Проектирование вагона, его вписывание в габарит

1. Выбор основных параметров универсального крытого вагона

1.1 Грузоподъемность и масса вагона

1.2 Потребный объём кузова. Обоснование линейных размеров

1.3 Погонная нагрузка

2. Проверка вписывания вагона в габарит 1-ВМ

2.1 Исходные данные

2.2 Определение горизонтальных поперечных размеров строительного очертания кузова вагона

2.3 Определение вертикальных размеров строительного очертания кузова вагона

2.4 Определение горизонтальных поперечных размеров проектного очертания кузова вагона

2.5 Определение вертикальных размеров проектного очертания кузова вагона

3. Описание конструкции универсального крытого вагона

4. Расчёт оси колёсной пары условным методом. Расчёт подшипников качения на долговечность

4.1 Расчёт оси колёсной пары условным методом

4.2 Расчёт подшипников качения на долговечность

5. Проверка устойчивости вагона против схода с рельсов

6. Расчёт экономической эффективности проектируемого грузового вагона Литература

1. Выбор основных параметров универсального крытого грузового вагона

1.1 Определение грузоподъемности и массы вагона

Грузоподъёмность универсального вагона определяется по формуле [1]

(1.1)

где Р₀-осевая нагрузка, Р₀=230 кН;

m₀— число осей вагона, m₀=4;

К_Т — технический коэффициент тары;

gускорение свободного падения, g=9,81 м/с².

Масса тары вагона Т=К_Т*Р, (1.2)

Т=0,35*70=25 т.

Масса брутто вагона

m_бр=Р+Т, (1.3)

m_бр=70+25=95 т.

Массу брутто кузова определим по формуле

m_бр^кз=m_бр-2m_Т, (1.4)

где m_Т-масса тележки. Для вагона с осевой нагрузкой 230 кн m_Т=4.7 т.

m_бр^кз=95−2*4.7=85.6 т.

Собственная масса кузова определяется по формуле

m_кз=Т-2m_Т, (1.5)

m_кз= 25−2*4.7=15.6 т.

1.2 Потребный объём кузова.Обоснование линейных размеров

Объём кузова полувагона определяется по формуле

V=V_уд^опт*Р, (1.6)

Где V_уд^опт-оптимальный удельный объём кузова вагона. V_уд^опт=2,0.

V=2*70=140 м³

Внутреннюю ширину крытого вагона, исходя из возможности размещения существующего съёмного оборудования для людских перевозок, принимают равную 2,77 м. Внутреннюю высоту с целью обеспечения возможно большей погонной нагрузки принимают максимальной в пределах заданного габарита подвижного состава. Она рассчитывается по формуле Н_в=Н_ст+Н_кр (1.7)

вагон ось подшипник рельсы

Где Н_в-внутренняя высота кузова по осевому сечению;

Н_ст-высота внутри кузова по боковой стене;

Н_кр-внутренняя высота крыши по осевому сечению Н_в=2,925+0,323=3,248 м Внутрення длина кузова

(1.8)

Где F_k— соответственно площадь поперечного сечения кузова.

Наружная ширина кузова

2В_н=2В_в+2?_б,

где ?_б— расстояние от внутренней поверхности боковой стены до наиболее выступающей части наружной её поверхности. ?_б=0,245 м. 2]

2В_н=2,77+2*0,245=3.26 м.

Длина рамы

2L_p=2L_в+2?_т=16−2*0,165=15,67 м База вагона

2l=2L_p/1.41=15,67/1.41=11,1 м Длина консоли

l_k=(2L_P-2l)/2. (1.9)

l_k=(15,67−11,1)/2=2,3 м.

Общая длина вагона

2L_об=2L_p+2?_a. (1.10)

где ?_a-вылет автосцепки. ?_a=0,61 м. [1]

2L_об=15,67+2*0,61=16,89 м.

Наружная высота кузова Н_н=Н_п+Н_п^max+Д_кр (1.11)

гдеН_п— расстояние от уровня верха головки рельсов до уровня пола вагона; Н_п^max-максимальная внутренняя высота кузова;

Д_кр -расстояние от внутренней поверхности крыши до наиболее её выступающей части снаружи по осевому сечению.

Н_н=1.286+2.925+0.323+0.16=4.694 м.

1.3 Погонной нагрузки

Погонные нагрузки нетто;

q_н=(Р*g)/(2L_об) (1.12)

q_н=(70*9,81)/16,89=40,7 кН/м.

брутто;

q_бр=(m_бр*g)/(2L_об), (1,13)

q_бр=(95*9,81)/16,89=56,3 кН/м.

2. Проверка вписывания вагона в габарит 1-ВМ

2.1 Исходные данные

Верхние очертания габарита 1-ВМ показано на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1Ї Верхнее очертание габарита 1-ВМ

При проектировании вагона по габариту -1_ВМ значения отдельных величин, входящих в формулы для определения ограничений полуширины принимают следующими

А) для верхнего очертания габарита

S=1541мм; d=1489мм;К=0; К₁=0,625*р²=0,625*1,85²=3,6 мм;

К₂=2,5 мм;К₃=180мм; q=3мм; w=28 мм, таблица 2,2 (2)

Б) для нижнего очертания габарита

S=1465мм; d=1410мм;К=25; К₁=0,5*р²=0,5*1,85²=2,9 мм;

К₂=2мм;К₃=0мм; q=3мм; w=28 мм, таблица 2,2 (2)

Величина суммарного статического понижения для обрессоренного кузова. Таблица 2,3(2)

д=70+0,5Рл_т=70+0,5*173*72=78 мм

конструктивно-технологические отклонения, допускаемые при постройке вагона, таблица 2,6(2)

а)в горизонтальной плоскости

— для верхней части кузова Е_т=23 мм

— для нижней части кузова Е_т=13 мм

Б) в вертикальной плоскости

— для верхней части кузова Е_т=40 мм

— для нижней части кузова Е_т=20 мм

2.2 Определение горизонтальных поперечных размеров строительного очертания кузова вагона

Величину ограничений полуширины кузова Е_тЕ₀Е_вопределим по формулам 2,1−2,10

Е₀=0,5(s-d)+q+w+(K₁-K₃)-K (2.1)

Е_в=0.5(s-d)+q+w+(K₂(2l-n)n+K₁-K₃)-K (2.2)

Е₀=Е_в=q+0,5w (2,4)

Е₀=Е_в=10+q+0,5w (2,6)

Е₀=q+w+K₁ (2,8)

Е_в=q+w+(K₂(2l-n)n+K₁(2.9)

где s Ї максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса;

d Ї минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колес;

q Ї наибольшее возможное поперечное перемещение из центрального положения в одну сторону рамы тележки относительно колесной пары;

w Ї наибольшее возможное поперечное перемещение из центрального положения в одну сторону кузова относительно рамы тележки;

2l Ї расстояние между шкворневыми сечениями вагона;

n Ї расстояние от рассматриваемого поперечного сечения вагона до ближайшего основного сечения,(для Е_O n=l, E_H n=l_k) м;

к Ї величина на которую допускается выход подвижного состава, проектируемого по габариту 1-ВМ, за очертание этого габарита в кривой

к₁ Ї величина дополнительного поперечного смещения в кривой расчетного радиуса R

к₂ Ї коэффициент, зависящий от величины расчетного радиуса кривой к₃ Ї половина принятой на железной дороге величины увеличения горизонтального расстояния между осями путей на перегонах в расчетной кривой, Ї дополнительные ограничения внутреннего и наружных сечений вагона, имеющие место только у очень длинных вагонов

верхнее и нижние очертания габаритов приведены на рисунках 2,1 и 2,2

Для верхнего очертания габарита (для точек с координатами 1675,450 мм и выше)

Е₀=0,5(1541−1489)+3+28+(3,6−180)-0=57+(-176,4) мм

Е_в=0,5(1541−1489)+3+28+(2,5(8,2−4,1)4,1+3,6−180)-0=57+(-134) мм

Е_н=

Поскольку выражения в скобках оказались отрицательными, тот вычисление ограничений производится по условию вписывания в габарит на прямой по формулам 2,11−2,12

Е_в^п =Е₀^п= 0.5(s^п-d)+q+w (2,11)

Е_в^п =Е₀^п=0,5(1526−1489)+3+28=50мм

Таким образом ограничения полуширины кузова для верхнего очертания составляют Е₀=50мм;Е_в=50мм;Е_н=51 мм

Для нижнего очертания габарита (для точек с координатами 1575,430 мм и ниже)

Для точек расположенных на расстоянии 1575 мм от оси пути;

Е₀=0,5(1465−1410)+3+28+(2,9−0)-75=-13,6=0

Е_в=0,5(1465−1410)+3+28+(2(11,1−5,55)5,55+2,9−0)-75+0=47 мм

Е_н

Для точек расположенных на расстоянии 1520 и 1230 мм от оси пути

Е₀=0,5(1465−1410)+3+28+(2,9−0)-25=37 мм

Е_в=0,5(1465−1410)+3+28+(2(11,1−5,55)5,55+2,9−0)-25+0=70 мм

Е_н

Для точек, расположенных на расстоянии 1220 и 115 мм

Е₀=Е_в=3+0,5*28=17 мм

Е_н=

Для точек, расположенных на расстоянии 871,5 и 718,5 мм от оси пути

Е₀=3+28+2,9=34 мм

Е_в=3+28+2(11,1−5,55)5,55+2,9=68 мм

Е_н

Ширину строительного очертания кузова определим по формуле 2,11

2В=2(В₀-Е) (2,11)

Где В-максимальная полуширина строительного очертания вагона на рассматриваемой высоте Н; В₀-полуширина соответствующего габарита на той же высоте; Е-ограничение полуширины вагона для одного из рассматриваемых сечений.

Для верхнего очертания габарита (для точек с координатами 1675,450 мм и выше)

— в основном сечении ;

2В₄₅₀=2В₁₁₆₀=2(1675−50)=3250 мм

2В₁₁₆₀=2В₃₈₅₀=2(1700−50)=3300 мм

2В₄₂₅₀=2(1600−50)=3100 мм

2В₄₅₀₀=2(1400−50)=2700 мм

2В₄₇₀₀=2(1160−50)=2220 мм

— во внутреннем сечении ;

2В₄₅₀=2В₁₁₆₀=2(1675−50)=3250 мм

2В₁₁₆₀=2В₃₈₅₀=2(1700−50)=3300 мм

2В₄₂₅₀=2(1600−50)=3100 мм

2В₄₅₀₀=2(1400−50)=2700 мм

2В₄₇₀₀=2(1160−50)=2220 мм

— в наружном сечении

2В₄₅₀=2В₁₁₆₀=2(1675−51)=3248 мм

2В₁₁₆₀=2В₃₈₅₀=2(1700−51)=3298 мм

2В₄₂₅₀=2(1600−51)=3098 мм

2В₄₅₀₀=2(1400−51)=2698 мм

2В₄₇₀₀=2(1160−51)=2218 мм

Для нижнего очертания габарита (для точек с координатами 1575,430 мм и ниже)

— для точек расположенных на расстоянии 1575 мм от оси пути

— в основном сечении

В₄₃₀=1575−0=1575 мм

— во внутреннем сечении

В₄₃₀=1575−47=1528 мм

— в наружном сечении

В₄₃₀=1575−25=1550 мм

Для точек расположенных на расстоянии 1520 и 1230 мм от оси пути

— в основном сечении

В₄₃₀=1520−37=1483 мм

В₁₁₅=1230−37=1193 мм

— во внутреннем сечении

В₄₃₀=1520−70=1450 мм

В₁₁₅=1230−70=1160 мм

— в наружном сечении

В₄₃₀=1520−89=1431 мм

В₁₁₅=1230−89=1141 мм

Для точек расположенных на расстоянии 1220 и 115 мм

— в основном и внутреннем сечении

В₁₁₅=В₁₃₀=1220+17=1237 мм

В₁₁₅=В₁₀₀=115−17=98 мм

— в наружном сечении

В₁₁₅=В₁₃₀=1220+38=1258 мм

В₁₁₅=В₁₀₀=115−38=77 мм

Для точек расположенных на расстоянии 871,5 и 718,5 мм от оси пути

— в основном сечении

В₁₃₀=871,5−34=837,5

В₁₄₀=718,5+34=752,5 мм

— во внутреннем и наружном сечении ни одна деталь не должна опускаться в пространство, ограниченное точками 871,5 и 718,5 мм.

Расстояние от оси пути до точки строительного очертания, определяющей границу горизонтали для деталей, возвышающихся над точками нижнего очертания габарита подвижного состава 871,5 и 718,5 мм, устанавливаем из выражения

В=720+Е

— в основном и внутреннем сечении

В₁₄₀=720+17=737 мм

— в наружном сечении

В₁₄₀=720+34=754 мм

2.3 Определение вертикальных размеров строительного очертания кузова вагона

Вертикальные размеры строительного очертания кузова поверху (для точек с координатами 1700,3850 мм и выше)

Н_3850,1700=3850 мм

Н_4250,1600=4250 мм

Н_4500,1400=4500 мм

Н_4700,1160=4700 мм

Наименьшие допускаемые вертикальные размеры строительного очертания кузова понизу (для точек с координатами 1160,1700 мм и ниже)

Н_1160,1700=Н_1160,1675=1160−78=1082 мм

Н_450,1675=450+78=528 мм

Н_430,1575=Н_430,1520=430+78=508 мм

Н_115,1230=Н_115,1220=115+78=193 мм

Н_130,871,5=130+78=208 мм

Н_140,718,5=140+78=218 мм

Н_115,115=115+78=193 мм

Н_100,115=100+78=178 мм

2.4 Определение горизонтальных поперечных размеров проектного очертания кузова вагона

Ширина проектного очертания кузова вагона на некоторой высоте Н над уровнем верха головки рельса определяется по формуле 2,12

2b=2B-2E_т (2,12)

Где E_т— конструктивнотехнологические отклонения, допускаемые при постройке вагона, в горизонтальной плоскости мм

Для верхнего очертания габарита (для точек с координатами 1675,450 мм и выше)

— в основном сечении ;

2b₄₅₀=2b₁₁₆₀=3250−2*13=3224 мм

2b₁₁₆₀=3300−2*13=3274 мм

2b₃₈₅₀=3300−2*23=3254 мм

2b₄₂₅₀=3100−2*23=3054 мм

2b₄₅₀₀=2700−2*23=2654 мм

2b₄₇₀₀=2220−2*23=2174 мм

— во внутреннем сечении ;

2b₄₅₀=2b₁₁₆₀=3250−2*13=3224 мм

2b₁₁₆₀=3300−2*13=3274 мм

2b₃₈₅₀=3300−2*23=3254 мм

2b₄₂₅₀=3100 -2*23=3054мм

2b₄₅₀₀=2700−2*23=2654 мм

2b₄₇₀₀=2220−2*23=2174 мм

— в наружном сечении

2b₄₅₀=2b₁₁₆₀=3248−2*13=3222 мм

2b₁₁₆₀=3298−2*13=3272 мм

2b₃₈₅₀=3298−2*23=3252 мм

2b₄₂₅₀=3098−2*23=3052 мм

2b₄₅₀₀=2698−2*23=2652 мм

2b₄₇₀₀=2218−2*23=2172 мм

Для нижнего очертания габарита (для точек с координатами 1575,430 мм и ниже)

— в основном сечении

b₄₃₀=1575−13=1562 мм

— во внутреннем сечении

b₄₃₀=1528−13=1515 мм

— в наружном сечении

b₄₃₀=1550−13=1537 мм

Для точек расположенных на расстоянии 1520 и 1230 мм от оси пути

— в основном сечении

b₄₃₀=1483−13=1470 мм

b₁₁₅=1193−13=1180 мм

— во внутреннем сечении

b₄₃₀=1450−13=1437 мм

b₁₁₅=1160−13=1147 мм

— в наружном сечении

b₄₃₀=1431−13=1418 мм

b₁₁₅=1141−13=1128 мм

Для точек расположенных на расстоянии 1220 и 115 мм

— в основном и внутреннем сечении

b₁₁₅=b₁₃₀=1237+13=1250 мм

b₁₁₅=b₁₀₀=98−13=85 мм

— в наружном сечении

b₁₁₅=b₁₃₀=1258+13=1271 мм

b₁₁₅=b₁₀₀=77−13=64 мм

Для точек расположенных на расстоянии 871,5 и 718,5 мм от оси пути

— в основном сечении

b₁₃₀=837,5−13=824.5

b₁₄₀=752,5+13=765.5 мм

— во внутреннем и наружном сечении ни одна деталь не должна опускаться в пространство, ограниченное точками 871,5 и 718,5 мм.

Расстояние от оси пути до точки строительного очертания, определяющей границу горизонтали для деталей, возвышающихся над точками нижнего очертания габарита подвижного состава 871,5 и 718,5 мм, устанавливаем из выражения

В=720+Е

— в основном и внутреннем сечении

В₁₄₀=737+13=750 мм

— в наружном сечении

В₁₄₀=754+13=767 мм

Вертикальные размеры строительного очертания кузова поверху (для точек с координатами 1700,3850 мм и выше)

Н_3850,1700=3850 мм

Н_4250,1600=4250 мм

Н_4500,1400=4500 мм

Н_4700,1160=4700 мм

2.5 Определение вертикальных размеров проектного очертания кузова вагона

Вертикальные размеры строительного очертания кузова поверху (для точек с координатами 1700,3850 мм и выше)

h_3850,1700=3850−40=3810 мм

h_4250,1600=4250−40=4210 мм

h_4500,1400=4500−40=4460 мм

h_4700,1160=4700−40=4660 мм

Наименьшие допускаемые вертикальные размеры строительного очертания кузова понизу (для точек с координатами 1160,1700 мм и ниже)

h_1160,1700=h_1160,1675=1082+20=1102 мм

h_450,1675=528+20=548 мм

h_430,1575=h_430,1520=508+20=528 мм

h_115,1230=h_115,1220=193+20=213 мм

h_130,871,5=208+20=238 мм

h_140,718,5=218+20=238 мм

h_115,115=193+20=213 мм

h_100,115=178+20=198 мм

Вертикальная габаритная рамка проектного очертания показана на рисунке 2.3.

Рисунок 2.2? Горизонтальная габаритная рамка проектного очертания кузова вагона на уровне рамы

Рисунок 2.3? Вертикальная габаритная рамка проектного очертания кузова вагона.

3.Описание конструкции крытого универсального вагона

Универсальный крытый вагон модели спроектирован по габариту 1-ВМ. Кузов таких вагонов имеет металлическую наружную обшивку и деревянную внутреннюю облицовку, а также оборудован двустворчатыми дверями имеющими увеличенную ширину дверного проема. Применение металлической обшивки кузова повышает его надежность работы в эксплуатации Увеличение ширины дверного проема обеспечивает более быстрый процесс погрузки и выгрузки, а следовательно, сокращение простоя под грузовыми операциями и ускорение оборота вагона Вагон загружают через двери и люки в крыше и боковых стенах.

Уширенный дверной проем усилен, повышена прочность пола кузова из расчета работы автопогрузчиков с осевой нагрузкой до 43 кН. Все несущие элементы рамы, стен и крыши изготовлены из низколегированной стали 09Г2Д, а обшивка торцовых стен и крыши из низколегированной стали 10ХНДП. Рама кузова состоит из хребтовой балки, двух боковых, двух концевых, двух шкворневых, двух основных и ceми промежуточных поперечных балок, четырех раскосов, шесте продольных балок для поддержания пола, одной балки для крепления тормозного цилиндра и двух подножек. Хребтовая балка сварена из двух Z-образных профилей № 31. В концевых ее частях установлены задние упоры автосцепки, объединенные с надпятниковой отливкой шкворневого узла, а также розетки, отлитые заодно целое с передними упорами автосцепки. Боковые балки выполнены из швеллеров № 20. В зоне дверного проема к балкам приварены пороги из специальных Z-образных профилей. Концевые: балки сварные П-образного сечения и выполнены из листов толщиной 6 мм. В месте постановки розетки балка имеет нишу глубиной 180 мм, позволившую заглубить розетку и уменьшить вылет автосцепки с 610 до 430 мм. Такое решение позволило увеличить внутреннюю длину и повысить объем кузова без — изменения размеров вагона по осям сцепления автосцепок. Для безопасной работы составителей поездов на концевой балке установлены поручни. Шкворневые балки сварные коробчатого сечения. Каждая из них состоит из двух вертикальных толщиной 6 мм, верхнего (8 мм) и нижнего (10 мм) горизонтальных листов. В местах пересечения шкворневых балок с хребтовой установлены стальные надпятниковые коробки, связывающие вертикальные стенки хребтовой балки, а также усиливающие пятниковый узел рамы. К нижним листам шкворневых балок приклепаны пятники и скользуны. Основные поперечные балки сварные двутаврового сечения, выполненные из листов толщиной 6 мм. Для обеспечения равнопрочности конструкции рамы концевые, шворневые и основные поперечные балки имеют переменную высоту по своей длине. Раскосы рамы изготовлены из швеллера № 14, а поперечные и продольные вспомогательные балки для поддержания пола — из гнутых швеллеров 100×80×5 мм. Для передвижения вагонов лебедкой на каждом конце боковых балок рамы приварены специальные скобы. На раму настлан пол из досок толщиной 55 мм, соединенных вчетверть. По периметру пол армирован уголком. В зоне дверного проема, где интенсивно работают автопогрузчики, деревянный настил пола покрыт металлическими листами толщиной 4 мм.

Боковая стена безраскосной конструкции. Стена имеет каркас и обшивку: металлическую наружную и деревянную внутреннюю. Для загрузки и выгрузки вагона в средней части стены расположены самоуплотняющиеся двери и два люка, снабженные вентиляционными решетками. Каркас стены включает обвязку, две шкворневые, шесть промежуточных и две дверные стойки. Верхняя обвязка выполнена из уголка 90×56×8 мм, шкворневые и промежуточное стойки — из гнутого омегаобразного профиля толщиной 6 мм, а дверные стойки — из Z-образного профиля размером 100×75×6,5 мм и направляющего уголка размером 75×50×6 мм. К раме стена приварена через продольную боковую балку рамы, а к торцовым стенам — через угловые стойки Наружная обшивка стен изготовлена из гофрированных листов толщиной 3 мм снизу и 2,5 мм сверху, а внутренняя — из влагостойкой фанеры марки ФСФ толщиной 10 мм. Внутренняя обшивка прикреплена к каркасу болтами и обрамлена в стыках уголком. В каждом дверном приеме шириной 3825 мм установлено по две створки двери и, на одной из которой в нижней части имеется обезгруживающий люк. Механизм открывания этого люка сблокирован с механизмом открывания и закрывания створок дверей и исключает его случайное открывание. Герметизация и самоуплотнение створок дверей по стопкам обеспечиваются давлением сыпучего груза и резиновыми элементами, а между собой в створе — обвязкой левой двери специальной конфигурации, в паз которой заходит обвязка правой двери. Герметизация дверей снизу обеспечивается давлением груза и прижатием нижней обвязки к порогу дверного проема. Каждая из створок дверей и состоит из каркаса, обшитого снаружи металлическими листами толщиной 1,4 мм, а изнутри — фанерой толщиной 8 мм. Створки двери перемещаются по прикрепленному над дверным проемом рельсу на роликах с шариковыми подшипниками. Каркасы створок дверей состоят из верхней, нижней и боковой обвязок. Верхние обвязки имеют Z-образный профиль, нижние — П-образный, боковые крайние — уголки. Средние обвязки соответственно на левой створке двери имеют специальный профиль, свариваемый из уголка и гнутого элемента, внутрь которого для жесткости введены деревянные брусья, а на правой двери — П-образный профиль. Для защиты правой створки двери от повреждений при резком открывании на второй от дверного проема стойке кузова установлен амортизатор, состоящий из корпуса, пружины, шайбы и стержня. Крышки боковых люков с вентиляционной решеткой выполнены из штампованных стальных листов толщиной 2 мм и замков, обеспечивающих удержание крышек в закрытом положении. Замки открываются только изнутри вагона.

Торцовая стена изготовлена из каркаса, наружной металлической и внутренней деревянной обшивок, обрамленных по полу уголком, а по углам — уголком. Каркас состоит из двух угловых и двух промежуточных стоек, связанных верхней обвязкой. Наружная металлическая обшивка выполнена из гофрированных листов толщиной 3 мм снизу и 2,5 мм сверху, а внутренняя — из влагостойкой фанеры толщиной 10 мм. Угловые стойки изготовлены из гнутого уголка 80×80×6 мм, промежуточные стойки — из О-образного элемента 230×135×6 мм, а верхняя обвязка — из специального профиля толщиной 6 мм. Нижней обвязкой стены служит концевая балка рамы.

Крыша кузова— цельносварная с четырьмя загрузочными люками диаметром 400 мм и двумя типовыми печными разделками. К боковым и торцовым стенам кузова крыша крепится заклепками диаметром 10 мм и при ремонте может демонтироваться от кузова с меньшей трудоемкостью. Печные разделки предусмотрены для установки труб печей отопления на случай людских перевозок. На крышу к загрузочным люкам и печным разделкам можно подняться по торцовой лестнице и подмосткам. Крыша имеет металлический каркас, обшитый снаружи гофрированными листами толщиной 1,5 мм, и две фрамуги, с помощью которых крыша крепится к торцовым стенам. Фрамуги выполнены из металлических листов толщиной 2 мм с выштамповками для жесткости и древесноволокнистой подшивки. Каркас крыши образован набором дуг, продольных элементов, расположенных в средней части, и двух боковых продольных обвязок. Дуги выполнены из гнутых швеллеров 60×50×3 мм, средние продольные элементы — из гнутого уголка 32×32×3 мм, а боковые обвязки — из двух уголков 56×56×5 мм. Листы наружной обшивки приварены к дугам, продольным элементам и верхней обвязке боковых стен. Между собой листы, крыши сварены внахлестку и для большей жесткости выполнены с поперечно расположенными гофрами высотой 22 мм. Изнутри крыша подшита влагостойкой фанерой толщиной 4 мм в два слоя, которая плотно прилегает к листам кровли снизу, образуя потолок. Фанера прикреплена к обшивке уголками и скобами. Такое крепление подшивки практически исключает ее повреждение при погрузке и выгрузке вагона.

Крышки люков крыши двумя петлями крепят к листу бив закрытом положении фиксируют специальными замками, открывающимися изнутри вагона. Крышки печных разделок, установленных на крышках люков, удерживаются в закрытом положении винтами.

4. Расчет оси колесной пары условным методом. Расчёт подшипников качения на долговечность

4.1 Расчет оси колесной пары условным методом

Рисунок 4.1-Схема колёсной пары.

h=1.45 м-высота центр масс вагона оси колёсной пары;

2s=1,58 м-расстояние между кругами катания колёс;

2l=2,036 мрасстояние между серединами шеек оси;

L₁=0,176 м-длина шейки оси

L₂=0,228 м-расстояние от середины шейки оси до круга катания колеса.

Расчётные сечения1−1-по середине галтелей шейки оси;

2−2-по кругу катания колеса;

3−3-по середине оси.

Вертикальная сила

Р=1,25Р_с (4.1.1)

Горизонтальная

Н=0,5Р_с (4.1.2)

Где Р_с-статическая нагрузка на ось от веса брутто вагона

1,25 и 0,5-коэффициенты, учитывающие действие вертикальной динамической силы и боковых сил соответственно.

Статическая нагрузка на ось

Р_с=(Р₀m₀-m₀m_кпg)/m₀ (4.1.3)

Где Р₀-допускаемая осевая нагрузка, m₀-осность вагона; m_кп-масса колёсной пары.

Р_с=(230*4−4*1,206*9,81)/4=214 кН

Р=1,25*214=268 кН

Н=0,2*214=107 кН

Сила, приходящаяся на левую шейку оси

Р₁=Р/2+Нh/2l=268/2+107*1,45/2,036=210 кН

На правую шейку оси

Р₂=Р/2-H (h)/2l=268/2−107*1,45/2,036=58 кН

Вертикальные реакции рельсов

— для левого колеса

N₁=P/2+H (h+r)/2s=268/2+107*1,9/1,58=263 кН

Для правого колеса

N₁=P/2-H (h+r)/2s=268/2−107*1,9/1,58=5 кН

Изгибающие моменты в расчётных сечениях оси

Сечение 1−1

М₁=Р₁(l₁/2)=210*0,176/2=18 кН*м

Сечение 2−2

М₂=Р₁l₂+Hr=210*0,228+107*0,45=96 кН*м

Сечение 3−3

М₃=Р₁l+Hr-N₁s=210*1,018+107*0,45−263*0,79=54 кН*м

Минимальные допустимые в эксплуатации диаметр оси в расчётном сечении

(4.1.4)

Где М_i-момент в итовом сечении; (у)-допускаемое напряжение

В сечении 1−1 120МПа

В сечении 2−2 165 МПа

В сечении 3−3 155 Мпа

4.2 Расчёт подшипников качения на долговечность

Вертикальная статическая сила, действующая на 1 подшипник в эксплуатации

(4.2.1)

где — число подшипников в одной буксе, =2;

— статическая нагрузка на вагон от перевозимого груза;

Т — сила тяжести массы вагона;

— собственная сила тяжести колесной пары, = кН;

Сила тяжести груза и вагона

230*4=920 кН

Наибольшая нагрузка на центральный ролик подшипника

(4.2.2)

где z — число роликов подшипника, z = 14;

4,6*53/14=17,4 кН

Контактные напряжения

у (4.2.3)

где — фактическая длина ролика, =0,038 м;

— диаметр ролика, =0,032 м;

— радиус дорожки качения внутреннего или наружного кольца;

=0,08 м; =0,112 м.

«+» — при определении напряжения на внутреннем кольце;

«-» — на наружном кольце.

Находим напряжения: во внутреннем кольце

у_В

— в наружном кольце

у_Н

Таким образом контактная прочность обеспечивается, так как полученные расчетные напряжения не превышают допускаемое напряжение равное 3500МПа.

Эквивалентная динамическая сила, приходящаяся на подшипник

Р_э=Р_стК_д (4.2.4)

Р_э=0.2472*53=13.1 кН

Долговечность подшипника

(4.2.5)

Где С_r-динамическая радиальная грузоподъёмность подшипника;

D_к-димаетр круга катания средне изношенного колеса.

5. Проверка устойчивости вагона против схода с рельсов

Оценку устойчивости против схода с рельсов вагона, производим по коэффициенту запаса устойчивости.

Коэффициент устойчивости колёсной пары против схода рельса определяется зависимостью

(5,1)

где угол наклона образующей конусообразной поверхности гребня колеса с горизонталью=60⁰;

=0,25-коэффициент трения поверхностей колёс и рельсов;

Р_в-вертикальная нагрузка от набегающего колеса на рельс;

Р_б-боковое усилие взаимодействия гребня набегающего колеса и головки рельса;

[К_ус]=1,4-допускаемое значение коэффициента запаса устойчивости.

Вертикальная нагрузка равна

Р_в=2Q^cn_ш (5,2)

Боковая сила равна

Р_б=Н_р+

где Q^ст_ш — сила тяжести обрессоренных частей вагона, действующих на шейку оси;

g_кп — сила тяжести необрессоренных частей;

— расчётное значение коэффициента вертикальной динамики

— расчётное значение коэффициента динамики боковой качки

— расчётное значение рамной силы;

2b=2,036 м.- расстояние между серединами шеек оси.

l=1.58 м.-среднее расстояние между точками контакта колёс с рельсами;

а₁ и а₂-расчётные расстояния о точек контакта до середин шеек: а₁=0,25 м, а₂=0,22 м.;

r=0.45м. — радиус среднеизношенного колеса.

Сила тяжести обрессоренных частей вагона на шейку оси

Q^ст_ш= (5,3)

где m_бр-масса брутто вагона, т

m_т-масса тележки, т

m_н/б-масса надрессорной балки, т

m_рп-масса рессорного подвешивания тележки, т

п_ш-число шеек осей колёсных пар в вагоне

g=9.81м/с²

Q^ст_ш=

Сила тяжести необрессоренных частей на одну колёсную пару

g_кп=(m_кп+m_р)g

где m_кп-масса колёсной пары с буксовыми узлами, т

m_р-масса боковой рамы, т

g_кп=(1,402+0,403)*9,81=18 кН

Коэффициент вертикальной динамики

=0,75К_дв

К_дв=а+3,6*10^-4b₁

где а-коэффициент, равный для обресоренных частей тележки 0,1;

b₁-коэффициент, учитывающий влияние числа осей=(2+п_т)/2п_т

п_т-число осей в тележке

v=33м/сконструктивная скорость

f_ст=0,05 м.-статический прогиб рессорного подвешивания

К_дв=0,1+3,6*10^-4*1*(33−15)/0,05=0,2296

=0,75*0,2296=0,1722

Коэффициент динамики боковой качки

=0,25* К_дв=0,25*0,2296=0,0574

Рамная сила

=Р₀b₁(5+V)

где Р₀-расчётная статическая осевая нагрузка

b₁=1

=0,003-коэффициент, учитывающий тип ходовых частей вагона

К_ус=

=1,69>1.4

Устойчивость колёсной пары против схода с рельса обеспечивается.

6. Расчёт экономической эффективности проектируемого грузового вагона

При технико-экономических расчетах и обосновании эффективности использования вагонов при перевозке одних и тех же грузов сравнивают следующие основные показатели[7]:

* удельный объем (удельная площадь);

* использование грузоподъемности;

* технический коэффициент тары;

* нагрузки от оси на рельсы и на один метр пути:

* себестоимость перевозки грузов;

* эксплуатационные и капитальные затраты;

* натуральные показатели: затраты металла при постройке и топлива, электроэнергии — при эксплуатации вагона.

В результате расчетов показателей по последним трем пунктам можно определить срок окупаемости и решить вопрос о целесообразности внедрения разработанной конструкции вагона.

Рассмотрим приближенную методику определения экономической эффективности разработанной конструкции вагона.

Основным критерием при решении вопроса о целесообразности внедрения предлагаемой конструкции вагона является выполнение условия

Е_р?Е_н (6.1)

где Ер, Е_н— расчетный и нормативный коэффициенты эффективности.

Расчетный коэффициент эффективности определяют только для величины дополнительных капитальных вложений в производство вагона той иной конструкции (по сравнению с существующей) по формуле

Е_р=Э/К_доп (6.2)

Где Э — экономия эксплуатационных расходов при выполнении вагонами новой конструкции расчетного грузооборота,

Э = Сн-Сс, (6.3)

Где С — годовые эксплуатационные расходы для новой и существующей конструкций вагона, у. е.;

Кдопдополнительные капитальные вложения при внедрении новых конструкций вагонов, у. е.,

К_доп= Кн-Кс, (6.4)

Где Ккапитальные вложения на приобретение новых и существующих вагонов, потребных для выполнения расчетного грузооборота, у. е.

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

С_{н (с)}=С_гN (6.5)

где С, — годовые эксплуатационные расходы, приходящиеся на один вагон, у. е.;

Nколичество вагонов, необходимых для выполнения расчетного грузооборота.

Годовые эксплуатационные расходы, приходящиеся на один вагон,

С_г=С_грmk_г (6.6)

где С_гр— себестоимость перевозки грузов в данном вагоне;

mk_г -годовая производительность вагона в т* км нетто.

Проектная (плановая) годовая производительность вагона

(6,7)

где Р — грузоподъемность вагона, т;

лкоэффициент использования грузоподъемности вагона;

S — среднесуточный пробег вагона, величину которого для расчета принимают равной 250 км;

365 — число дней в году;

п_пр— число нерабочих дней вагона (время нахождения во всех видах ремонта и технического обслуживания), принимаемое равным 55;

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

Количество вагонов, необходимых для выполнения расчетного грузооборота,

_(6,8)

где расчетный годовой грузооборот, выполняемый вагонами рассматриваемого типа, т*км нетто.

Для расчета годовых эксплуатационных расходов при выполнении расчетного грузооборота существующей конструкцией вагона и спроектированной необходимо определить значение себестоимости перевозки грузов для сравниваемых вариантов вагонов. Так как в конечном итоге необходимо найти разность эксплуатационных расходов, то рассчитывают только переменные расходы, зависящие от размеров движения, а независящие (постоянные) расходы не учитывают.

Если известна себестоимость перевозки грузов в существующей конструкции вагона, то себестоимость в спроектированном вагоне можно рассчитать методом корректировки. Сущность этого способа заключается в корректировке величины себестоимости перевозки с учетом специфики перевозки грузов в вагонах иных конструкций. Корректировку осуществляют по слагаемым себестоимости перевозки грузов. В качестве слагаемых выступают расходы перевозочного процесса, расчлененные на три операцииначально-конечную, транзитную и передвижения, т. е. себестоимость перевозки грузов может быть представлена в виде следующей суммы;

Сгр = Снк+ Ст +Сп, (6,9)

Где Снк, Ст, Сп~ себестоимость перевозки в части расходов по начально-конечной, транзитной операциям и операции передвижения, у. е.

Капитальные вложения на приобретение вагонов, погребных для выполнения расчетного грузооборота,

Кн (с)= Цн (с)+Nн© (6,10)

где Цн (с) — цена новой или существующей конструкции вагона, у. е.;

Nн (с) — количество вагонов новой или существующей конструкции, необходимых для выполнения расчетного грузооборота.

1. А. В. Пигунов Выбор основных параметров проектируемого вагона Гомель 2009;61 с.

2. В. В. Пигунов Вписывание проектируемого вагона в габарит Гомель 2009;86 с.

3 Невзорова Н. Н. Пастухов И.Ф. Пигунов В. В. Проверка вписывания проектируемого вагона в габарит Ч .1. Гомель 1983 32с.

4 Пастухов И. Ф. Пигунов В.В. проверка вписывания проектируемого вагона в габарит Ч2. Гомель 1984. 34с.

5 Пастухоа И. Ф. Пигунов В.В. Кошкалда Р. О. Конструкция вагонов Москва 2004 503с.

6 Пигунов В. В. Ходовые части вагонов. Расчёт деталей. Учебное пособие. — Гомель 2005.-С.25

7 А. В. Пигунов Конструкция, теория и расчёт вагонов. Гомель 2009;34 с.