м =0,25;

Рв1 - вертикальная составляющая силы реакции набегающего колеса на головку рельса, тс;

Рв2 - вертикальная составляющая силы реакции ненабегающего колеса на головку рельса, тс;

Рб - горизонтальная составляющая силы реакции набегающего колеса на головку рельса, действующая одновременно с Рв1 и Рв2, тс.

Усилия Рв1, Рв2, Рб определяются по формулам:

Рв1 = 2Рст(m)[(1-кд.в1)-кд.б.к]+Hp+qк.п.; (6.3)

Рв2 = 2Рст(m)[(1-кд.в1)-кд.б.к]+Hp+qк.п.; (6.4)

Рб = Нр + мРв2, (6.5)

где Рст(m) - вертикальная статическая нагрузка, действующая на шейку оси, тс;

кд.в1 = 0,75 - коэффициент вертикальной динамики, значение рассчитывается по формуле (4.8) для обрессоренных частей тележки, т.е. при

а = 0,1; = 0,177;

кд.б.к = 0,25 - среднее значение коэффициента динамики боковой качки;

Нр = ро - среднее значение рамной силы, вычисляемое при среднем значении коэффициента горизонтальной динамики

где ро - осевая нагрузка, тс;

qк.п. - сила тяжести колесной пары с буксами;

= вб(5+v) - среднее значение коэффициента горизонтальной динамики колесной пары;

где в - коэффициент осности тележки;

б - коэффициент, зависящий от гибкости рессорного подвешивания, для грузовых вагонов б = 0,003;

v - скорость движения вагона, м/с; v=33,33 м/с;

=(5+33,3)0,0031=0,1149,

2в2 - расстояние между серединами шеек оси колесной пары;

а1, а2 - расстояние от точек контакта колес до середин шеек оси, а1 = 0,217 м, а2 = 0,264 м;

r - радиус колеса;

l - расстояние между точками контакта колес с рельсами, принимаемое равным 1,555 м.

Заменив в формулах (6.3) и (6.4) 2Рст(m) = ро - qк.п., а также подставив числовые значения линейных величин и номинальный радиус колеса r=0,475м, после преобразования получаем следующие упрощенные выражения для Рв1 и Рв2:

Рв1 = ро(0,485-0,528 + 0,289 )+0,528 qк.п., (6.6)

Рв1=24,5(0,485-0,5280,259+0,2890,115)+0,5280,2591,4=9,54 тс.

Рв2=ро(0,515 - 0,222 - 0,289 )+0,222 qк.п., (6.7)

Рв2 = 24,5(0,515-0,2220,259-0,2890,115)+0,2220,2591,4= 10,48 тс,

Нр =24,50,115=2,818 тс,

Рб =2,818+ 0,2510,48 =5,438 тс,

кус=1,0349,54 /5,438=1,814 > [кус].

7. Расчет роликовых подшипников на прочность, долговечность и надежность

Подшипники как ответственный элемент конструкции вагона должны иметь высокую надежность, поэтому весь расчет подшипникового узла будет сводиться к определению долговечности и вероятности безотказной работы.

Под долговечностью работы подшипника подразумевается максимально возможное количество оборотов, которое выполнят тела качения вокруг оси подшипника до момента появления признаков усталости материала на кольцах или непосредственно на телах качения с сопутствующими изменениями в его работе (шум, избыточный перегрев и, в конечном счете, разрушение изделия).

Рисунок 7.1 - Расчетная схема нагружения роликового подшипника буксы вагона

Расчет на долговечность:

Долговечность в млн. км. пробега вагона:

(7.1)

где С - статическая грузоподъемность подшипников, Н;

Рэ - эквивалентная сила действия на один подшипник, Н;

- диаметр по кругу катания среднеизношенного колеса, м;



, (7.2)

Где - фактическая длина контакта ролика с кольцом;

число роликов в подшипнике, Z=15;

диаметр ролика, 32 мм.

Эквивалентная сила, действующая на один подшипник:

(7.3)

где - статическая сила, применяемая к одному подшипнику, Н;

=1,3 - коэффициент учитывающий, динамически воздействующие нагрузки при движении вагона.

Статическая сила, применяемая к одному подшипнику:

(7.4)

где - сила тяжести груза, Н;

Т - сила тяжести вагона;

- сила тяжести колесных пар, Н;

число колесных пар в вагоне;

i-число подшипников в одной буксе, воспринимаемых радиальные нагрузки, .

Сила тяжести груза:

(7.5)

где грузоподъемность вагона;

коэффициент грузоподъемности вагона: для крытого-0,64; для полувагона- 0,87; для платформы- 0,53; для цистерны- 0,84.

Число оборотов, сделанных подшипником:

(7.6)

Расчет на контактную прочность:

Контактные напряжения материала наибольшая нагрузка ролика и колец:

(7.8)

где - наибольшая нагрузка на ролик, Н;

- фактическая длина контакта ролика с кольцом, м;

диаметр ролика, м;

- радиус дорожек качения колец подшипника, м.

Знак «+» принимается при расчете направления в контакте ролика с внутренним кольцом, а «-» с наружным кольца, ;

(7.9)



Полученные контактные напряжения не должны превышать допускаемые:

МПа - допускаемые контактные напряжения.

2299,89Па3500Па

1943,76Па3500Па

Величины квантили:

(7.10)

где коэффициент запаса по средним нагрузкам;

коэффициент вибрации динамической грузоподъемности и радиальной нагрузки.

Коэффициент запаса по средним нагрузкам:

(7.11)

где среднее значение динамической грузоподъемности, Н;

радиальная нагрузка на подшипник.

Радиальная нагрузка на подшипник:

(7.12)

где повт-ть нагрузок;

=1,3 - коэффициент, учитывающий динамичность приложенной радиальной нагрузки;

- статическая вертикальная сила приходящееся на буксовый узел вагонов груженном и порожнем состоянии.

(7.13)

(7.14)



8. Технико-экономическое обоснование эффективности разработанной конструкции вагона

При технико-экономических расчетах вагоны, пригодные для перевозки одних и тех же грузов, сравнивают между собой по следующим основным показателям:

удельному объему (удельной площади);

использованию грузоподъемности;

коэффициенту тары;

нагрузке от оси на рельсы и на 1 пог. м пути;

себестоимость перевозки грузов;

эксплуатационным и капитальным затратам;

натуральным показателям: затратам металла при постройке и топлива, электроэнергии (при эксплуатации вагонов).

В результате расчетов можно определить срок окупаемости и решить вопрос о целесообразности внедрения разработанной конструкции вагона.

Основные показатели старой конструкции вагона:

Рс=68 тс, л=0,64, Тс=27 тс, =0,16.

Основные показатели новой конструкции вагона:

Рн = 70,67 тс, л =0,75, Тн = 27,33 тс, =0,16.

Основным критерием при решении вопроса о целесообразности внедрения предлагаемой конструкции вагона является срок окупаемости дополнительных капитальных вложений в его производство. Как известно, нормативный срок окупаемости для транспорта составляет 8 лет.

Срок окупаемости разработанной конструкции вагона подсчитывается по формуле:



Ток=, (8.1)

где ?Кн - ?Кс - дополнительные капитальные вложения при внедрении новых конструкций вагонов;

?Кн, ?Кс - общие капитальные затраты на приобретение новых и серийных вагонов, потребных для выполнения расчетного грузооборота;

?Сс - ?Сн - экономия эксплуатационных расходов при выполнении вагонами новой конструкции расчетного грузооборота;

?Сс, ?Сн - общие годовые эксплуатационные расходы для новой и существующей конструкций вагона.

Годовые эксплуатационные расходы для новых или серийных конструкций вагонов при выполнении ими расчетного грузооборота:

?Сн(с) = сr?N, (8.2)

где сr - годовые эксплуатационные затраты при перевозке грузов в одном вагоне;

?N - количество вагонов, необходимых для выполнения расчетного грузооборота.

Годовые эксплуатационные затраты для одного вагона:

сг = cоmкг, (8.3)

где со - общая себестоимость перевозки грузов в данном вагоне;

mкr - годовая производительность в тонно - километрах нетто, выполняемая одним вагоном.

Возможная годовая производительность одного вагона рассчитывается по формуле:



mкг= (8.4)

где Р - грузоподъемность вагона, тс;

S - среднесуточный пробег вагона, для расчетов принимается равным 250км;

365 - число дней в году;

nнр - число нерабочих дней вагона, принимаемое равным 55;

л - коэффициент использования грузоподъемности вагона;

- коэффициент порожнего пробега, равный отношению порожнего пробега вагона данного типа к груженому.

Количество вагонов, необходимых для выполнения расчетного грузооборота, определяется по выражению:

?N=, (8.5)

где Рl - расчетный годовой грузооборот, принимаемый равным 100 млрд ткм нетто.

С точки зрения эффективности разработанной конструкции необходимо, чтобы выполнялось следующее условие:

?Сс ? ?Сн, (8.6)

Для расчета годовых эксплуатационных расходов при выполнении расчетного грузооборота существующей конструкции вагона и разработанной необходимо определить значение себестоимости перевозки грузов со в сравниваемых вариантах вагонов. В конечном итоге необходимо найти разность эксплуатационных затрат, поэтому производится расчет только расходов, зависящих от размеров движения, а постоянные расходы не учитываются.