1.Вибір основних параметрів вагона
Визначення оптимальних параметрівконструкції вагона являється першим етапом при проектуванні, тому самевірний вибір основних геометричних параметрів вагона впливає на основніпоказники: тару вагона, об’єм кузова, вантажопідйомність, середнє статичненавантаження, середнє динамічне навантаження, середнє погонне навантаження,середній навантажувальний коефіцієнт тари та середнєфактичне навантаження на вісь брутто.
1.1 Розрахункова схема вагона і визначенняпараметрів вагона по довжині
Керуючись досвідом конструкторів, при проектуваннівагон-цистерн вибираю схему вагона у якого відстань по горизонталі між полюсомднища і торцем кінцевої балки рами ∆3 = 0,015м; схематичнамодель проектного вагону зображена на рисунку 1.1
/>
Рисунок 1.1 – Розрахункова схемавагон-цистерни
Довжина вагон-цистерни по осям зчеплення автозчепіввизначається за наступною формулою:
/>, (1.1)
де /> — норма осьового навантаження; /> — кількістьосей; /> — норма погонного навантаження.
/>
Довжина рами вагон-цистерни розраховується заформулою:
/>, (1.2)
де /> — виліт автозчепу.
/>
Мінімально допустима внутрішня довжина котлавагон-цистерни розраховується за наступною формулою:
/>, (1.3)
де /> - відстань між зовнішньою лінієюгоризонтальної проекції торцевої стіни і торцем кінцевої балки рами.
Мінімально можливий виліт днища визначається з виразу:
/>, (1.4)
де /> — ширина габариту;
/> - максимально можливе огородженняна півширини кузова;
/> - коефіцієнт вильоту днища.
/>
максимально допустима база вагон-цистерни будеобчислюватись за формулою:
/>, (1.5)
де /> — номінальний діаметр колеса завершинами гребнів;
/> — база двохосьового візка;
/> - база чотиривісного візка;
/> — відстань по горизонталі міжгребнем зовнішнього колеса і торцем кінцевої балки рами.
/>
Мінімальна допустима база вагон-цистерни визначаєтьсяз наступного виразу:
/>, (1.6)
/>
Для визначення оптимального значення бази /> тавідповідного їй оптимального значення обмеження радіусу циліндричної частиникотла вагон-цистерни Еопт використовуємо програму GABARIT, в якій виконується розрахунок для десяти груп зрівним інтервалом розрахункового діапазону в одинадцять значень, при умові поступовогозбільшення мінімальної бази проектного вагона 2lminна певний крок. В таблиці 1.1 наведені вхідні дані для розрахунку на ПК.
Результат розрахунку, графіки визначення оптимальногозначення баз вагона та оптимального обмеження Еопт наведенийв додатку А.
Радіус циліндричної частини котла визначається заформулою:
/>, (1.7)
де В0– напівширина габариту;
Еопт — оптимальне значення обмеження радіусу циліндричноїчастини котла;
/> - технологічний допуск на ширинукузова;
/> - висота виступаючих частинвідносно внутрішньої лінії горизонтальної прекції обшивки в і-му поперечномуперетині.
Результат розрахунку основних параметрів вагону зводжудо таблиці 1.2
Таблиця 1.1 – Вхідні дані для розрахунку в програмі GABARITПоказник Величина або найменування Розмірність
Мінімальна допустима база вагон-цистерни /> 3,66 м
Максимально допустима база вагон-цистерни /> 4,024 м
Довжина рами вагон-цистерни /> 7,02 м Габарит 1-Т -
База двохосьового візка /> 1,85 м
База чотиривісного візка /> 3,2 м
Горизонтальне поперечне зміщення кузова відносно колісної пари /> 3+28=31 мм
Таблиця 1.2 – Результати розрахунку параметрів вагон-цистерни
Параметр,
розмірність Варіант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
/>, м
3,66 3,66 3,66 3,66 3,66 3,66 3,66 3,66 3,66 3,66
/>, м
4,024
5,024
6,024
7,024
8,024
9,024
10,024
11,024
12,024
13,024
/>, м
4,024
5,024
6,024
7,024
8,024
9,024
10,024
11,024
12,024
13,024
/>, м
6,46
7,46
8,46
9,46
10,46
11,46
12,46
13,46
14,46
15,46
/>, м
7,02
8,02
9,02
10,02
11,02
12,02
13,02
14,02
15,02
16,02
/>, м
8,24 9,24 10,24 11,24 12,24 13,24 14,24 15,24 16,24 17,24
/>, мм
1560
1570
1570
1573
1580
1581
1583
1584
1590
1590 Еопт, мм 89,93 82,28 72,16 73,51 70,76 68,63 66,92 65,52 64,35 63,37
1.2 Визначення внутрішньої ширини вагона
Радіус циліндричної частини котла (показаний на рисунку 2.1) визначається за формулою:
/>, (1.7)
де В0– напівширина габариту;
Еопт — оптимальне значення обмеження радіусу циліндричної частиникотла;
/> - технологічний допуск на ширинукузова;
/> - висота виступаючих частинвідносно внутрішньої лінії горизонтальної проекції обшивки в і-му поперечномуперетині.
/>
Рисунок 1.2
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Величини обмежень />,/> та /> (поперечних зміщеньвагон-цистерни при вписуванні в криву розрахункового радіуса з урахуваннямнайбільш допустимих розбігів і зношень деталей його ходових частин),визначаються по формулам
— обмеження /> направляючих поперечних перетиніввагон-цистерни:
/>, (1.8)
внутрішнєобмеження /> поперечнихперетинів вагон-цистерни, розташованих між його направляючими перетинами:
/>, (1.9)
зовнішнє обмеження /> поперечних перетиніввагон-цистерни, розташованих зовні його направляючих перетинів:
/>, (1.10)
де /> - максимальна ширина колії вкривій розрахункового радіусу;
/> — мінімальна відстань зовнішнімигранями гранично зношених гребнів коліс;
/> — горизонтальне поперечне зміщеннярами візка відносно колісної пари;
/> — горизонтальне поперечне зміщеннякотла відносно рами;
/> — відстань від розглянутогопоперечного перетину вагон-цистерни до його направляючого перетину;
/> — величина додаткового поперечногозміщення в кривих ділянках колії розрахункового радіусу візкового рухомогоскладу;
/> - коефіцієнт розмірності, щозалежить від величини розрахункового радіусу кривої;
/> - Величина, на яку допускаєтьсявихід рухомого складу, що проектується по габаритам Т, 1 – Т, Тц, Тпрта 1 – ВМ (в верхній частині за окреслення цих габаритів в кривихділянках колії />=250 м ;
/> - Величина, на яку дозволяєтьсявихід рухомого складу, що проектується по габаритам 0 – ВМ, 02– ВМ, 03 – ВМ та 1 – ВМ (в нижній частині) за обриси цих габаритів вкривих ділянках колії />=250 м
/> - Додаткові обмеження внутрішніхперетинів рухомого складу, що мають місце лише у значно подовженого рухомогоскладу, що визначаються з умови вписування в криву радіусу/>=150 м;
/> - Додаткові обмеженнязовнішніх перетинів рухомого складу, що мають місце лише у значно подовженогорухомого складу, що визначаються з умови вписування в криву радіусу />=150 м.
Значення коефіцієнтів />, />, />, />, що входять до формул (1.8),(1.9) та (1.10) потрібно приймати згідно табл. 1.3 :
Таблиця 1.3Габарит Точки габариту Значення коефіцієнтів
k, мм
k1, мм
k1, мм/м2
k3, мм Т, Тц, Тпр, 1-Т Усі точки
0,625 p2 2,5 180 1-ВМ 1-11 Інші точки 25
0,5 p2 2 0-ВМ 1-11 75 Інші точки 25 02-ВМ 1-4 75 Інші точки 25 03-ВМ 1-5 75 Інші точки 25
В табл. 1.3 за базу візка /> приймають:
у трьохосних візків — відстань між крайніми осями;
у рухомого складу з зчленованими візками
/>, (1.11)
де /> - база ходового візка;
/> - відстань між опорними точкамипершої, другої, третьої та /> — ої з’єднувальних балок.
/>мм
/>3,803*10-3мм
/>мм
Оскільки дані величин обмежень дорівнюють від’ємнимзначенням, то їх значення не враховуються, а величини обмежень розраховуються зумови вписування в габарит на прямій ділянці колії по наступним формулам:
/> (1.12)
/>мм
/> (1.13)
/>мм
де /> — максимальна ширина колії напрямій ділянці.
1.3 Обчислення основних геометричних параметріввагона
Розрахунок основних технічних параметріввагон-цистерни виконую після машинного обчислення на ПК програмою «РозрахунокТЕП вагонів» в середовищі Excel та визначення оптимального варіанту вагона, щопроектується. Результати розрахунку з графіком залежності основнихтехніко-економічних показників від напівдовжини циліндричної частини котлавагон-цистерни наведені в додатку Б.
До основних розрахункових технічних параметріввагон-цистерни належать:
Тара циліндричної частини котла:
/>, (1.14)
де /> — погонна маса хребтової балкирами; /> - усереднена товщина оболонкициліндра котла.
/>
Маса днища:
/>, (1.15)
/>, (1.16)
/>, (1.17)
/>, (1.18)
/>, (1.19)
/>, (1.20)
де /> - коефіцієнт вильоту днища.
/>/>
/>
/>
/>
/>
/>
Маса хребтової балки визначається наступним чином:
/>, (1.21)
де /> - погонна маса хребтової балкирами.
/>
Маса котла визначається як:
/>, (1.22)
/>
Тара вагон-цистерни обчислюється за формулою:
/>, (1.23)
де /> - маса уніфікованих елементіввагона;
/> - маса додаткових елементівкузова.
/>
Об’єм котла вагон-цистерни розраховується за формулою:
/> (1.24)
/>м3
Вантажопідйомність вагон-цистерни визначається заформулою:
/> (1.25)
/>
1.4 Визначенняосновних техніко-економічних параметрів вагона
Середнє статичне навантаження визначається заформулою:
/>, (1.26)
де /> - доля i-говантажу в загальному об’ємі перевезень.
Знаходимо статичне навантаження /> за наступною формулою:
/>, (1.27)
/>, (1.28)
де /> - коефіцієнт заповнення котлацистерни;
/> - Питомий об’єм i – го вантажу.
/>,/>/>
/>, />
Оскільки />, />,/>, />, />, то />, />, />, />, />.
/>/>
Середнє динамічне навантаження вираховується заформулою:
/>, (1.29)
де /> - дальність перевезень i – го вантажу.
/>
Середня дальність перевезення вантажу розраховуєтьсяза формулою:
/>, (1.30)
/>
Середня дальність вантажного рейсу становитиме:
/>, (1.31)
/>/>
Середнє погонне навантаження обчислюється за формулою:
/>, (1.32)
/>т/м
Середній навантажувальний коефіцієнт тарирозраховується за формулою:
/>, (1.33)
/>
Середнє фактичне навантаження на вісь бруттовизначається за формулою:
/>, (1.34)
/>
1.5 Аналізрезультатів обчислення основних техніко-економічних параметрів
Враховуючи результати розрахунку, графік залежностітехніко-економічних показників вагон-цистерни від напівдовжини циліндричноїчастини котла, уніфікацію деяких деталей обираю наступні параметривагон-цистерни та порівнюю їх з відповідними параметрами вагон прототипа, данідля порівняння зводжу до таблиці 1.4.
Таблиця 1.4Параметр, розмірність Вагон-прототип Проектний вагон Вантажопідйомність, т 68 61,45 Тара (маса), т 24,8 24,193 Навантаження — від осі на рейку, кН 229 229 — погонне, кН/м 75,66 75,66
Об’єм котла цистерни, м3 85,6 80,84 Довжина, мм — по осям зчеплення автозчепів 12020 12260 — по кінцевим балкам рами 11480 11400 База вагона, мм 7800 8820 Габарит 1-ВМ 1-Т Внутрішній діаметр котла цистерни, мм 3000 3000
2.Технічне описання конструкції вагона
2.1 Конструкціякузова і рами
Спроектованиймною вагон це — вагон-цистерна загального призначення для перевезення нафтопродуктів.Чотирьохвісна цистерна вантажопідємністю 66 тонн має котел з корисним об’ємом 76,2 м3 та загальним 77.57 м3. Внутрішній діаметр котла рівний 3000мм. Товщинаброньового листа складає 12 мм, верхніх та бокових — 9мм, днищ – 10 мм. Всі листи з’єднані стиковими швами. Тара цистерни складає 25,65 т.
Кріплення котла на рамі виконано в середині та покінцевим його частинам. Фасонні лапи приварені до середньої частини броньовоголиста з’єднані болтами, які приточені до отворів з опорними планками, котріприварені до хребтової балки. Такий зв’язок запобігає зсуву котла відноснорами. Болтлве з’єднання передбачене для зручності ремонту, коли необхідновідділити котел від рами.
По кінцям котел опирається на дерев’яні бруски, якізакріплені за допомогою жолобів, болтів з гайками, діафрагм на шкворневій тахребтовій балках рами.
До крайніх опор котел притягнутий стягуючими хомутами,призначеними для запобігання вертикальних та поперечних переміщень котлавідносно рами. Довжину стягуючих хомутів регулюють винтовими муфтами. Натягомхомутів бажають запобігти вібрації котлаю.
Для забезпечення міцності місць опирання котланеобхідно рівномірне розподілення навантаженняна, для цього збільшуємо площуопори та кут обхвату опорою циліндричної частини котла. Особливістю конструкціїрами даної цистерни являється те, що поздовжні балки майже не беруть участь всприйманні основних вертикальних навантажень. Це пояснюється великою жорсткістюкотла в порівнянні з жорсткістю поздовжніх балок, внаслідок чого майже всенавантаження від котла передається на крайні опори, а від них на візки.
Шкворневі балки завантажені вертикальними силами і приприкладенні до їх кінців зусиль, необхідних, наприклад, для підйому котла, вцих балках виникають значні напруження. Саме тому в даному курсовому проектібуде проведений розрухунок її на міцність.
Хребтова балка рами піддається дії в основномупоздовжніх зусиль, саме для забезпечення міцності та покращення технологіївиготовлення вона виконана із двох підсилени “Z”подібних профілів висотою 310 мм.
Оскільки основні навантаження сприймаються переважнохребтовою балкою, то в рамі цистерни відсутні проміжні поперечні балки таоболегшені поздовжні та кінцеві балки.
Цистерна обладнана зовнішніми та внутрішніми драбинамита площадкою біля люка, універсальним зливним пристроєм та запобіжно-впускнимклапаном. Для забезпечення повного зливу вантажу броньовий лист вигнутий так,що утворюється ухил до зливного пристрою.
2.2 Ходові частини
В мною спроектованому вагоні використовується візокмоделі 18-100, котрий розрахований на конструктивну швидкість руху 120 км/год. Він складається з двох колісних пар з буксовими вузлами, двох литихрам, надресорної балки, двох комплектів центрального підвішування з фрикційнимигасниками коливань та гальмівної важілевої передачі.
Бокова рама відлита з низьколегованої сталі марки20ФЛ. Вона має об’єднавчі пояси та колонки, які утворюють в середній частинівікно для розміщення комплекту центрального ресорного підвішування, а по кінцямбуксові вікна.
Надресорна балка лита з сталі 20ФЛ має порожниннуконструкцію замкнутого поперечного перерізу і форму, близьку до брусу рівногоопору згину. Вона відлита разом із п’ятником, який служить опорою кузова таопорами для ковзунів. На кожній з двох опор розміщені ковпаки ковзунів зрегулюючими прокладками
Ресорне підвішування складається з двох комплектів,кожний із яких має сім двохрядний пружин та два фрикційні клинові гасникиколивань. Кожна двохрядна пружина складається з зовнішньої та внутрішньоїпружин, що мають різну завивку – праву та ліву.
2.3 Автозчепнийпристрій
На даному проектному вагоні встановлений автозчепнийпристрій
СА-3 (рисунок 2.1), який забезпечуєавтоматичне зчеплення рухомого складу без участі людини. Розчепленняпроводиться без заходу людини в міжвагоний простір, що створює безпечні умовипраці обслуговуючому персоналу. При цьому до розведення рухомого складузберігається розщеплене положення деталей механізму автозчепу, а після розведеннямеханізми автоматично приводяться до готовності зчеплення. В випадкупомилкового розчеплення передбачена можливість відновлення зчеплення безрозведення рухомого складу. Передбачено також положення деталей механізму “набуфер”, при якому автозчепи не зчіпляються.
Автозчепний пристрій вагону складається із корпусуавтозчепу з деталями механізму, розчіпного приводу, ударно-центруючого прибору,упряжного пристрою з поглинальним апаратом та опорних частин. Основні частиниавтозчепного пристрою розміщені в консольній частині хребтової балки рамикузова вагону. Корпус автозчепу з деталями механізму встановлений в вікноударної розетки і своїм хвостовиком з’єднаний з тяговим хомутом за допомогоюклина, котрий вставляється знизу і опирається на болти, закріплені запірнимишайбами та гайками.
Розчіпний привід закріплений на кінцевій балці рами.Він складається із двохплечного важіля, кронштейну з поличкою, державки таціпка для з’єднання важіля з приводом механізму автозчепу.
Ударно-центруючий пристрій складається із ударноїрозетки, закріпленої в середній частині до кінцевої балки, двох маятниковихпідвісок і центруючої балочки на яку опирається корпус автозчепу.
Упряжний пристрій включає в себе тяговий хомут, клин,упорну плиту та два болта з планкою, запірними шайбами і шплінтом. В серединітягового хомута находиться поглинальний апарат, котрий розміщений між заднімиупорами та упорною плитою, взаємодіючою з передніми упорами. Задні упориоб’єднані між собою перемичкою і прикріплені до вертикальних стінок хребтовоїбалки. Передні упори об’єднані між собою ударною розетку і також жорсткоприкріплені к вертикальним стінкам хребтової балки. Упряжний пристрійзапобігається від падіння підтримальною планкою, прикріпленою знизу догоризонтальних полок хребтової балки вісьмома болтами. В середині корпусуавтозчепу розміщуються деталі механізму, які служать для виконання процесівзчеплення і розчеплення рухомого складую.
/>
Рисунок 2.1 – Автозчепний пристрій СА-3: 1- задніупорні кутники; 2 – фіксуючий кронштейн; 3 – розчіпний ричав; 4 – підтримуючапланка; 5 – поглинальний апарат; 6 – тяговий хомут; 7 – упорна плита; 8 –тяговий клин; 9 – ударна розетка; 10 – державка; 11 – маятникові болти; 12 –центруючи балочка; 13 – головка автозчепу; 14 – ціпок розчіпного приводу.
2.4 Гальмівнеобладнання
Гальмівним обладнанням називаються пристрої, щодозволяють створювати опір руху вагону, тобто забезпечувати регулюванняшвидкості руху та зупинку вагона.
Гальмівне обладнання вагон-цистерни встановлено накронштейнах рами і складається з гальмівного циліндра №188Б іповітророзподілювача №483, запасного резервуару Р7–78, автоматичного регуляторагальмівної важілевої передачі №574Б, важелів, тяг, повітропроводу, розподільногоклапану та стояночного гальма. На рамі кріплять також підтримуючі і запобіжніскоби. Головний повітропровід обладнаний кінцевими клапанами і з’єднувальнимирукавами типу Р-17Б. Для регулювання важілево-гальмівної передачівикористовують важільний привід безкулісного регулятора, який включає в себеважіль-упор, регулюючий гвинт, розпірку.
Відрегульована важілево-гальмівна передача забезпечуєзазор між гальмівною колодкою і колесом в межах 5-8 мм в не гальмуючому стані і вихід штоку гальмівного циліндру в межах 50–125 мм в гальмуючому положенні.
Стояночне гальмо призначене для гальмуваннявагон-цистерни при завантаженні і розвантаженні. Він складається з тяг,з’єднаних з горизонтальними важелями автогальма, черв’ячного сектора,черв’ячного вала, зі штурвалом і ручки-фіксатора. Стояночне гальмо приводитьсяв робоче (ліве) і неробоче (праве) положення переміщенням валу зі штурвалом.Фіксує черв’ячний вал в робоче чи неробоче положення ручка фіксатора,вагон-цистерну гальмується обертом штурвала по годинниковій стрілці.
3.Розрахунок осі колісної пари умовним методом
При спрощеному методі розрахунку осі колісної пари наміцність ось роздивляються в статичному стані і на неї діють такі сили: вертикальне,горизонтальне і реакція від рейки. Схема наведена на рисунку 3.1. Розрахункизроблені за методикою викладеною в />.
/>
Рисунок 3.1- Схема дії сил при розрахунку колісноїпари при умовному методі
Для розрахунку приймають наступні значення:
/> — відстань між точками прикладаннянавантаження на шийку осі, />=2036 мм;
/> — відстань між кругами кочення, />=1580 мм;
/> — довжина шийки вісі РУ1Ш-950, />= 176 мм;
/> — радіус кола катання, />= 475 мм;
/> — довжина підматичинної частинивісі, />= 228 мм;
/> — допустимий знос по довжинішийки, />= 0 мм.
3.1 Визначаємовертикальне навантаження
/> ( 3.1 )
де /> — маса вагону брутто, />= 86,7 т;
/> — маса колісної пари (без букс), />= 1,2 т;
/>= 9,81 />.
/> кН.
3.2 Вертикальнавантаження
/> ( 3.2 )
/> кН.
3.3 Визначаємогоризонтальне навантаження
/> ( 3.3 )
/> кН.
3.4 Вертикальненавантаження, яке діє на шийку осі
/> ( 3.4 )
/> ( 3.5 )
де /> — відстань від осьової лініїколісної пари до точки прикладання навантаження, />= 1,45 м.
/> кН,
/> кН.
3.5 Визначаємореакції рейки
/> ( 3.6 )
/> ( 3.7 )
/> кН,
/> кН.
3.6Визначаємо моменти в небезпечних перерізах
/> ( 3.8 )
/> кНм.
/> ( 3.9 )
/> кНм.
/> ( 3.10 )
/> кНм.
3.7Визначаємо діаметри шийки осі (/>), підматичинної частини (/>) і середньоїчастини осі (/>)
/> ( 3.11 )
де /> — припустиме навантаження длякожного перерізу, МПа (/>= 120 МПа, />= 165 МПа, />= 155 МПа).
/> м = 110 мм,
/> м = 180 мм,
/> м = 150 мм.
Отримані значення розрахованих діаметрів осі іфактичні діаметри прийнятої осі приведені в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1 – порівняннярозрахункових і стандартних діаметрів осіДіаметри, мм Розрахунковий Стандартний
Шийки (/>) 110 130
Підматочинної частини (/>) 180 194
Середньої частини (/>) 150 165
Отже даний тип осі задовольняє умовам міцності і будевикористаний у конструюванні вагону.
4. Розрахунокпідшипника кочення на довговічність
Розрахунок підшипника кочення на довговічність полягаєу визначенні терміну служби, виміряного кілометрами пробігу, за час якого неповинні з’явитися ознаки утоми метала роликів і доріжки кочення не менше, ніж90% підшипників.
Розрахункова довговічність роликових підшипниківтипової букси повинна бути для вантажних вагонів не менше 1,5 млн.км. Розрахункизроблені за методикою викладеною в />.
4.1 Визначаємодіючі навантаження на вісь за формулою
/> ( 4.1 )
/> кН,
Для роликового підшипника ( циліндричного на гарячійпосадці ) з діаметром роликів d = 36 мм, довжині ролика l= 58 мм, кількості роликів z = 13.
Відношення l/dдорівнює
/>.
4.2 Визначаємодовговічність
/> ( 4.2 )
/>.
4.4 Визначаєморозрахункове навантаження
/> ( 4.3 )
/> кН.
4.5 Визначаємокількість обертів підшипника до руйнування
/> ( 4.4 )
/> млн.об.
4.6 Визначаємопробіг
/> ( 4.5 )
де /> — при діаметрі колеса 950 мм, (/>=0,9 ).
/> млн.км.
В результаті розрахунків ми отримали довговічністьпідшипника, що перевищує мінімально допустиму для вантажних вагонів
(Lmin=1,5 млн.км.), тому в буксових вузлах можна використовуватипідшипники марок: 42726Л, ЦКБ-1521, 42726Л1, 42726Е.[5]
5.Розрахунок пружиниресорного підвішування на міцність
Розрахуємо на міцність двохрядну пружину центральногопідвішування візка вантажного вагона. Геометричні характеристики зовнішньої івнутрішньої пружини приведені в таблиці 5.1.
Таблиця 5.1. Розрахунки зроблені за методикою викладеною в[1].Параметр пружини Позначення
Значення Зовнішня Внутрішня Діаметр прутка, мм d 30 21 Середній діаметр, мм
/> 170 111 Число робочих витків n 4,2 6,45 Висота у вільному стані, мм
/> 249 249 Направлення навивки - праве ліве Індекс пружини m 5,7 5,95
5.1 Жорсткістьпружини
/> ( 5.1 )
де /> — діаметр витку пружини, таблицю5.1;
/> — коефіцієнт який залежить відіндексу пружини, (/>=1);
/> — середній діаметр пружини, див.таблицю 5.1;
/> — кількість робочих витківпружини, таблицю 5.1;
/>.
/> />
/> />
5.2 Жорсткістьдвохрядної пружини
/> ( 5.2 )
/> />
5.3 Навантаження,що приходиться на одну двохрядну пружину
/> ( 5.3 )
де /> — маса необресорених частин, />=71,22 кН;
/> — кількість одно іменнихпаралельно навантажених частин вагона, />= 28.
/> кН.
5.4 Коефіцієнт, щозалежить від осності візка
/> ( 5.4 )
де n- кількість осей у візку, n=2.
/>.
5.5 Середнєзначення коефіцієнта вертикальної динаміки
/>/> ( 5.5 )
де /> — коефіцієнт, />= 0,1;
/> — конструкційна швидкістьвагона, />=33 />;
/> — статичний прогин під вагою вагона брутто, />= 0,05 м.
/>.
5.6 Коефіцієнтвертикальної динаміки
/> ( 5.6 )
де /> — параметр розподілення, />= 1,13;
/> — довірювальнаімовірність, />=0,95.
/>
5.5 Еквівалентненавантаження
/> ( 5.7 )
/> кН.
5.6 Навантаження,що діє на одну з двохрядних пружин
/> ( 5.8 )
/> ( 5.9 )
/> кН,
/> кН.
5.7 Припустимінапруження пружини
/> ( 5.10 )
де /> — коефіцієнт враховуючий кривизнувитків,
/> ( 5.11 )
/> ( 5.12 )
/>,
/>;
/> МПа,
/> МПа.
Отже пружини мають значення менше допустимих напружень/> МПа длясталей 55C2,55С2А і 60С2 [5]
6.Розрахунок елементівкузова на міцність
6.1Розрахунок шворневої балки
В даному розділі всі розрахунки проводжу згіднометодичних вказівок [4].
Особливістю конструкції рами даної цистерни являєтьсяте, що поздовжні балки майже не беруть участь в сприйманні основнихвертикальних навантажень. Це пояснюється великою жорсткістю котла в порівнянніз жорсткістю поздовжніх балок, внаслідок чого майже все навантаження від котлапередається на крайні опори, а від них на візки. Шворневі балки завантаженівертикальними силами і при прикладенні до їх кінців зусиль, необхідних,наприклад, для підйому котла, в цих балках виникають значні напруження. Саметому в проводимо розрахунок її на міцність.
Найбільш невдалими варіантами завантаження шворневоїбалки являється: рух цистерни з максимальною швидкістю при різкому гальмуванніїї, а також піднімання завантаженої цистерни домкратами, підведеними під кінцішворневих балок.
Експлуатаційний режим навантаження:
Рух з мінімальної швидкістю при торганні поїзду змісця, осаджування або гальмування поїзду, при малих швидкостях руху. В цьомувипадку котел з рамою опирається на підп’ятник візка і схема навантаженняшворневої балки буде мати вигляд:
/>
Рисунок 3.1 – Схема навантаження шкворневої балки
Навантаження на шворневу балку становить:
а) від ваги шворневої балки
/> (6.1)
/>т/м
б) від ваги котла з вантажем
/>, (6.2)
де Gш – маса шворневої балки;
Gк – маса котла з всіма закріпленими наньому вузлами;
Gж – маса вантажу;
/> — напівширина рами по шворневим балкам;
/> — половина проекції опори котла.
/>
в) від сили інерції при екстреному гальмуванні
Сила інерції котла з вантажом при І режимінавантаження складе:
/> (6.3)
/>
Додаткове вертикальне навантаження на шворневу балкупри цьому буде становити:
/>, (6.4)
де /> – поздовжня сила розтягу,стиснення;
/> — маса вагона брутто;
/> — база цистерни;
/> — відстань від поздовжньої осікотла до осі автозчепу.
/>
Інтенсивність /> — рівномірно розподіленогонавантаження на шворневу балку становитиме.
/> (6.5)
/>
Згинальний момент в розрахунковому перерізі навідстані х від середини шворневої балки.
/> (6.6)
Розрахуємо значення згинального моменту в характернихперерізах (х1=1415, х2=1350, х3=520, х4=180,х5=0).
/>
/>
/>
/>
/>
Найбільші напруження виникатимуть в п’ятому перерізі істановитимуть:
/>, (6.7)
де W – момент опору волокон перерізу шкворневої балки
/>
Ремонтний режим навантаження шворневої балки:
В даному випадку навантаження домкрату прикладаютьсяна відстані
300 мм від вертикальної вісі поперечного перерізу шворневої балки, середина піддомкратної планки зміщена від осі шворневої балки в сторону поздовжньоїбокової. Розрахункова схема наведена на рис. 3.2
/>
Рисунок 3.2 – Розрахункова схема навантаження
Визначаємо навантаження які діють на балку:
а) від ваги шворневої балки
/> (6.8)
/>т/м
б) від ваги котла з вантажем
/>, (6.9)
де Gш – маса шворневої балки;
Gк – маса котла з всіма закріпленими наньому вузлами;
Gж – маса вантажу;
/> — напівширина рами по шворневим балкам;
/> — половина проекції опори котла.
/>
Реакції опор (домкратів) становитиме:
/>, (6.10)
де /> – маса цистерни без візків.
/>
Згинальний момент в розрахункових перерізахстановитиме:
/> (6.11)
/>
/>
/>
/>
/>
Напруження від згинального моменту становитимуть:
/> (6.12)
/>
Ексцентричне прикладання навантаження домкрату докінця шворневої балки створює крутний момент. Жорстке з’єднання її з хребтовоюбалкою призводить до появи в ній напружень від стиснутого кручення. Зазвичайтаке кручення враховується лише при крученні брусів з відкритим перерізом ідосить великими полками. Зважаючи на те, що шворнева балкамає замкнутий профіль стиснення не враховується і дотичні напруження будемовизначати за формулами вільного кручення.
З метою спрощення розрахунків та забезпеченнядодаткового запасу міцності при обрахунках моменту опору враховуємо лишепрямокутна коробчата частина перерізу шкворневої балки зображеної на рис. 3.3.
/>
Рисунок 3.3 – Схема перерізу шворневої балки
Крутний момент від сили Rb, прикладеної на відстані 30 см від середини піддомкратної планкидорівнює:
Мк= Rb*30 (6.13)
Мк= 19*0,3=55,917кН/м
Дотичні напруження складають:
/> (6.14)
/>
Тоді, еквівалентне навантаження в розрахунковомуперерізі дорівнюватиме:
/> (6.15)
/>
Оскільки/> для О9Г2С /> – міцність шворневоїбалки забезпечена.
6.2Розрахуноккотла на внутрішнійтиск
При розрахунку котла цистерни на внутрішній тисквикористовуємо формули безмоментної теорії оболонок, визначимо напруження вметалі в різних частинах котла, керуючись розрахунковою схемою котла цистерни:
/>
Рисунок 6.1 – Розрахункова схема котла цистерни
Розрахунковий тиск в середині котла визначається яксума тисків парів рідини і тиску, утвореним при торганні з місця або пригальмуванні:
Р=Рр+Рд , (6.16)
де Рр – тиск парів рідини (0,15МПа);
Рд– тиск рідини, виникаючий при торганні з місця або впроцесі гальмування поїзду при максимальній допустимій швидкості (ІІІ режим)
Величина Рдвизначається по формулі:
/>, (3.17)
де Тін – сила інерції рідини;
R1– внутрішній радіус котла цистерни.
Сила інерції рідини при навантаженні цистерни по Ірежиму може бути визначена з формули:
/>, (6.18)
де Gван – масса вантажу в котлі цистерни;
Qбр – масса цистерни брутто.
/>
/>
Розрахунковий тиск в середині котла становить:
Р=0,25+0,15=0,399МПа
Напруження в оболочкахкотрі не підлягаютьзгину називаються мембранними і можуть бути визначені по наступним формулам:
а) в поперечному перетині
/> (6.19)
б) в поздовжньому перетині
/>, (6.20)
де /> — товщина стінки циліндричної частини котла.
в) напруження в оболонцісферичного днища
/>, (6.21)
де /> — товщина днища;
R2 – радіус сферичноїчастини днища.
г) в місцях з’єднання циліндричної частини котла доднища виникають додаткові напруження, величину яких можна вирахувати заемпіричними формулами С.В. Вершинского. Оскільки />, то напруження будутьрозраховуватися за формулою:
/> (6.22)
/>
/>
/>
/>
Міцність котла цистерни забезпечена, тому що /> (/>,/>для сталі О9Г2С ) за І та ІІІ розрахунковими режимами.