Проектирование универсального крытого вагона

      В формулах:

      S - максимальная ширина колеи в прямом Sпр или кривом Sкр участке пути расчетного радиуса, Sпр = 1526 мм; Sкр = 1541 мм;

      d – минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колес, d = 1489 мм;

      q – наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении из центрального положения в одну сторону рамы тележки относительно колесной пары вследствие зазоров при максимальных износах в буксовом узле. Для буксового узла с роликовыми подшипниками q = 3 мм;

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

      2l - расстояние между направляющими сечениями вагона - база вагона, м;

      n – расстояние от рассматриваемого поперечного сечения кузова до ближайшего направляющего   сечения   вагона;

      К1 – дополнительное поперечное смещение в кривой расчетного радиуса R тележечного подвижного состава;

      К2 - коэффициент, зависящий от расчетного радиуса кривой R;

      К3 - половина принятого на железных дорогах РФ льготного уширения габарита подвижного состава в кривых участках пути.

      Подставляя в формулы цифровые данные, получим для кузова вагона Ео, Ев и Ен для верхнего очертания габарита 1-ВМ: 

Ео = 0,5·(1541 – 1489) + 3 + 28 + [2,14 – 180] = 57 + [- 177,86] мм; 

Ев = 0,5·(1541 – 1489) +3 +28 +[2,5·(11 –5,5)·5,5 +2,14 –180] = 57 + [- 102,24] мм; 

Ен = (0,5·(1541 – 1489) + 3 +28)· + [2,5·(11 + 2,27)·2,27 –2,14 –180] =         = 80 + [ - 106,83] мм. 

      Следует отметить, что отрицательная величина, стоящая в квадратных скобках, в данном случае не учитывается, т.е. принимается равной нулю. Отрицательное значение скобки свидетельствует о том, что льготное уширение габарита в кривом участке пути недоиспользуется.

      В общем случае величина, заключенная в квадратных скобках формул учитывается, если результат их подсчета получается положительным или отрицательным, но по абсолютному значению не превышающим 8 мм или 8 мм. При несоблюдении этих условий квадратные скобки принимаются равными нулю, а вписывание вагона производится в габарит прямого участка пути, т.е. 

Еопр = Евпр = 0,5·(1526 – 1489) + 3 + 28 = 50 мм; 

Енпр = (0,5·(1526-1489) + 3 + 28)·

= 70 мм. 

      Таким образом, окончательное ограничение полуширины кузова четырехосного крытого вагона составляет: 

Ео = 50 мм; Ев = 50 мм; Ен = 70 мм. 

      Рассчитаем ширину строительного очертания кузова крытого вагона 2ВС на некоторой высоте над уровнем верха головок рельсов:

      в направляющем и среднем сечениях 

2В0 = 2ВВ = 2·(1700 – 50) = 3300 мм; 

      в концевом сечении 

2ВН = 2·(1700 – 70) = 3260 мм. 

      По полученным значениям строим горизонтальную габаритную рамку строительного очертания вагона (рисунок 4.1).

      Вывод: таким образом, ни одна деталь, расположенная в расчетных точках рассмотренных поперечных сечений кузова проектируемой конструкции четырехосного крытого вагона и груза, не выходит за пределы полученных размеров проектного очертания. 

 

 

5 Расчет  надрессорной балки тележки крытого вагона 

     Надрессорная балка рассматривается как балка, свободно лежащая своими концами на двух опорах — рессорных комплектах (рисунок 5.1, а). При этом, основным является ее расчет на изгиб в вертикальной плоскости.

     Возможны две схемы нагружения балки в вертикальной плоскости:

     1) при движении вагона на прямой (рисунок 5.1, б), когда отсутствует центробежная сила и вся вертикальная нагрузка передается через подпятник;

     2) при движении вагона в кривой (рисунок 5.1, в), когда действует центробежная сила, вызывающая наклон кузова на боковые скользуны. При этом вертикальная нагрузка распределяется между подпятником и скользуном. 

 

Рисунок 5.1 – расчетные схемы и эпюры сгибающих моментов для надрессорной балки: 

а – общая схема загружения надрессорной балки; б – первая схема загружения; в – вторая схема загружения 

     Исходные данные: допускаемая осевая нагрузка р0 = 210 кН; осность вагона m0 = 4; база вагона 2l = 11 м; расстояние от опорной плоскости пятников до центра тяжести кузова hц = 1,98 м; масса тележки mт = 4,68 т; масса надрессорной балки mнб = 0,45 т; скорость движения вагона V = 33 м/с; статический прогиб рессорного подвешивания тележки fст = 0,05 м; расстояния от центра рессорного комплекта до расчетных сечений I-I и II-II — l1 = 1,018 м, l2 = 0,256 м; расстояние между точками приложения сил Рб —   b = 0,762 м; моменты сопротивления балки изгибу в вертикальной плоскости для верхних и нижних волокон расчетных сечений I-I и II-II: Wв1 = 3466·10 6 м3, Wн1 = 2802·106 м3, Wв2 = 1135·10 6 м3, Wн2 = 1344·10 6 м3; материал надрессорной балки сталь 20ГФЛ; допускаемые напряжения для стали  20ГФЛ — [σ] = 150 МПа.

     1. Определим вес элементов вагона, через которые передается нагрузка от надрессорной балки на рельсы, 

Р= 2(mт – mнб)g = 2(4,68 – 0,45)9,81 = 83 кН. 

     2. Вычислим вес вагона брутто 

Pбр = 4·210 = 840 кН. 

     3. Рассчитаем вертикальную статическую нагрузку, приложенную 
к подпятнику надрессорной балки 

Рст =

= 378,5 кН 

     4. Найдем, среднее и максимальное значения коэффициента вертикальной динамики 

дв = 0,1 + 3,6·10-4·1· = 0,23; 

Кдв = 2,114·

= 0,43. 

     5. Подсчитаем вертикальную динамическую нагрузку, действующую на подпятник надрессорной балки 

Рд = 378,5·0,43 = 162,76 кН. 

     6. Определим массу кузова брутто 

= - 2mт = - 2·4,68 = 76,27 т. 

     7. Вычислим величину продольной силы инерции кузова брутто при апрод = 0,2g 

Nи = 76,27·0,2·9,81 = 149,64 кН. 

     8. Рассчитаем вертикальную составляющую от сил инерции при 
торможении 

Ри =

= 26,94 кН. 

     9. Определим расчетную вертикальную силу, приложенную в центре подпятника надрессорной балки 

Р = 378,5 + 162,76 + 26,94 = 568,2 кН. 

     10. Приближенным методом рассчитаем центробежную силу, действующую на кузов при прохождении вагоном кривого участка пути 

Нц = 0,075·(840 – 83) = 56,78 кН. 

     11. Определим вертикальную нагрузку, вызванную действием центробежной силы 

Рб =

= 73,77 кН. 

     12. Вычислим вертикальную дополнительную реакцию рессорного комплекта от действия сил Рб 

Rб = 73,77·

= 27,61 кН. 

     13. Определим величины изгибающих моментов:

     в среднем сечении (сечении I-I) для первой схемы загружения 

   М1 =

·1,018 = 289,21 кН·м = 289,21·10-3 МН·м; 

     в сечении по скользуну (сечении II-II) для второй схемы загружения 

М2 =

·0,256 = 79,8 кН·м = 79,8·10-3 МН·м. 

     14. Подсчитаем нормальные напряжения в расчетных сечениях надрессорной балки.

     Напряжения в среднем сечении балки (I-I) равны:

     в верхних волокнах 

σвв1 =

= - 83,44 МПа; 

      в нижних волокнах 

σнв1 =

= 103,22 МПа. 

     Напряжения в сечении балки по скользуну (II-II):

     в верхних волокнах 

σвв2 =

= - 70,31 МПа; 

     в нижних волокнах 

σнв2 =

= 69,76 МПа. 

     15. Учтем действие на надрессорную балку горизонтальных нагрузок, увеличивая расчетные напряжения от вертикальных сил на 20%, 

σ = 1,2·103,22 = 123,86 МПа.  

     Поскольку максимальные нормальные напряжения, возникающие в материале надрессорной балки, не превышают допускаемых, равных 150 МПа, можно сделать вывод о том, что прочность балки обеспечена. 

 

Заключение 

     Во  введении описана ситуация в вагоностроении нашей страны и тенденции развития на ближайшие годы. В конце введения приведены исходные данные для выбранного универсального крытого вагона.

     В первом разделе пояснительной записки провели анализ существующих конструкций универсальных крытых вагонов, рассмотрели их виды и модификации. Выбрали базовую модель универсального крытого вагона, на основе которой далее рассчитывался крытый вагон нового поколения.

     Во втором разделе пояснительной записки описана общая характеристика универсального крытого вагона. Подробно описываются конструктивные особенности кузова и рамы вагона. Более кратко описываются ходовые части, автосцепное и автотормозное оборудование. Дается описание тележек, автосцепного устройства нового поколения.

     В третьем разделе выполняются  расчёты основных                        технико-экономических параметров проектируемого крытого вагона.

     В четвёртом разделе пояснительной  записки производен расчет вписывания спроектированного универсального крытого вагона в габарит. По результатам расчётов была построена габаритная рамка строительного очертания вагона.

     В пятом пункте пояснительной записки  в соответствии с индивидуальным заданием выполнен расчёт надрессорной балки пассажирской тележки.

     К пояснительной записке приложены  два листа формата А1 с выполненными на них чертежами универсального крытого вагона и надрессорной балки  пассажирской тележки.

 

Список  использованной литературы 
 

1. Пастухов И. Ф., Пигунов В. В., Кошкалда Р. О. Конструкция вагонов: Учебник для колледжей и техникумов ж.- д. транспорта. — 2-е изд. — М.: Маршрут, 2004. — 504 с. 

2. Конструирование и расчет вагонов: Учебник для вузов ж.-д. трансп./ В. В. Лукин, Л. А. Шадур, В. Н. Котуранов, А. А. Хохлов, П. С. Анисимов.; Под ред.   В. В. Лукина. М.: УКМ МПС России, 2000. 731 с.