Конструкция вагона, нагрузки

1. Описание конструкции вагон

Кузов четырехосной платформы общего назначения (универсальный) состоит из рамы, оборудованной восемью продольными боковыми 1 и двумя торцевыми 25 бортами. Рама сварная, снабжена мощной хребтовой балкой 10, состоящей из двух двутавров переменной высоты, уменьшающейся к консольными частями. Боковые продольные балки 11 — из двутавров, а шкворневые 12- замкнутого поперечного сечения. В месте пересечения хребтовой 10 и шкворневых 12 установлены пятники 15, сверху которых имеются усиления надпятниковыми диафрагмами. В консольных частях хребтовой балки 10 укреплены задние 16 и передние 19 упорные кронштейны, объединенные ударной розеткой автосцепки 20, а также предохранительные планки 17, предназначенные для защиты от истирания вертикальных стенок двутавров. На нижнем листе шкворневых балок установлены скользуны 14, над которыми расположены усиливающие ребра 13. На концевых балках 21 укреплены кронштейны 22, служащие опорой для торцевых бортов 25 в открытом положении.

Рис. 1 — Кузов универсальной четырехосной платформы При погрузке техники самоходом с заездом вдоль платформы кронштейны 22 и торцевые борта 25 воспринимают значительную нагрузку. На концевой балке 21 укреплен рычаг 23 расцепного привода автосцепки. Основные поперечные балки 7 рамы — переменного по высоте, а промежуточные 8 — постоянного двутаврового сечения. Верхняя плоскость поперечных балок 7, 8, 12 расположена ниже уровня пола на высоту вспомогательных продольных балок 6 и 9. Настил пола комбинированный: металлический 18 в средней части и деревянный 5 по бокам. Доски пола одним концом заводятся в S-образную балку 9, а другой их конец укреплен к продольным боковым балкам 11 гнутым специальным элементом 4. На боковых продольных балках рамы укреплены лесные скобы 2, а также кронштейны шарниров и упоры клиновых запоров 3 продольных бортов. Торцевые борта 25, имеющую высоту по сравнению с продольными, вертикальном положении фиксируются клиновыми запорами 24.

Платформы предназначены для перевозки длинномерных грузов, металлоконструкций, контейнеров, колесной и гусеничной техники, пакетированных грузов и некоторых сыпучих грузов, не требующих защиты от атмосферных осадков. К универсальным платформам относятся четырехосные платформы с боковыми бортами, шарнирно связанными с рамой и могущими откидываться вниз до вертикального положения при перевозки грузов, ширина которых больше ширины платформы, а также с торцевыми бортами, которые в открытом положении ложатся горизонтально на кронштейны концевых (лобовых) балок рамы платформы. Высота торцевых бортов (400 мм) выбрана из такого расчета, чтобы при откинутых в горизонтальное положение бортов у двух сцепленных платформ и сжатых поглощающих аппаратах автосцепок обеспечивалось расстояние, достаточное для размещения человека между платформами. В горизонтальном положении торцевые борта сцепленных платформ образуют мостик для проезда самоходом при погрузке на платформы колесной и гусеничной техники. Борта кроме усилий от распора сыпучих грузов в восприятии действующих на платформу эксплуатационных нагрузок участия не принимают, поэтому платформа имеет мощную раму, способную нести на себе все виды эксплуатационных нагрузок.

2. Выбор основных технико-экономических параметров грузовых вагонов

Основными параметрами вагона являются: грузоподъемность Р, тара Т, осность, объем кузова V или площадь пола F, линейные размеры, статистика и погонная нагрузка. Для сравнения параметров между собой пользуются параметрами, представляющими отношения этих величин: удельный объем кузова, удельная площадь пола, коэффициент тары, осевая и погонная нагрузка Правильный выбор параметров обеспечивает наименьшие затраты на перевозку грузов.

Исходные данные:

Четырёхосная платформа Габарит О-ВМ Удельная площадь 0,58()

Коэффициент тары 0,33

Осевая нагрузка 205(кН) Расчет грузоподъемности вагона где — вес брутто, (кН)

— заданная осевая нагрузка;

— количество колесных пар в вагоне

— коэффициент тары

(кН) Вес тары вагона

Определение линейных размеров вагона Зная удельную площадь пола и грузоподъемность P,

определим площадь пола F. F= P *

= P * = 616,54*0,58=357,59=35,7()

Внутренняя длинна платформы, находится из выражения:

Для ориентировочных расчетов внутреннюю ширину кузова платформы можно принимать для габарита О-ВМ 2900 мм (2=2900мм) Наружная длина кузова определяется по формуле:

где =0,05(м) — толщина торцовой стенки кузова Наружная ширина кузова:

где — толщина боковой стены кузова Общая длина вагона по осям сцепления:

где — вылет автосцепки четырехосной платформы База вагона:

Длина консольной части вагона:

Проверка на вписывание тележки под консольную часть вагона.

гдебаза двухосной тележки

— диаметр колеса

— высота гребня колеса

1,820 > 1,428

3. Вписывание вагона в габарит

Определение горизонтальных поперечных размеров строительного очертания вагона На некоторой высоте H над верхним уровнем головки рельса максимально допускаемая ширина вагона определяется по формуле:

где — полуширина габарита подвижного состава на рассматриваемой высоте H,

Еограничение полуширины для одного из рассматриваемых сечений.

Ограничения полуширины для кузова вагона Ограничения направляющих поперечных сечений вагона.

Внутреннее ограничение поперечных сечений вагона, расположенных между направляющими сечениями по середине базы, при n=1.

Наружное ограничение поперечных сечений вагона, расположенных снаружи его направляющих сечений, при n=nк Определение размеров проектного очертания вагона Ширина проектного очертания вагона на некоторой высоте H над

уровнем верха головки рельсов определяется

где — конструктивно-технологические отклонения, допускаемые

при постройке вагона, в горизонтальной плоскости Ет = 15,5

Построение горизонтальной рамки проектного очертания вагона Горизонтальная рамка определяет наибольшую допускаемую ширину проектного очертания вагона для любого поперечного сечения по длине вагона.

В наших расчётах для упрощения рассматриваем только три поперечных сечения: по длине вагона; пятниковое I-I, наружние II-II-по середине вагона, крайние наружние сечения III-III-снаружи вагона.

Максимально допускаемая ширина вагона

2711 = 2711

Вагон можно считать вписанным в габарит

4. Расчет нагрузок, действующих на вагон и его части

При выполнении данной работы необходимо определить

1) вертикальные статические и динамические нагрузки, действующие на кузов вагона и детали тележки;

2) боковые нагрузки, действующие на кузов вагона и детали тележки

Вертикальные нагрузки, действующие на вагон и его части Вертикальные статистические нагрузки где — вес брутто вагона, кH;

— вес частей и укрепленного на них оборудования, через которые передается нагрузка от рассчитываемой детали вагона на рельс, кH;

=g1258кг — колесная пара

=g74кг — буксовый узел

=g338кг — рессорное подвешивание

=g390кг — боковая рама

=g4880кг — 2-осная тележка На кузов:

На боковую раму:

На рессорный комплект:

На буксовый узел:

На колесную пару:

Вертикальная динамическая нагрузка.

Вертикальная динамическая нагрузка определяется по формуле:

где — коэффициент вертикальной нагрузки.

Коэффициент вертикальной динамической нагрузки определяется по формуле:

кузова = 0,336

колесной пары = 0,527

рессорный комплект = 0,433

боковой рамы, буксового узла = 0,527

Суммарные нагрузки На кузов:

На рессорный комплект:

На боковую раму:

На буксовый узел:

На колесную пару:

Боковые нагрузки Боковая горизонтальная нагрузка.

где — центробежная сила, направленная наружу кривой, кH;

— равнодействующая сила давления ветра на кузов вагона, кH;

— коэффициент 0,075

— удельное давление ветра 500

На кузов:

=

;

Находим боковую нагрузку:

На надрессорную балку:

На рессорный комплект:

На боковую раму:

На буксовый узел:

На колесную пару:

Вертикальные составляющие боковых нагрузок Боковые нагрузки вызывают дополнительное вертикальное загружение частей тележек с одной стороны вагона и соответствующие разгружения с другой. Величина такого дополнительного загружения рассчитываемой детали определяется по формуле:

где и — вертикальное расстояние от места приложения до точек приложения и; - число одноименных, параллельно нагруженных элементов, расположенных с одной стороны вагона; - расстояние между точками приложения сил дополнительного загружения и разгружения рассчитываемой детали (принимать 2,036).

Рессорный комплект:

Боковая рама:

Колесная пара:

5. Устойчивость колесной пары против схода с рельсов

Согласно требованиям норм должно обеспечиваться устойчивое движение колеса против схода с рельсового пути. Однако при неблагоприятном сочетании в эксплуатации вертикальных и горизонтальных сил, а также при нарушении условий загрузки и отклонений в состоянии вагона могут возникать случаи сползания гребня колеса на головку рельса, что приводит к сходу вагона с рельс. Поэтому при установлении причины или для предупреждении схода вагона в эксплуатации производится проверка устойчивости движения колеса по рельсу. По рекомендациям норм подсчитывают коэффициент:

вагон очертание рамка подшипник где — угол наклона гребня колеса к горизонтальной оси; для стандартного профиля поверхности катания

— коэффициент трения принимается

— горизонтальная составляющая силы реакции набегающего колеса на головку рельса, действующую одновременно с и ;

— вертикальная составляющая силы реакции набегающего колеса на головку рельса.

где — вертикальная составляющая силы реакции ненабегающего колеса на головку рельса;

— число колесных пар в вагона;

— коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке;

— коэффициент, учитывающий тип ходовых частей вагона: для грузовых вагонов ;

— скорость движения вагона;

— радиус колеса;

— собственная сила тяжести колесной пары;

— коэффициент вертикальной динамики;

— сила тяжести вагона;

Определим коэффициент вертикальной динамики Найдем коэффициент Подсчитаем усилия, и

Определим коэффициент устойчивости колеса Расчетный коэффициент оказался больше нормативного. Это значит, что устойчивость колеса цистерны по перевозки бензина при движении по рельсовому пути со скоростью обеспечена.

6. Расчет оси колесной пары условным методом

Условный метод может быть применен в эксплуатации при выявлении и для предупреждения излома или деформации оси, если они не вызваны перегревом буксового узла или другими явно выраженными факторами. Наиболее эффективно этот метод может быть использован при перегрузки вагона или максимальный износ шеек осей, связанных с их обточками в эксплуатации.

В расчетной схеме силы приложены в центре тяжести вагона, на расстоянии от осевой линии колесной пары

— расстояние между осевой линии колесной пары до центра тяжести вагона;

— вертикальная сила;

— горизонтальная сила;

— расстояние между кругами катания колесной пары;

— радиус колеса;

— расстояние между серединами шеек оси;

вертикальная сила загрузки левой шейки оси;

Загрузка правой шейки оси;

Вертикальные реакции рельсов при этом;

Для левого колеса для правого колеса Изгибающие моменты, вызванные действием расчетных нагрузок в трех расчетных сечениях:

в шейке оси у внутренней галтели

Рис. 2

где — длинна шейки; - износ по длине шейки в эксплуатации;

в подступичной части оси в плоскости круга катания колеса в средней части оси

Находим минимальные допустимые в эксплуатации диаметры:

Шейки оси

подступичной части оси

средней части оси

где, ,

Подсчитаем силу, приходящуюся на левую шейку оси:

Определяем вертикальную силу реакции левого рельса:

Подсчитаем изгибающие моменты в расчетных сечениях оси:

Найдем минимальные допустимые в эксплуатации диаметры в расчетных сечениях оси:

7. Расчет двухрядной цилиндрической пружины

Найдем наибольший расчетный прогиб упругого элемента где — статический прогиб рессорного подвешивания

— коэффициент конструктивного запаса прогиба

Определим наибольшую расчетную вертикальную силу

где — статическая нагрузка, действующая на двухрядную пружину

— максимальное значение коэффициента вертикальной динамики, определяемой по формуле

Найдем диаметр прудка эквивалентной однорядной пружины где — расчетная сила;

— индекс пружины;

— допускаемое касательное напряжение; ;

— поправочный коэффициент, зависящий от индекса пружины, определяется по формуле

Найдем средний диаметр пружины:

Число рабочих витков:

где — модуль сдвига Определим высоту в жатом состоянии эквивалентной пружины Определим высоту пружины в свободном состоянии

Определим высоту сжатия наружной и внутренней пружин Найдем высоту пружин в свободном состоянии Найдем диаметры наружной и внутренней пружин Определим количество рабочих витков наружной и внутренней пружин Определим средние диаметры наружной и внутренней пружин Определим жесткости наружной и внутренней пружин Определим жесткость комплекта Определим нагрузки на внутреннюю и наружную пружины

Определим касательное напряжение на пружинах Сравним полученные значения с допустимым Расчет подшипника на долговечность В колесных парах грузовых вагонов рекомендуется применять типовой буксовый узел с установкой в нем двух цилиндрических роликовых подшипников при консистентной смазке.

При расчете динамической эквивалентной радиальной нагрузки для роликовых подшипников используют формулу:

где — средняя постоянная нагрузка;

— температурный коэффициент, для подшипников

— коэффициент безопасности. Для вагонных подшипников при установке на шейке оси с дистанционными кольцами принимают, без дистанционных колец

С целью определения эквивалентной динамической нагрузки необходимо переменные радиальные силы, действующие на подшипник, привести к средним постоянным величинам. Приближенные средние постоянные нагрузки, определяется по формуле:

где , — соответственно повторяемость нагрузок, в долях единицы для роликовых подшипников в млн. оборотов при 90%-ной рассчитывают

где С — базовая динамическая грузоподъемность

— эквивалентная динамическая нагрузка В километрах пробега вагона, долговечность подшипника определим, используя формулу:

где — диаметр по кругу катания среднеизношенного колеса. При номинальном диаметре 0,95 м

Библиографический список

1. Пастухов И. Ф., Лукин В. В., Жуков Н. И. Вагоны: учебник для техникумов железнодорожного транспорта. / Под ред. В. В. Лукин. — М.: Транспорт, 1977. — 280 с.

2. Пастухов И. Ф., Пугунов В. В., Р. О. Кошкалда. Конструкция вагонов: учебник для колледжей и техникумов ж.-д. транспорта.- М.: Желдориздат, 2000. 504 с.

3. Лукин В. В., Анисимов П. С., Федосеев Ю. П. Вагоны. Общий курс: Учебник для вузов ж.-д. транспорт. / Под ред. В. В. Лукина. — М.: Маршрут, 2004. — 424 с.

4. Габариты приближения строений и подвижного состава железных дорог колеи 1520 (1524) мм. ГОСТ 9238–83.