Проектирование универсального крытого вагона

Курсовая работа

“Проектирование универсального крытого  вагона” 
 
 

     В данном курсовом проекте выполняется  проектирование универсального крытого  вагона по базовой модели 11-217. Состоит  из пяти разделов, указанных в содержании, в них раскрывается: анализ существующих моделей универсальных крытых вагонов, общая характеристика проектируемого вагона (описание кузова, рамы, тележки нового поколения, автосцепного устройства, поглощающих аппаратов и тормозного оборудования), расчет основных технико-экономических параметров вагона, вписывание вагона в габарит 1-ВМ, а также расчет надрессорной балки проектируемого крытого вагона.

     На  листах формата А1 приведены чертёж проектируемого крытого вагона и чертёж надрессорной балки тележки 18-100.

Оглавление 
 

                                                                                                                               стр.

Введение                                                                                                                  4

1. Анализ существующих конструкций универсальных крытых вагонов        5

2. Общая характеристика вагона                                                                           7

3. Определение  основных параметров                                                                17

4. Вписывание  вагона в габарит                                                                           20

5. Расчет надрессорной балки тележки крытого вагона                                    24

Заключение                                                                                                             28

Список использованной литературы                                                                   29 
 

Введение 

      Федеральный железнодорожный транспорт остается важнейшей составной частью транспортной системы государства, на его долю приходится около 86% грузооборота и более 38% пассажирооборота. Поэтому железнодорожные перевозки в значительной мере влияют на состояние российской экономики. Этим же во многом определяется и финансово-экономическое положение самого железнодорожного транспорта.

      После распада СССР на территории России остались заводы, общая производительность которых составила 45% от прежней, причем со специализацией на выпуске 45% от ограниченного числа типов. В частности, среди полувагонов эксплуатационного парка 88,5% представляют собой конструкцию универсального вагона с люками и лишь 11,5% - специализированные вагоны с глуходонной конструкцией кузова.

      Отсутствие систематического пополнения парка вагонов новыми привело к существенному старению парка, к увеличению эксплуатационных и ремонтных затрат на восстановление их работоспособности, к ухудшению безопасности движения. Ежегодно в связи с истечением срока службы должны исключаться из инвентаря десятки тысяч вагонов, износ которых составляет 51,7%.

      Создание новых типов и конструкций вагонов включает в себя этапы проектирования, производства, экспериментальных исследований опытных образцов, освоения серийного выпуска с учетом корректировки рабочей документации. На всех этапах проектирования и постройки учитывают требования, предъявляемые к подвижному составу Госстандартами и другими законодательными и нормативными документами. 

      Исходные данные 

1 Анализ существующих конструкций универсальных крытых вагонов 

     В крытых вагонах перевозят штучные, тарно-штучные, пакетированные и насыпные грузы, требующие укрытия и защиты от воздействия атмосферных осадков. Конструкции кузовов этих типов вагонов имеют раму, боковые и торцовые степы, крышу и двери или люки для загрузки и выгрузки грузов. По своему назначению крытые нагоны разделяются на два типа: универсальные и специализированные. Отличительная особенность кузовов универсальных крытых вагонов — наличие боковых дверей, настенного несъемного оборудования и люков с вентиляционными решетками на боковых стенах. Из универсальных крытых вагонов наибольший удельный вес в вагонном парке составляют вагоны моделей 11-066, 11-217 и 11-270. Они имеют одинаковый объем кузовов (120 м3), но различную конструкцию. У вагонов модели 11-066 каркас (обрешетка) кузова выполнен раскосностоечной конструкции и имеет деревянную обшивку стен (всех или только боковых), а у моделей 11-217 и 11-270 — каркас без раскосов, с обшивками металлической наружной и деревянной внутренней, выполненной из влагостойкой фанеры. Технические требования на универсальные крытые вагоны определены государственным стандартом. Характеристика универсальных крытых вагонов приведена в табл. 1.1. 

Таблица 1.1 - Техническая характеристика универсальных  крытых вагонов 
 

     Продолжение таблицы 1.1 

     К специализированным крытым вагонам  относятся вагоны для перевозки: скота, легковых автомобилей, холодногнутой стали, гранулированных полимеров, муки, апатитового концентрата, а также конструкции бункерного типа для перевозки зерна, цемента и минеральных удобрений. Кузова специализированных вагонов имеют цельнометаллическую конструкцию (кроме вагонов для перевозки скота) и, как правило, дверей в стенах не имеют. Для загрузки и выгрузки грузов кузова таких вагонов оборудованы люками.

     За  базовый вариант вагона выбираем модель 11-217.

2 Общая характеристика вагона 

      Универсальный крытый вагой модели 11-217 (рис. 1.1) Алтайского вагоностроительного завода спроектирован по габариту 1-ВМ (О-Т) ГОСТ 9238 и предназначен для эксплуатации но железным дорогам СНГ колеи 1520 мм. Он может также эксплуатироваться по реконструированным линиям железных дорог колеи 1435 мм после соответствующей замены ходовых частей. Кузов таких вагонов имеет металлическую наружную обшивку и деревянную внутреннюю облицовку, а также оборудован двустворчатыми дверями, имеющими увеличенную ширину дверного проема (3825 вместо 2000 мм вагонов модели 11-066). Применение металлической обшивки кузова повышает его надежность работы и эксплуатации. Увеличение ширины дверного проема обеспечивает более быстрый процесс погрузки и выгрузки, а следовательно, сокращение простоя под грузовыми операциями и ускорение оборота вагона. 

      Рисунок 1.1 – Вагон модели 11-217 

      Вагон загружают через двери 3 и люки в крыше 2 и боковых стенах 1. Уширенный дверной проем усилен, повышена прочность пола кузова из расчета работы автопогрузчиков с осевой нагрузкой до 43 кН. Вагон модели 11-217 имеет характеристику, приведенную в табл. 1.1.

      Все несущие элементы рамы, стен 1 и 4 и крыши 2 изготовлены из низколегированной стали 09Г2Д, а обшивка торцовых 4 стен и крыши из низколегированной стали 10ХНДП.

      Рама  кузова (рис. 1.2) состоит из хребтовой банки 2, двух боковых 3, двух концевых 1, двух шкворневых 4, двух основных 7 и семи промежуточных 5 поперечных балок, четырех раскосов 10, шести продольных балок 6 для поддержания пола, одной балки для крепления тормозного цилиндра и двух подножек. Хребтовая балка 2 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. 

      Рисунок 1.2 – Рама вагона 

 Боковые  балки 3 выполнены из швеллеров № 20. В зоне дверного проема к балкам 3 приварены пороги из специальных Z-образных профилей. Концевые балки 1 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 4 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 11, связывающие вертикальные стенки хребтовой балки, а также усиливающие пятниковый узел рамы. К нижним листам шкворневых балок приклепаны пятники 12 и скользуны 13. Основные поперечные балки 7 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 10 рамы изготовлены из швеллера № 14, а поперечные 5 и продольные 6 вспомогательные балки для поддержания пола — из гнутых швеллеров 100x80x5 мм. Для передвижения вагонов лебедкой на каждом конце боковых балок рамы приварены специальные скобы. На раму настлан пол 9 из досок толщиной 55 мм, соединенных вчетверть. По периметру пол армирован уголком 8. В зоне дверного проема, где интенсивно работают автопогрузчики, деревянный настил пола покрыт металлическими листами толщиной 4 мм.

      К настоящему времени разработано, согласовано и утверждено техническое задание на тележку, а также разработан технический проект новой тележки. Отличительной особенностью данной тележки является широкое использование накопленного опыта по конструкциям тележек на железных дорогах США и Канады (разработки американской фирмы "А. Стаки"). Отсюда - наличие целого ряда новых конструктивных решений, направленных на улучшение ходовых качеств тележки в порожнем и груженом режимах движения, а также на значительное повышение ее эксплуатационной надежности.

      Отличительные особенности новой тележки:

• увеличение осевой нагрузки с 23,5 до 25 тс;
• увеличение диаметра подпятника с 300 до 350 мм;
• применение рессорного подвешивания повышенной гибкости с билинейной характеристикой, позволяющего улучшить ходовые качества тележки в порожнем и груженом режимах движения;
• применение фрикционного термоупрочненного клина с уретановой накладкой и планки повышенной износостойкости с измененной конструкцией клина для обеспечения пробега между ремонтами 1,0 млн. км;
• применение упруго-катковых скользунов, повышающих безопасность движения особенно порожних вагонов, исключающих необходимость контролировать зазоры в скользунах осмотрщиками вагонов;
• применение кассетных подшипников, исключающих необходимость их ремонта в условиях вагонных депо и повышающих межремонтные пробеги до 6-8 лет;
• изменение конструкции узла опирания боковой рамы на буксовые узлы с использованием упругих элементов и износостойких сменных прокладок, обеспечивающих межремонтные пробеги не менее 1000 тыс. км;
• оборудование тележки устройством торсионного типа для отвода тормозных колодок при отпущенном тормозе;
• изменение крепления тормозных башмаков на триангеле без применения резьбовых соединений, что упрощает их замену в эксплуатации;
• тележка оборудована предохранительными устройствами от рассыпания тележки при аварийных сходах;
• использование в шарнирных соединениях износостойких втулок, что повышает надежность работы этих узлов и упрощает их ремонт;
• использование в тележке конструктивных устройств, повышающих связанность боковых рам с надрессорной балкой, обеспечивающих прямоугольность тележки в плане, уменьшающих углы набегания колесных пар на рельсы с целью уменьшения износов гребней колес и боковых граней рельсов.

      Многие из предлагаемых конструктивных решений были ранее проверены на тележках других типов. В частности, на экспериментальном кольце ВНИИЖТ проведены эксплуатационные испытания клинового гасителя колебаний с уретановой накладкой на наклонной поверхности клина, которые подтвердили возможность достижения межремонтных пробегов не менее 1000 тыс. км. При применении уретановых накладок практически не изнашиваются наклонные поверхности надрессорной балки. Там же проведены эксплуатационные испытания упруго-катковых скользунов, установленных на надрессорной балке тележки. Испытанные скользуны обеспечивают межремонтные пробеги также не менее 1000 тыс. км. При этом не только улучшаются динамические характеристики вагона, повышается безопасность движения порожних вагонов, но и заметно уменьшаются износы пятникового узла.

      Опытный образец тележки испытан в 2001 г. 

Таблица 2.1 – Отличительные признаки новой тележки грузовых вагонов от серийной тележки модели 18-100 

      Продолжение таблицы 2.1 

      Таблица 2.2 – Сравнительные данные по стальному литью тележек грузовых вагонов (боковые рамы, надрессорные балки) 

     На вагонах нового поколения с нагрузкой на ось 25 тс предполагается установка тормозного оборудования в традиционном исполнении, с односторонним нажатием композиционных колодок на колесо, а с нагрузкой на ось 30 тс - колодочный двусторонний пневматический или дисковый.

      Для отвода тормозных колодок при отпущенном тормозе тележки оборудуются устройством торсионного типа.

      Крепление тормозных башмаков на триангеле будет осуществлено без применения резьбовых соединений, что существенно упростит их замену в эксплуатации.

      В шарнирных соединениях будут применены износостойкие втулки, что повысит надежность работы этих узлов и упростит их ремонт.

      Основная цель дополнительных разработок - увеличение межремонтного пробега.

      Для оборудования грузовых вагонов нового поколения в рамках Федеральной программы разработана автосцепка полужесткого типа с новым механизмом сцепления, исключающим саморасцепы поездов. Для этого были разработаны «Технические требования на разработку автосцепного устройства грузовых вагонов нового поколения»              №ЦВА–10/31–99 и конструкция полужесткой автосцепки с новым механизмом сцепления. Изготовлены и прошли стендовые испытания во ВНИИЖТе опытные образцы.

      Испытания на геометрическом стенде показали, что новый механизм обеспечивает безотказное выполнение всех рабочих процессов как при воздействии друг с другом, так и при сцеплении с серийной автосцепкой    СА-3. Было установлено, что контроль исправного состояния автосцепок в эксплуатации может производиться теми же методами и с использованием тех же инструментов и шаблонов, которые применяются для контроля автосцепки СА-3. Новый механизм обеспечивает большую надежность работы за счет исключения возможности опережения включения предохранителя, приводящего к его излому.

      Кроме того, для увеличения контактной прочности перемычки хвостовика автосцепки, узел шарнирного соединения с тяговым хомутом предложено выполнить с увеличенным радиусом контакта клина с перемычкой хвостовика.

      Для предотвращения падения на путь автосцепки при обрыве применен двуплечий расцепной рычаг с двумя цепочками.

      Разрабатываемая автосцепка полужесткого типа с новым механизмом сцепления позволит получить следующие преимущества:

• исключить возможность саморасцепов и повреждение механизма сцепления из-за опережения включения предохранителя;
• обеспечить сцепление вагонов с разностью между продольными осями автосцепок до 140 мм перед сцеплением и движение вагонов в поезде с разностью не более 100 мм;
• исключить падение автосцепки на путь при обрыве;
• увеличить безремонтный срок службы за счет применения износостойких покрытий в контуре зацепления и на хвостовике автосцепки;
• повысить прочность зоны перехода от головы к хвостовику корпуса на 5-10 %, а также в зоне перемычки хвостовика;
• уменьшить массу автосцепки (на 10 %) за счет сокращения размеров головной части корпуса по вертикали;
• автоматически соединять тормозные рукава при сцеплении вагонов.

      Сравнительные характеристики автосцепки СА-3 и автосцепки конструкции УВЗ-ВНИИЖТ для грузовых вагонов нового поколения указаны в таблице 2.1 

Таблица 2.3 – Сравнительные характеристики автосцепок 

      На основе анализа условий эксплуатации грузовых вагонов, показавшего значительные различия в предъявляемых требованиях к поглощающим аппаратам автосцепного устройства, в зависимости от рода перевозимых грузов, был разработан нормативный документ "Типоразмерный ряд поглощающих аппаратов автосцепного устройства грузовых вагонов".

      Необходимость применения в эксплуатации поглощающих аппаратов автосцепного устройства с различными характеристиками обусловлена целым рядом объективных причин. Повышение энергоемкости, применение аппаратов нового поколения – гидравлических и эластомерных – требует больших затрат и поэтому должно быть экономически оправдано.

      Одним из факторов, определяющих целесообразность применения тех или иных аппаратов, является вид перевозимого груза. Этот фактор необходимо рассматривать в двух аспектах – стоимости и степени опасности груза.

      Для грузов высокой стоимости и чувствительных к динамическим нагрузкам целесообразно обеспечить более надежную защиту вагона от действия продольных сил и ускорений. Однако это возможно только при условии узкой специализации такого подвижного состава, введения специального тарифа и организации специализированных транспортных структур, которые будут арендаторами или собственниками вагонов.

      Выбор поглощающего аппарата для вагонов, предназначенных для перевозки опасных грузов, должен производиться с учетом степени опасности груза для окружающей среды, жизни людей и разрушения прилегающих к железнодорожным путям гражданских и промышленных сооружений.

      Показатели наиболее перспективных на сегодняшний день аппаратов – 73ZW (разработчик АО “КАМАКС”, Польша, изготовитель ООО “ЛЛМЗ-КАМАКС”, Москва), Модель-120 (разработчик “КИСТОУН”, США, изготовитель СП на базе “Гидромаш”, Н-Новгород), АПЭ-120-И (разработчик ВНИИЖТ, изготовитель ОАО "АВИААГРЕГАТ", Самара), АПЭ-95-УВЗ (разработчик УКБВ, изготовитель ГУП “ПО Уралвагонзавод”, Н. Тагил), ЭПА-120 (разработчик “Дипром”, изготовитель ОАО “БМЗ”, Брянск) - при силе не более 2 МН приведены в таблице 2.2 

      Таблица 2.4 – Показатели перспективных поглощающих аппаратов