Полувагон с глухим кузовом для перевозки медной руды

    1. Сведения о вагонах схожих с проектируемым по назначению 

    Четырехосный полувагон с глухим кузовом для перевозки сыпучих грузов, модель 12-197-02

    Специализированный  четырехосный полувагон модели 12-197-02 (рис.1) грузоподъемностью 76т. имеет цельнометаллический сварной кузов, боковые стенки которого состоят из каркаса, включающего в себя верхнюю обвязку из гнутого профиля толщиной 6 мм, нижнюю обвязку из горячекатаного уголка 160×100×9 мм, шесть вертикальных стоек специального омегообразного профиля и две угловые стойки сварной конструкции из листа толщиной 8 мм. Каркас стены перекрыт гладкой обшивкой.

    Торцевые  стены состоят из верхней обвязки  гнутого профиля, двух боковых швеллеров  №14, двух горизонтальных поясов жесткости из гладкой листовой стали толщиной 4мм.

    Рама  кузова состоит из хребтовой балки, сваренной из двух типовых зетовых профилей № 31, двух шкворневых балок коробчатого сечения, двух концевых, четырех поперечных промежуточных балок двутаврового типа и двух продольных поддерживающих балок.

Рис.1 Четырехосный полувагон с глухим кузовом, модель 12-197-02 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Техническая характеристика

Модель вагона                                                                                     12-197-02

Изготовитель                                                                                       Уралвагонзавод ГПО

Грузоподъемность, т                                                                            76

Масса вагона (тара), т                                                                          23,5

Нагрузка:

   От оси колесной пары на рельс, тс                                                   24,5

Скорость конструкционная, км/ч                                                        120

Габарит                                                                                                   1-ВМ

База вагона, мм                                                                                      8 650

Длина, мм:

   по осям  сцепления автосцепок                                                         13 920

Ширина максимальная, мм                                                                 3 165

Высота от уровня верха головок рельсов максимальная, мм           3 810

Количество осей, шт.                                                                            4

Модель 2-осной  тележки                                                                      18-194-1

Тип автосцепки                                                                                      СА-3

Объем кузова, м³                                                                                   90

Внутренние размеры  кузова, мм:

   ширина                                                                                                 3013

   длина                                                                                                    12 442

   высота                                                                                                  2573

Удельный объем, м³/т                                                                           1,18

Материал кузова                                                                                   сталь 10ХНДП

Год постановки на серийное производство                                        2003 
 
 

2. Определение основных параметров проектируемого вагона 

    2.1 находим коэффициент тары вагона-аналога

где Т– тара вагона-аналога; Р– грузоподъемность

      Коэффициент тары аналогичных типов вагонов изменяется в узких пределах. Поэтому для проектируемого вагона можно принять коэффициент тары вагона-аналога, уменьшенный на 0,01 в связи с усовершенствованием конструкции и возможным снижением металлоемкости. 

    2.2 Определяем в первом приближении грузоподъемность проектируемого вагона по формуле

где n – заданное число осей; q₀ – заданная осевая нагрузка

    Уточненное  определение грузоподъемности проектируемого вагона Р' по данным вагона-аналога  можно провести, если в качестве постоянной величины принять соотношение

где Т_V – переменная часть тары вагона, зависящая от его длины и определяемая выражением 

                 T_V  = T – 2T_тел – Т_ав – Т_по – 2Т_тс = Т – ∆Т                             

Здесь T_тел – вес тележки; Т_ав – вес комплекта автосцепного оборудования и ударно-тяговых устройств; Т_по – вес подвагонного оборудования, включая элементы тормозной системы; Т_тс– вес торцевой стены кузова. 

T_V  = 23,5–9,2–1,1–0,5–2∙0,45 = 23,5–11,7 = 11,8 т 

    Тогда грузоподъемность проектируемого вагона будет равна

    В качестве расчетной величины грузоподъемности вагона принимают Р'. 

    2.3 Определяем требуемый объем кузова  вагона, позволяющий реализовать  расчетную грузоподъемность.

         Исходя  из   

V_пр = V_уд ∙ Р_пр = 1,18 ∙ 76,6 = 90,5 м³ 

4. Определяем длину кузова проектируемого вагона.

    V = F ∙ L_вн

где V_пр – объем кузова проектируемого вагона; L_вн.ан – внутренняя длина кузова вагона-аналога. 

L_р.пр = L_вн.пр + 2b 

где L_р.пр  – длина по концевым балкам рамы проектируемого вагона ; b-толщина стен с учётом стоек(принимаем как у вагона аналога)

    L_р.пр = 12,5 +0,032  = 12,6 м 

    L_а.пр = L_р.пр + 2a 

где   L_а.пр – длина проектируемого вагона по осям сцепления автосцепок; L_р.пр – длинапо концевым балкам рамы проектируемого вагона; а- расстояние от оси сцепления автосцепки до концевой балки. 

L_а.пр =12,6 + 1,188=14,8 м 

5. Определяем  ширину кузова проектируемого вагона.                     

где B_вн.пр – внутренняя ширина кузова проектируемого вагона; B_вн.ан – внутренняя ширина кузова вагона-аналога. 

6.  Определяем  высоту кузова проектируемого вагона.        

где H_вн.пр – внутренняя высота кузова проектируемого вагона; H_вн.ан – внутренняя высота кузова вагона-аналога. 

2.7  Определяем максимальную тару проектируемого вагона. 

    Q_бр – P_пр = Т_пр = 25 ∙ 4 – 76,6 = 23,4 т 

8.   Определяем тару проектируемого вагона.

    2.9 Общую длину проверяют на минимальное значение, обеспечивающие ограничение средней погонной нагрузки брутто вагона допускаемой величиной 

    [q_п] = 10,5 т/м для основных типов вагонов общесетевого обращения по железным дорогам России.

Техническая характеристика проектируемого вагона

Ширина  колеи, мм     .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .         1520

Грузоподъемность, т     .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .          76,6

Масса вагона (тара), т    .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .         23,4

Объем кузова, м³    .  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .         90,5

База, мм:

            вагона .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .         8900

            тележки  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .          1850

Длина, мм:

            по осям сцепления  автосцепок    .  .   .   .   .   .          14800

            по концевым балкам рамы       .   .  .   .   .   .   .         12600

Ширина  кузова, максимальная, мм          .   .   .   .   .   .   .   .        3270

Размеры кузова внутренние, мм:

            длина .   .   .   . .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .        12500

            ширина    .   .   .   .   .   . .   .   .   . .   .   .   .   .   .   .         3030

            высота     .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .         2585

Высота от уровня верха головок рельсов максимальная, мм     3 825 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Проверка габаритных размеров кузова вагона по условию вписывания в заданный габарит

     Когда вагон входит в кривую, средняя  часть кузова вагона и его концы отклоняются от оси пути, ширина вагона как бы увеличивается. Кроме того, возможны отклонения кузова вагона от оси пути за счет зазоров и износов ходовых частей (гребней колес, элементов тележек, пятникового узла). Эти отклонения являются основными для расчета вписывания кузова вагона в заданный габарит по ширине.

     Желательно, чтобы отклонения середины и концов вагона были одинаковыми, что достигается, если отношение ,  

где L – длина кузова; ℓ_б – база вагона (расстояние между осями пятников).

     Поскольку L известно, можно приближенно найти 

     Вписывание  проектируемого вагона в заданный габарит. 

     Исходные  данные:

     L_а = 14800 мм

     ℓ   = 8900 мм

     L_р = 12600 мм

     Габарит Тпр

     Согласно  ГОСТ 9238-83 максимальные допускаемые горизонтальные строительные размеры вагона получаются путем уменьшения поперечных размеров соответствующего габарита подвижного состава с каждой стороны на величины необходимых ограничений Е_о, Е_в, Е_н (поперечных смещений подвижного состава при вписывании в кривую расчетного радиуса с учетом наибольших допускаемых износов деталей его ходовых частей). Максимально допускаемая ширина вагона 2В на некоторой высоте над уровнем верха головки рельса определяется по формуле 

                                          2В = 2 (В^w – E)  

где  В^w – полуширина соответствующего габарита на рассматриваемой высоте Н; Е – одно из ограничений Е_о, Е_в или Е_н.

      Ограничение для направляющих поперечных сечений (сечения по осям пятников) равно 

                     E_o = 0,5(S – d) + q + w + (k₁ – k₃) – k                     

        Внутренние ограничения Е_в для поперечных сечений вагона, расположенных между его направляющими сечениями (на длине базы), определяются по формуле 

          E_в = 0,5(S – d) + q + w + [k₂ (ℓ– n)n + k₁ – k₃] – k + α         

      Наружные  ограничения Е_н для поперечных сечений вагона, расположенных снаружи его направляющих сечений (в консольных частях вагона), определяются по формуле 

 E_н = [0,5(S – d) + q + w] + [k₂ (ℓ+ n)n – k₁ – k₃] – k + β      

      В этих зависимостях: ℓ – расстояние между направляющими сечениями вагона (база вагона), м;

      n – расстояние от рассматриваемого сечения вагона до его ближайшего направляющего сечения, м; n_в = ℓ / 2 = 8,9 / 2 = 4,45 м 

      S – максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса, мм; d – минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колес, мм;

      q – наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении в одну сторону из центрального положения рамы тележки относительно колесной пары вследствие зазоров при максимальных износах и деформаций упругих элементов в буксовом узле и узле сочленения рамы тележки с буксой, мм;

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

      к – величина, на которую допускается выход подвижного состава, проектируемого по габаритам 0-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ и 1-ВМ (в нижней части), за очертания этих габаритов в кривых участках пути радиуса R=250 м, мм; к = 0

      к₁ – величина поперечного смещения в кривых участках пути расчетного радиуса (200 м – для габаритов Т, Т_ц, Т_пр, 1-Т и верхней части габарита 1-ВМ) середины тележки с базой р, определяется выражением:

      к₂ – коэффициент размерности, зависящий от величины расчетного радиуса кривой, к₂ = 10³ / 2R = 10³ / 2 ∙ 200 = 2,5 мм

      к₃ – величина, на которую допускается выход вагона, проектируемого по габаритам Т, Т_ц, Т_пр, 1-Т и 1-ВМ (в верхней части), за очертания этих габаритов в кривых участках пути R=200 м в результате уширения габарита приближения строений или увеличения расстояния между осями путей на перегонах в расчетной кривой, мм. Согласно п. 2.7 ГОСТ 9238-83 для половины ширины габарита к₃ равно максимальному выносу в кривой двухосного вагона (принятого за расчетный) длиной 24 м и базой 17м , т.е. 

      α, β – дополнительные ограничения внутренних и наружных сечений вагона, мм, имеющие место только у очень длинного подвижного состава (с базой ℓ>17 м). α = 0  β = 0

      Величина  0,5(S – d) представляет максимальный разбег изношенной колесной пары между рельсами. В кривой расчетного радиуса R≤299 м для колеи 1524 мм 0,5(S – d) = 0,5(1546 – 1489) ≈ 29 мм

      Если  при проектировании вагонов по габаритам  Т, Т_ц, Т_пр, 1-Т и верхней части габарита 1-ВМ отдельно взятые величины ∆К_о, ∆К_в, ∆К_н окажутся отрицательными (что свидетельствует о недоиспользовании имеющегося в кривой уширения габарита приближения строений), то они принимаются равными нулю.

                                              ∆К_о = к₁ – к₃ ;

                                              ∆К_в = к₂(ℓ***** – n)n + к₁ – к₃ ;

                                              ∆К_н = к₂(ℓ***** + n)n – к₁ – к₃

Ограничения по осям пятников:

 E_o = 29 + 31 + (2,139 – 180) = 60 мм

Внутренние ограничения:

E_в = 29 + 31 + [2,5(8,9 – 4,45)4,45 + 2,139 – 180] – 0 + 0 = 68 мм

Наружные ограничения:

E_н = 29 + 31 + + [2,5(8,9 – 1,85)1,85+2,139 – 180]–0 + 0 = 84 мм

    Определяем  ширину во внутреннем, шкворневом и наружном поперечных сечениях подвижного состава с помощью формулы: 

2В_В = 2 (В^w – E_В)=2(1775-68)=3404 мм

2В_Н = 2 (В^w – E_Н)=2(1700-84)=3372 мм

    Проектируемый вагон, имеющий ширину B=3030 мм, по всем сечениям вписывается в заданный габарит.

     На  основании полученных результатов  и с учетом заданной конструкции тележки кузов вагона вписывается в заданный габарит подвижного состава. Для этого используем программу обеспечения GAB.  

РЕЗУЛЬТАТЫ  ВПИСЫВАНИЯ КУЗОВА ВАГОНА В ГАБАРИТ

Исходные  данные:

Число осей колесных пар тележки                                                               2 [шт.]

База вагона                                                                                                      8.9[m]

База тележки                                                                                                 1.85[m]

Расчетная нагрузка                                                                                750.00[кН]

MAX ширина колеи в кривой расчетного радиуса                         1530.00 [mm]

Прогиб хребтовой  балки в среднем сечении                                        10.00[mm]

Наибольшее возможное поперечное

перемещение рамы тележки                                                                     3.00[mm]

Смещение буксы  относительно кол.пары                                               2.00[mm]

Смещение рамы тележки относ. буксы                                                  1.00[mm]

Наибольшее возможное  перемещение

кузова относительно рамы тележки                                                      31.00[mm]

min расстояние  между наружними гранями

предельно изношенных колес                                                           1489.00[mm]

Минимально допускаемая  толщина гребня

бандажа на уровне верха головки рельса                                             26.00[mm]

Гибкость надбуксовых  рессор                                                            0.00[мм/kH]

Гибкость центральных  рессор                                                            0.03[мм/kH]

Остаточная осадка надбукс. рессор                                                        0.00 [mm]

Остаточная осадка центральных рессор                                                 5.00[mm]

Понижение буксы  относительно оси колесн пары                                1.00[mm]

Понижение рамы тележки относительно буксы                                    1.00[mm]

Понижение надр.балки относительно рамы тележки

вследствие износа подвески                                                                     0.00[mm]

Допускаемый вертикальный износ пятника и подпятника                     5.0[mm] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Координаты точек строительного и проектного очертания(габарит Тпр)

            Направляющее сечение

Таблица № 1