Габарит подвижного состава

ФГБОУ ВПО «Брянский Государственный  Технический Университет»

 

Кафедра «Подвижной состав железных дорог»

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа №1

по дисциплине «Конструирование и  расчёт вагонов»

 

 

 

 

 

 

Слушатель: Д.Н.Дорохин

Преподаватель: д.т.н. проф. В.В.Кобищанов В.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Брянск 2013г.

 

Содержание:

 

1 Основные Требования, предъявляемые к вагонам. 3

2 Основные Технико-экономические параметры вагона 5

3 Габариты подвижного состава 7

4 Устройство колёсных пар 11

5 Конструкции применяемых подшипников качения и способы их посадки на шейку оси 21

6 Список использованной литературы 25

 

 

 

 

 

 

1. Основные Требования, предъявляемые к вагонам.

Новые конструкции грузовых вагонов независимо от их назначения необходимо создавать с учетом как современных, так и перспективных требований эксплуатации, и обеспечивать при этом безопасность движения, прочность и надежность. Кроме того, должны быть обеспечены максимальные удобства и наименьшие затраты при изготовлении, обслуживании и ремонте в эксплуатации, а также предусмотрена возможность модернизации. Особое внимание при проектировании следует обращать на обеспечение техники безопасности обслуживающего персонала. Необходимо предусматривать максимальное снижение веса тары вагонов, экономное расходование металла и других материалов, а также обеспечение технологичности конструкций. Применяемые металлы и лакокрасочные покрытия должны увеличивать стойкость элементов вагона против коррозии. Конструкция вагона должна обеспечивать неповреждаемость и сохранность перевозимых грузов при их транспортировании и маневровых работах.

Необходима  максимальная унификация узлов и деталей вагонов. Они должны отвечать требованиям действующих ГОСТ, ОСТ, унифицированных чертежей, а также правилам технической эксплуатации соответствующих железных дорог. Вагоны должны быть максимально приспособлены для комплексной механизации -погрузочно-разгрузочных работ, а их конструкция — позволять рационально использовать существующие и разрабатываемые на перспективу на транспорте и промышленных предприятиях погрузочно-разгрузочные средства.

Грузовые  вагоны должны иметь мощную несущую  металлоконструкцию рамы, обеспечивающую безотказную эксплуатацию на сортировочных горках и в тяжеловесных поездах, а также прочную и по возможности простую конструкцию кузова и элементов оборудования.

Кроме этих основных требований для  всех грузовых вагонов, к конкретным вагонам дополнительно предъявляют специфические требования, связанные с особенностями перевозимых в них грузов и эксплуатационных условий. При выборе параметров и разработке новых конструкций грузовых вагонов для обеспечения повышения провозной способности железных дорог необходимо предусматривать следующее:

1. Максимальное использование допускаемой для грузового вагона погонной нагрузки на 1 м пути, что позволяет увеличить вес поезда, не изменяя его длины. Одновременно следует максимально использовать допускаемую нагрузку от оси на рельс.
2. Повышение коэффициента использования номинальной грузоподъемности вагонов, для чего удельные объемы и площади их должны соответствовать структуре и параметрам перевозимых грузов. При этом необходимо максимально использовать габаритные возможности подвижного состава, чтобы повышение удельных объемов не приводило к увеличению длины вагона и снижению погонной нагрузки на путь.
3. Применение современных ходовых частей, тормозного и автосцепного оборудования. [1]

 

Крытый  вагон модели 11-280 предназначен для перевозки штучных, тарно-штучных, пакетированных, насыпных грузов, а также дорогостоящих приборов, различных механизмов, станков, машин и других грузов, требующих укрытия и защиты от воздействия атмосферных осадков

Основные  узлы крытого вагона модели 11-280:

Кузов – узел вагонов, предназначенный для размещения грузов. Конструкции кузова имеют раму, боковые и торцевые стены, крышу, двери и люки для загрузки и выгрузки грузов.

Ходовые части – узел вагонов, функциональным назначением которого является безопасное взаимодействие вагона с железнодорожным путем во всем диапазоне скоростей движения.

Ударно-тяговые  приборы – узел вагонов, функциональным назначением которого является:

• обеспечение сцепления единиц подвижного состава между собой;
• удержание вагонов на определенном расстоянии друг от друга;
• передавать продольные тяговые и сжимающие усилия, уменьшать уровень динамических составляющих этих сил.

Автотормозное оборудование – узел вагонов, функциональным назначением которого является обеспечение возможности регулирования скоростей движения поездов и их остановки, а также удержание отдельных вагонов и поездов в остановленном состоянии.

Рисунок 1 – Основные узлы крытого вагона модели 11-280

2. Основные Технико-экономические параметры вагона

Технико-экономические  параметры – это комплекс показателей, характеризующих эффективность обоснованного использования единицы подвижного состава. Основными параметрами грузовых вагонов являются: грузоподъемность (Р, т), тара (Т, т), объем кузова (V , м³) или площадь пола (F , м²), общая длина вагона (2L_o6 , м) по осям автосцепок, осность (т₀), габарит по ГОСТ 9238-83.[2, 6]

К основным технико-экономическим показателям  и удельным параметрам грузовых вагонов  относятся:

1. Технический коэффициент тары. K_Т =Т/Р;

2. Удельный объем кузова, V_уд= V/P, м³/т;

3. Удельная площадь пола, f_yд = F/Р, м²/т;
4. Нагрузка от колесной пары (от одной оси) на рельс: Р₀=9.81×(Р+Т)/ т_0, кН;

5. Нагрузка на 1 м пути. Р_l^бр =(Р+Т)/2L_0б, т/м.

Таблица 1 – Основные технико – экономические показатели вагона

Параметр	Величина параметра
Грузоподъемность, т	68
Тара не более, т	26
Объем кузова, м3	138
Осевая нагрузка на путь, т	23,5
Площадь пола, м2	43,46
Коэффициент тары	0,38
Удельный объем кузова, м3/т	2,03
Удельная площадь пола, м2/т	0,639
Погонная нагрузка на путь, т/м	5,54
Технические условия	ТУ 24.05.949-2007
Ширина колеи, мм	1520
Длина вагона: по осям сцепления автосцепок, мм	16970
База вагона, мм	12240
Внутренние размеры кузова, мм: высота по осевому сечению высота по боковой стене длина ширина	3260 2870 15724 2764
Высота вагона: от уровня головки  рельсов до оси автосцепок, мм от уровня головки  рельсов до уровня пола, мм	1040…1080 1286
Количество и тип дверей, шт	По две с каждой стороны, раздвижные, несамоуплотняющиеся
Количество загрузочных люков  в боковых стенах, шт	4
Скорость конструкционная, м/с (км/ч)	33,3 (120)
Габарит по ГОСТ 9238-83	1-ВМ
Количество осей, шт.	4
Модель 2-осной тележки	18-100 (18-2128)

Основным  перспективным вариантом улучшения  технико-экономических показателей  крытых вагонов является уменьшение металлоёмкости и, как следствие, коэффициента тары (при условии обеспечения требуемых прочностных характеристик), а также увеличение объема внутреннего пространства кузова. Другим важным направлением является совершенствование тележек с целью повышения осевой нагрузки с 23,5т/ось до 25-27т/ось с одновременным повышением реальной эксплуатационной скорости до 120км/ч.

3. Габариты подвижного состава

Для обеспечения безопасности движения поездов установлены предельные размеры (контуры) приближения строений к оси пути и максимальные размеры (контуры) допускаемого к обращению  подвижного состава. Эти предельные и максимальные контуры называют соответственно габаритами приближения строений и габаритами подвижного состава железных дорог.

Габарит приближения строений – предельные поперечные (перпендикулярные оси пути) очертания, внутрь которых помимо подвижного состава не должны заходить никакие части сооружений и устройств, а также лежащие около пути материалы, запасные части и оборудование, за исключением частей устройств, предназначаемых для непосредственного взаимодействия с подвижным составом, при условии, что положение этих устройств во внутригабаритном пространстве увязано с частями подвижного состава, с которыми они могут соприкасаться, и что они не могут соприкасаться, и что они не могут вызвать соприкосновения с другими элементами подвижного состава.

Габарит подвижного состава – поперечные (перпендикулярные оси пути) очертания, в которых, не выходя наружу, должен помещаться установленный на прямом участке горизонтальном пути (при  наиболее неблагоприятном положении  в колее и отсутствии боковых  наклонений на рессорах и динамических колебаний) как в порожнем, так  и в нагруженном состоянии  не только новый подвижной состав, но и подвижной состав, имеющий максимально нормируемые износы.

Строительное  очертание подвижного состава –  поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, получаемое уменьшением габарита подвижного состава по установленной методике, наружу которого не должна выходить ни одна часть вновь построенного подвижного состава в ненагруженном состоянии при нахождении на прямом горизонтальном пути и при совмещении его продольной вертикальной серединной плоскости с осью пути.

Проектное очертание подвижного состава –  поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, имеющее размеры, уменьшенные  по сравнению с размерами строительного  очертания на величину плюсовых допусков, внутри которого должны находиться все расположенные в рассматриваемом сечении элементы конструкции проектируемого подвижного состава, имеющие номинальные размеры [7].

В общем случае между габаритом  приближения строений и вагоном  в эксплуатации должны быть предусмотрены зазоры для компенсации четырех основных групп смещений (рисунок 2):

а) смещения вагона вследствие отклонений в состоянии пути — уширение колеи, упругое отжатие рельсов, перекосы и износы шпал и подкладок, упругие осадки шпал и балласта и др.;

б) смещения вагона вследствие динамического колебания его на рессорах:

в) смещения вагона вследствие зазоров и износов ходовых частей и прогибов (осадки) рессор от статической нагрузки;

г) выносы частей вагона в кривых участках пути.

Указанные группы смещений составляют итоговое перемещение вагона из центрального положения в одну сторону.

Габарит подвижного состава получают, исходя из габарита приближения строений и  осей междупутий, посредством учета  смещений первых двух групп (а + б).

Строительное  очертание вагона получают из габарита подвижного состава посредством учета смещений двух последних групп (в + г).

1 - проектное  очертание вагона; 2 - строительное  очертание вагона; 3 -эксплуатационный  габарит подвижного состава; 4 - ось междупутья; 5 – габарит приближения строений

Рисунок 2 – Схема габаритов

Проектное очертание вагона получают из строительного посредством учета технологических отклонений Е_т и S_T, допускаемых при постройке нового вагона.

Проверка  вписывания вагона в габарит заключается в переходе от размеров подвижного состава (вагона) по ГОСТ 9238-83 к размерам строительного и далее, проектного очертаний.

Для крытого вагона модели 11-280 в соответствии с ГОСТ 9238-83 и «Инструкцией по применению габаритов подвижного состава» - 1988г. был произведён расчёт строительного очертания кузова и произведён расчёт вписывания в габарит 1-ВМ.

Обозначение и область применения габаритов  приближений строений принимают:

С – для путей, сооружений и устройств  общей сети железных дорог и внешних подъездных путей от станции примыкания до территории промышленных и транспортных предприятий.

Сп – для путей, сооружений и устройств, расположенных на территории и между территориями заводов, фабрик, мастерских, депо, речных и морских портов, шахт, грузовых дворов, баз, складов и других промышленных и транспортных предприятий, а также промышленных железнодорожных станций.

Обозначение и область применения габаритов  подвижного состава принимают:

Т – для подвижного состава, допускаемого к обращению по путям общей  сети железных дорог, внешним и внутренним подъездным путям промышленных и  транспортных предприятий, сооружения и устройства которых отвечают требованиям габаритов приближения строений С и Сп.

Тц – для цистерн и вагонов – самосвалов, допускаемых к обращению по путям общей сети железных дорог, внешним и внутренним подъездным путям промышленных и транспортных предприятий, сооружения и устройства которых отвечают требованиям установленным Инструкцией по применению габаритов приближения строений и подвижного состава.

Тпр – для полувагонов, допускаемых к обращению по путям общей сети железных дорог, внешним и внутренним подъездным путям промышленных и транспортных предприятий, сооружения и устройства которых отвечают требованиям установленным Инструкцией по применению габаритов приближения строений и подвижного состава.

1-Т  – для подвижного состава,  допускаемых к обращению по  путям общей сети железных  дорог, внешним и внутренним  подъездным путям промышленных  и транспортных предприятий.

1-ВМ  – для подвижного состава,  допускаемых к обращению по  путям общей сети железных дорог РФ колеи 1520 мм, так и по магистральным и ряду других линий железных дорог колеи 1435 мм, используемых для международных сообщений.

0-ВМ  – для подвижного состава,  допускаемых к обращению по  путям общей сети железных дорог РФ колеи 1520 мм, так и по всем основным линиям железных дорог колеи 1435 мм, с незначительными ограничениями только на отдельных участках.

02-ВМ  – для подвижного состава, допускаемых к обращению по путям общей сети железных дорог РФ колеи 1520 мм, так и по всем железным дорогам колеи 1435 мм.

03-ВМ  – для подвижного состава,  допускаемых к обращению по  путям общей сети железных дорог РФ колеи 1520 мм, так и по всем железным дорогам колеи 1435 мм европейских и азиатских стран [7].

4. Устройство колёсных пар

Колесные  пары с буксовыми узлами являются наиболее ответственными элементами ходовых  частей вагона.

Общий вид колесной пары представлен на рисунке 3.

1-ось, 2- колесо, 2S – расстояние между кругами катания, D – диаметр катания колес, 2b_гр – расстояние между внутренними боковыми поверхностями ободьев колес. Буксовые узлы условно не показаны.

Рисунок 3 – Общий вид колёсной пары

Элементами  колесной пары являются ось, колеса и  буксовые узлы. Колесная пара вагона является тем элементом, который обеспечивает непосредственный контакт экипажа и пути и его направление в рельсовой колее. От точности геометрических размеров и других параметров колесной пары в значительной мере зависит устойчивость движения экипажа. В связи с этим строго регламентированы основные размеры и параметры колесной пары.

В тележке типа 18-100 (18-2128) используются колёсные пары типа:

РУ1Ш-957-Г  по ГОСТ 4385-2006.

Основные  параметры колесной пары приведены  в таблице 2.

Таблица 2 - Основные параметры колесной пары

Основные размеры	Значение
Расстояние между внутренними  боковыми поверхностями ободьев колес в одной колесной паре, мм	1440+2-1
Разность диаметров колес по кругу  катания в одной колесной паре, мм, не более	1
Отклонение от соосности кругов катания  колес относительно оси базовой  поверхности, мм, не более	1
Разность расстояний от торцов предподступичных частей оси до внутренних боковых поверхностей ободьев колес с одной и с другой сторон колесной пары, мм, не более	3
Диаметр катания колес	957
Расстояние между кругами катания  колес, м	1,58

 

В состав колесной пары входят:

• колеса цельнокатаные;
• ось;
• буксовый узел.

Колёса

Колеса  колесной пары обеспечивают непосредственный контакт экипажа с рельсами и  передают на них вертикальные и боковые  нагрузки. Взаимодействие колеса и  рельса имеет сложный характер и  сопровождается качением, поперечным и продольным проскальзываниями с различными скоростями, упругим объемным деформированием материала колеса в зоне контакта с рельсом. Сложность условий нагружения колеса требует от него высокой надежности, а от его материала — большой прочности, износостойкости, ударной вязкости и упругости.

Колеса  цельнокатаные – колеса, изготавливаемые  из цельной заготовки методом деформирования в нагретом состоянии и состоящее из обода, ступицы и диска.

Колеса  классифицируются по маркам стали:

• 1;
• 2;
• Т;
• Л.

Механические  свойства стали колес представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Механические свойства стали колес

Марка стали	Временное сопротивление обода σв, Н/мм2	Относительное удлинение обода δ, %	Относительное сужение обода ν, %	Ударная вязкость KCU, Дж/см2			Твердость обода на глубине 30 мм, НВ
				обода	диска
				При +20°С	При +20°С	При -60°С
1	880-1080	12	21	30	30	20	≥248
2	910-1110	8	14	20	20	15	≥255
Т	≥1020	9	16	18	18	15	≥320
Л	≥930	12	21	30	30	20	280-320
Примечания 1 Твердость обода в  точке А для колес из стали марки Т должна быть ниже твердости на глубине 30 мм от поверхности катания не менее чем 30 НВ, а для колес из стали марок 1, 2 и Л – не менее чем на 15 НВ. 2 Твердость ступицы на  расстоянии 10 мм от поверхности  ее отверстия для колес из  стали марок Т должна быть не более 290 НВ, для колес из сталей других марок не регламентируется 3 Значение временного  сопротивления диска не должно  превышать 90% от фактического значения временного сопротивления обода.

Химический  состав стали колес представлен  в таблице 4.

Таблица 4 - Химический состав стали колес

Марка стали	Массовая дола химических элементов %
	Углерод	Марганец	Кремний	Ванадий	сера	фосфор	хром	никель	медь
1	0.44—0.52	0.80-1.20	0.40— 0.65
2	0.55—0.63	0.50-0.90	0.22—0.45
T	0.62—0.70	0.50-1.00	0.22-0.65
Л	0.48—0.54	0.80-1.20	0.45—0.65
Примечание — Массовая доля молибдена  не должна превышать 0.08 %, титана – 0,03%, ниобия – 0,05%.

Профили ободьев колес представлены на рисунках 4 и 5.

Рисунок 4 – Колёса для колёсных пар тележек грузовых и пассажирских вагонов локомотивной тяги, немоторных вагонов и дизель- и электро-поездов, специального железнодорожного подвижного состава

Рисунок 5 – Колёса для колёсных пар тележек пассажирских вагонов с конструкционной скоростью более 160км/ч

Назначение  элементов профиля:

• Гребень – предохраняет колесную пару от сходов с рельсов, имеет угол наклона 60°.
• Коническая поверхность – предотвращает образование неравномерного по ширине колеса износа (проката), облегчает прохождение кривых и центрирует колесную пару в прямых участках пути.
• Конусность 1:3,5 и фаска 6х6 – приподнимают наружную грань колеса над головкой рельса, чем облегчают прохождение стрелочных переводов при наличии проката или наплыва металла на колесе.[9]

 

Оси

Ось колесной пары — наиболее ответственная  деталь ходовых частей вагона. Конструкция оси, ее материал и технология производства строго регламентированы. Размеры и конструкцию оси определяют в зависимости от величины допускаемой нагрузки, типа подшипника, применяемого в буксовом узле, и назначения колесной пары (с тяговым приводом или без него, с типовым колодочным или с дисковым тормозом и т. д.).

Химический  состав стали осей представлен в  таблице 5.

Механические  свойства стали колес представлены в таблице 6.

Таблица 5 - Химический состав стали осей [10]

Массовая доля химических элементов, %
С	Мn	Si	Р	S	Сг		Ni	Сu
			не более
0,42—0,50	0,60-0,90	0,15-0,35	0,040	0,040		0.30	0,30	0,25

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6 - Механические свойства стали осей [11]

Временное сопротивление обода σв, Н/мм2 (кгс/мм2)	Предел текучести Н/мм2 (кгс/мм2)	Относительное удлинение обода δ, %	Ударная вязкость при 20°С KCU, Дж/см2 (кгс∙м/см2)
	Не менее		Среднее значение, не менее	Минимальное значение
Образцы из подступичной части
580—610 (59—62)	300 (31)	20,0	49 (5,0)	34(3,5)
620—640 (63—65)	310 (32)	19,0	39 (4,0)	29 (3,0)
650 (66) и более	325 (33)	18,0	34 (3,5)	29 (3,0)
Образцы из шейки или технологического припуска
600—620 (61—63)	310 (32)	20,0	54 (5,5)	39 (4,0)
630 (64) и более	330 (34)	19,0	44 (4,5)	34 (3,5)
Примечание – Нормы по пределу  текучести факультативны

 

В процессе работы колесной пары ее элементы (ось и колесо) подвергаются воздействию  значительных динамических нагрузок, поэтому ось, колеса и в целом  колесная пара должны обладать необходимой  прочностью в течение всего периода  их эксплуатации.

По  характеру действия нагрузки на колесную пару делятся:

Статические:

• Собственный вес вагона;
• Вес груза.

Динамические:

• Ветровая на боковую поверхность вагона;
• Центробежная при движении вагона в кривой;
• От колебаний обрессоренных масс вагона;
• Ударные при прохождении стыков и неровностей рельсов;
• От торможения вагонов;
• От взаимного перемещения вагонов при движении поезда по заданному профилю пути;
• Вызванные извилистым движение вагона;
• Вызванные движением геометрически неправильной колесной пары;
• От торможения вагона на сортировочных горках;
• От сопротивления движению вагонов;
• Вызванные технологией сборки колесной пары [4].

Схема сил, действующих на колёсную пару, представлена на рисунке 6.

P₁, H₀₁, T₀₁ — соответственно вертикальная, боковая и продольная нагрузки на левую шейку оси;

P₂, H₀₂, T₀₂ — то же, на правую шейку оси;

N_k1 и F₁ — соответственно радиальная и касательная нагрузка на обод левого колеса;

N_k2 и F₂ — то же, на обод правого колеса;

N₁, H₁ и T₁ — соответственно вертикальная, боковая и продольная реакции на левое колесо;

N₂, H₂ и T₂ — то же, на правое колесо;

P_кп — вес колесной пары.

Рисунок 6 – Схема сил, действующих на колёсную пару

 

Прочность оси гарантируют  соответствующим расчетом. В практике вагоностроения используют два метода расчета осей: условный метод, учитывающий статически действующие вертикальную и горизонтальную нагрузки, и уточненный метод, учитывающий накопление усталостных повреждений при нестационарном режиме нагружения колесной пары. Первый метод обычно используют для расчета осей колесных пар, не оборудованных редукторами, приводом генератора и дисковым тормозом. Второй метод применяют при проектировании новой оси или проверке прочности существующей оси, когда предполагают изменение условий ее нагружения в эксплуатации.