Расчет технико-экономических параметров вагона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

тема курсового проекта: «Расчет  технико-экономических параметров вагона»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение                3

1. Конструкция цистерны 15-1542 для перевозки вина                             4
2. Конструкции узла вагона                                         10
3. Определение технико-экономических параметров проектируемой

 цистерны                 14

4. Определение геометрических размеров цистерны                           18
5. Вписывание цистерны в габарит            19
6. Заключение                        21

Список используемых источников            22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

Данная курсовая работа представлена на 22 страницах с пояснительной  запиской. Содержит 12 рисунков, 3 таблицы.

ЦИСТЕРНА, ГРУЗОПОДЪЁМНОСТЬ, ГАБАРИТ, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ, ПОГЛОЩАЮЩИЙ АППАРАТ. 

Введение

 

К опасным грузам относят вещества, которые при транспортировании, погрузочно-разгрузочных работах и  хранении могут послужить причиной взрыва, пожара или повреждения транспортных средств, складов, устройств, зданий и  сооружений, а так же гибели, травмирования, отравления, ожогов, облученя или заболевания  людей и животных.

 

Опасные грузы по железным дорогам  транспортируются в специальном  подвижном составе. Допускаемые  типы вагонов для перевозок конкретных видов опасных грузов устанавливаются  техническими условиями, стандартами  для конкретной продукции и правилами  перевозок грузов. Жидкие, сжиженные  и газообразные опасные грузы  в случаях, предусмотренных правилами  перевозок, транспортируются в вагонах-цистернах.

 

Вагоны цистерны проектируются  с учетом свойств опасных грузов, для перевозки которых они  предназначены, и соответственно оснащаются специальными устройствами для выполнения сливоналивных операций и обеспечения  безопасности перевозок.

Целью курсовой работы является разработка конструкции четырехосной цистерны для перевозки соляной кислоты  с улучшенными, по сравнения с  прототипом, технико-экономическими параметрами  и вписывание ее в габарит 02-ВМ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Конструкция  цистерны 15-1542 для перевозки вина

Цистерны – вид подвижного состава железных дорог. Цистерны предназначены для перевозки жидкостей: нефти и продуктов её переработки, химически-активных и агрессивных жидких веществ (кислоты, щёлочи и др. сложные вещества), сжиженного газа (пропан-бутан, кислород), воды, молока (молоковоз), патоки. Вагоны-цистерны используются также для перевозки муки (муковоз) и цемента.

Таблица 1 – Техническая  характеристика цистерны для перевозки  вина

 

Наименование параметра	Значение параметра для вагона модели 15-1542
Назначение (основной груз)	Вино
Тип вагона	776
Грузоподъемность, т	57,4
Масса вагона (тара), т	25,1
Нагрузка:
статистическая осевая,кН(тс)	202,3(20,625)
Погонная,кН/м	67,33(6,86)
Количество осей	4
Габарит	02-ВМ
Параметры котла:
объем полный, м3	68,3
объем полезный, м3	54,5
удельный объем, м3/т	0,954
диаметр внутренний, мм	2600
длина наружная, мм	10630
Длина, мм
по осям сцепления автосцепок	12020
по концевым балкам рамы	10800
Количество верхних люков, тт.	1
Максимально допустимая температура  загружаемого продукта, °С	Летом-+15 Зимой-+8
Скорость конструкционная, км/ч	120
Высота от уровня верха головок  рельсов  максимальная, мм	4630
Количество лестниц,шт	2,внутренних нет
Год начала серийного производства	1972
Способ налива и слива	Налив-верхния,слив-нижний,самотеком

Кузов вагона-цистерны представляет собой котёл цилиндрической формы, закрытый с боков эллиптическими днищами. Котлы цистерны имеют устройства для погрузки и разгрузки, вид  которых зависит от перевозимого груза.

 

Котлы специальных цистерн могут  иметь тепло-изоляционное покрытие или оборудование для разогрева  перевозимого продукта, а также приборы  для контроля за его состоянием. В некоторых цистернах внутренняя полость котла разделяется на несколько секций. В цистернах, у  которых котёл укладывается на раму, воспринимающую продольные нагрузки, возникающие в поезде, котёл в  передаче этих нагрузок к другим вагонам  поезда не участвует.

 

У вагона-цистерны (рис. 1.1) безрамной  конструкции котёл является цельнонесущей  конструкцией, воспринимает и передаёт продольные тяговые и ударные  усилия, выполняя функции рамы. Для  повышения прочности и жёсткости  котлов вагонов-цистерн большого диаметра и длины цилиндрическая обечайка котла подкрепляется кольцами-шпангоутами, которые могут быть установлены на наружной поверхности или внутри ёмкости. Объём котла цистерны колеблется в широких пределах от 15-20 м³ в первых вагонах-цистернах, строившихся в конце XIX века, до 120 м³ (8-ми осная цистерна для перевозки светлых нефтепродуктов) и больше.

 

 

 

Рис. 1.1 Цистерна для перевозки  вина 15-1542

 

 

Платформа состоит из основного  элемента – рамы, к которой крепятся тормозные колодки, котел, автосцепное  оборудование и ходовую часть. Рама является сварной конструкцией, в  состав которой входит стояночный тормоз, автоматические ударные и тяговые  приборы, а также ходовая часть.

Ударно-тяговые приборы включают в себя автосцепку, поглощающий аппарат, тяговый хомут с креплениями, балку, отцентровывающую с маятниками, расцепной рычаг.

Стояночный тормоз предназначен для  затормаживания цистерны на погрузочно-разгрузочных пунктах. Лестницы для устройства основных частей и внутренней поверхности  котельного оборудования у большинства  цистерн смонтирована внутренняя лестница для удобства доступа внутрь. Снаружи  также имеется лестница состоящая  из ступенек, площадки, поручней.

На цистерне модели 15-1542 (рис. 1.1) патрубок сливоналивной  трубы с присоединительным фланцем, воздушный штуцер и предохранительно-впускной клапан также установлены на крышке технологического люка. Вся внутренняя поверхность котла и наружная в верхней части, в зоне расположения арматуры и люков, покрыта резиной, защищающей металл от коррозии. Технологический  люк используется при проведении гуммировочных работ.

В целях  предохранения гуммированного покрытия от повреждения при открывании и  закрывании люков и выполнении других работ запрещается применение лап, цепей, зубил, канатов, а также категорически  запрещается подрезать или соскребать гуммировку. При проведении работ  внутри котла необходимо применять  специальную резиновую или войлочную  обувь. Не допускается промывка котла  бензином, керосином и другими  растворителями.

Для защиты тормозного оборудования и рамы от разлившегося при сливоналивных  операциях продукта на обеих моделях  в средней части котла с  двух сторон предусмотрены защитные козырьки.

 

К характерным для данной цистерны частично унифицированным элементам  относятся сливоналивные устройства, контрольные устройства (пробоотборное  и контроля наполнения и слива), предохранительно-впускной клапан. В нижней части котла под  сливоналивным устройством располагается  штампованный поддон, обеспечивающий полноту слива продукта, а при  необходимости- отстоя. Нижний лист имеет  уклон к поддону.

Рис. 1.2 Сливоналивное устройство

 

Для фиксации сливоналивных, зачистных  и пробоотборных труб для нижней пробы к нижнему листу сваркой  крепится скоба, расположенная непосредственно  над поддоном.

Сливоналивное устройство (рис. 1.2, 1.3) состоит из сливоналивной  трубы 1, нижний конец которой доходит до поддона. На верхнем конце трубы снаружи котла устанавливается вентиль 2 (см. рис. 1.2) или присоединительный фланец 2 с крышкой 3 (см. рис. 1.3).

 

Рис. 1.3 Сливоналивное устройство

 

В некоторых случаях сливоналивное  устройство оборудуется зачистной  трубой 5 (см. рис. 1.2) для слива отстоя или остатков продукта с вентилем 4,соединенным наружной трубкой 3 со сливным патрубком жидкостного вентиля 2 или дополнительной внешней магистралью.

Рис. 1.4 Проботборное устройство

 

 

Пробоотборное устройство состоит из системы труб, нижние концы которых погружены  в перевозимый продукт на разную глубину (для взятия верхней, средней  и нижней пробы), а на верхних концах установлены вентили с присоединительными патрубками (рис. 1.4). В некоторых  конструкциях предусмотрено взятие проб открытым способом через пробоотборный  люк.

 

Рис. 1.5 Указатель  окончания наполнения

Устройства контроля уровня наполнения и слива выполняются  в виде системы труб с вентилями, нижние концы которых располагаются  на контролируемом уровне в котле, а  указателем достижения уровня наполнения является поступление продукта через  открытый вентиль. Для ядовитых и  наиболее опасных продуктов применяется  поплавковый указатель уровня наполнения закрытого типа (рис. 1.5),состоящий из поплавковой камеры 5,поплавка 4 со штоком 3 и стеклянного индикатора 2 с контрольной меткой 1, заключенного в металлический сборный корпус 6.

 

 

Рис. 1.6 Предохранительно-выпускной  клапан

 

 

Предохранительно-впускной клапан кислотных цистерн(см. рис. 1.6) регулируется на избыточное давление 0,2-0,25 МПа (2-2,5 кгс/см²) и вакуум 0,03 МПа(0,3 кгс/см²).

Цистерны, предназначенные для  перевозки продуктов, пары которых  образуют с воздухом взрывоопасную  смесь, оборудуются только предохранительным  клапаном избыточного давления.

Все присоединительные фланцы и  патрубки в транспортном положении  закрываются заглушками. Для уплотнения разъемных соединений применяются  прокладки из фторопласта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Конструкция узла вагона

Поглощающий аппарат является достаточно важной частью сцепного устройства грузового железнодорожного вагона. Основная задача поглощающего аппарата – уменьшение силы удара, возникающего при сцеплении грузовых вагонов, например, при спуске с сортировочных горок. Он также уменьшает продольные сжимающие и растягивающие усилия, возникающие при движении грузового вагона в составе поезда. Принцип его действия достаточно прост и состоит он в создании сил сопротивления и переводе кинетической энергии в другие виды энергии.  
 

Рис.1.7 

 
        Если поглощающие аппараты классифицировать по типу деталей, создающих эти сопротивляющиеся силы, то можно выделить: гидравлические, пружинные, пружинно-фрикционные, с резинометаллическими элементами и др. Пружинные конструкции сразу показали свою неэффективность из-за недостаточной энергоёмкости пружины в достаточно ограниченных габаритных размерах и большой отдачи. 
 
    А вот пружинно-фрикционные поглощающие аппараты были признаны удовлетворительными в плане конструкции и использования. Они достаточно просты в изготовлении, обслуживании и ремонте. Большая часть отечественного подвижного состава использует именно этот тип, а именно пружинно-фрикционные аппараты шестигранного типа.  
 
                             

Рис.1.8 

 
Перечислим еще несколько типов поглощающих аппаратов:  
Пружинно-фрикционный поглощающий аппарат типа Ш-6-ТО-4, создан для грузового четырёхосного вагона.  
 
                              

Рис. 1.9 
 
Поглощающий аппарат Ш-6-ТО-4У – это модификация предыдущего типа. В нём не используются стяжной болт и гайка.  
 

 

                                                                          Рис.2.0 
 
        Пружинно-фрикционный агрегат ПМК-110А имеет значительно улучшенные характеристики – повышена энергоёмкость и стабильность элементов. Это было достигнуто благодаря применению металлокерамических деталей. Поглощающие аппараты такого типа используют в автосцепках вагонов-рефрежираторов, железнодорожных платформах – контейнеровозах, часто на различных восьмиосных вагонах.  
 
                               

Рис. 2.1 
 
Гидравлические поглощающие аппараты работают по принципу автомобильных амортизаторов – при перетекании жидкости из одной камеры в другую через специальные отверстия создаётся упругое сопротивление ударам. Существует два типа гидравлических агрегатов: ГА-ЮМ и ГА-500.  

 

 

 

Таблица 2 

Вследствие  высоких воспринимаемых усилий с  небольшим ходом автосцепки, ПА иметь   должен высокую поглощающую способность (не менее двух десятков кДж), и при этом относительно быть компактным. Разделяют ПА, относительно типа рабочего тела. Большое распространение приобрели пружинно-фрикционные ПА, энергия гасится в них за счёт фрикционных клиньев и мощных пружин. Такого типа аппараты по своей конструктивной характеристике относительно просты, в результате это позволяет выпускать их многими заводами, при всем они являются довольно дёшевы (к примеру в РФ в начале 2009 года стоимость на подобные аппараты не превышала 11000 руб). Впрочем, энергоёмкость таковых аппаратов довольно ниже, сравнительно с остальными, вследствие чего и применяют их, в основном, на грузовых вагонах. Но все же, пружинные аппараты в вагонах так и не нашли своего применения по причине большой отдачи пружин и отсутствия получать высокую энергоемкость в пределах ограниченных габаритах. И применяются они лишь в буферных устройствах.

Для пассажирских вагонов применяются  резинометаллические ПА. Здесь рабочим  телом выступают резиновые секции, среди которых помещены металлические  пластины, служащие по предотвращению смещения резиновых секций в момент сжатия. Эти аппараты с небольшим  ходом определенно имеют высокую  энергоёмкость, в результате это  позволяет применять их на пассажирских вагонах, также и на электро- и  дизельпоездах.

Кроме указанных конструкций встречаются  и другие. Например в 1960-1980 гг. и в ряде стран (к тому же и СССР) достаточно активно осуществлялись опыты с пневмо-гидравлическими, пневматическими, гидравлическими, а также поглощающими аппаратами. Тем не менее, никаких данных относительно успешной эксплуатации представленных конструкций аппаратов не имеется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Определение технико-экономических параметров проектируемой цистерны.

 

3.1 Определение грузоподъемности  цистерны.

Выбор технико-экономических параметров проектируемых цистерн сводится к определению их оптимальных  значений. В первую очередь следует  выбрать модель вагона-прототипа (серийная или опытная модель цистерны данного типа), что необходимо для использования и сравнения в дальнейшем параметров проектируемой цистерны с существующей.

Заданием  на техническое проектирование нового вагона устанавливаются допускаемые  величины статической нагрузки от колесной пары на рельы, статической нагрузки на 1м пути, габарит и др.

Грузоподъемность  цистерны, определяемая величиной допускаемой  осевой нагрузки, составляет:

 

P=(P₀m₀)/(1+K_т)    (1)

где Р₀-допускаемая осевая нагрузка;

m₀- число осей цистерны;

К_Т- технический коэффициент тары.

Технический коэффициент тары проектируемой  цистерны следует принимать по паспортным данным серийно выпускаемой модели цистерны аналогичного типа с корректировкой на вносимые изменения:

 

 

(24*4)/(1+0,34) = 71,6 т,

 

 

K_Т=К_ТБК_МК_Л=0,43*0,96*0,97 = 0,4, где                               (2)

 

К_ТБ- технический коэффициент тары базовой цистерны;

 

К_тб=Т_б/Р_б=25/57,4 = 0,43, где                                       (3)

 

Т^б- тара вагона-прототипа;

Р^б- Грузоподъемность вагона-прототипа;

К_м- коэффициент, учитывающий влияние применяемого материала на изменение тары цистерны;

К_л- коэффициент, учитывающий изменение линейных размеров элементов цистерны.

 

3.2 Определение массы тары цистерны.

Тара цистерны определяется по формуле:

 

Т=К_Т*Р=0,43*71,6 = 30,7                                          (4)                                                                          

 

Масса брутто вагона :

m_бр=Р+Т = 71,6+25 = 96,6  т                                          (5)

 

Масса котла с примыкающими частями :

 

m_k=Т-m_пл = 25-15 = 10 т                                          (6)

 

где m_пл – масса платформы, устанавливаемой под котел цистерны; для унифицированной платформы m_пл =15 т

      3.3 Расчет  размеров котла.

Котел цистерны обычно имеет цилиндрическую форму поперечного сечения. Однако для лучшего использования верхней  части габарита может быть применена  эллиптическая форма сечения. Рациональна  также конструкция, имеющая конические консольные части. Опущенная средняя  часть броневого листа этой конструкции  способствует более полному сливу  жидкого груза. С этой же целью  может быть использована форма котла  с различными размерами по диаметру, уменьшенными в консольных частях.

Расположение наружных лестниц  на цистерне при проектировании также  влияет на полноту использования  габарита подвижного состава. Если наружные лестницы размещены в средней  части котла, то внутренний диаметр  котла уменьшается. При переносе лестниц в торцевые части диаметр  котла можно увеличить в том  же габаритном очертании, что позволяет  уменьшить длину цистерны при  том же объеме и повысить погонную нагрузку.

Полный объем котла может  быть определен из зависимости :

 

V=Pϑ_yk_t = 71,6*0,954*1 = 68.3 м³                                 (7)

 

Где ϑ_y - удельный оптимальный объем.

k_t – коэффициент учитывающий увеличение объема при расширении груза от повышения температуры.

объем котла состоит из объемов  цилиндрической части, двух днищ и люка

 

V=V_ц+2V_д+V_л = 54,8+4,2+0,05 = 59,05 м³                            (8 )

 

Где V_ц – объем цилиндрической части котла;

V_д – объем днища;

V_л – объем люка

 

 

Рисуное. 2.2 Схема котла  цистерны

 

Внутренний диаметр котла 4-осной  цистерны может быть определен из зависимости :

D₁=0,7 = 2,7 м                                               (9)

где V – полный объем котла(V = 54,8 м³)

Округлив значение D₁ до ближайшего типового диаметра котла в меньшую сторону, получим: D₁ = 2700мм = 2,7м

 

Объем днища состоит из объемов  овалоидной и цилиндрической частей :

 

V_д = V₀ + V_цд                                                   (10)

 

            V_д ⁼ 1,9+0,37=2,72 м³                                                    

 

Где V₀ – объем овалоидной части, определяемый по формуле :

 

V₀ = 1/3*3.14*h₀²*(3R₂-h₀)                                     (11) 

 

V₀ =1/3*3,14*0,5²*(3*1*2,7-0,5)=1,7м ³

Где R₂ – внутренний радиус днища R₂ = (0,5…1,1)*D₁;

h₀ – внутренняя высота овалоидной части днища, h₀ = 0,48…0,53

V_цд – объем цилиндрической части днища, определяемый по формуле :

,                                                  (12)

V_цд=

=3,14*(2,7)²/4*0,07=0,4м³

 

Где h_ц – высота цилиндрической части днища h_ц =0,060…0,080 м

Объем люка :

V_л = h_л ,                                                 (13)

 

V_л = (3,14*0,57²)/4*0,2 = 0,05 м³

 

 

Где D₃ – диаметр люка, для универсальных цистерн D₃ = 0,43 м

h_л – высота люка,  h_л = 0,15…0,25м

Внутренняя длина котла :

 

L_k = L_ц+2h_д = 9,6+1,14=10,74 м                                    (14)

 

Где h_д – высота днища

Длина цилиндрической части котла :

 

L_ц=                                              (15)

 

L_ц =4*(59,05-4,2-0,05)/3,14*2,7²)=9,6 м              

 

 

Высота днища :

h_д=h₀+h_ц  ,                                                   (16)      

 

 

h_д =0,5+0,07=0,57 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Определение геометрических размеров цистерны. Наружная длина котла.

 

L_нк=L_к+2δ₂ = 10740+2*10=10760 мм                       (17)

 

Где δ₂ – толщина днища (10мм)

Длина рамы по концевым балкам :

 

2L_p = L_HK+2*α_T = 10740+2*300=11360 мм                         (18)

 

Где α_T – расстояние от наружной поверхности котла до лобового листа концевой балки. У 4-осных цистерн котел или равен длине рамы, или не доходит до лобового листа от 90 до 425 мм.

База цистерны вычисляется по формуле

 

2l_б = 2l_p/1,41 = 11360/ = 8056 мм                                (19)

 

Длина консольной части :

 

L_k = (11360 – 8056)/2 = 1652 мм                               (20)

 

Длина цистерны по осям сцепления  автосцепок :

 

2L_ac = 2L_p + 2α_ac = 11360+2*430 = 12220 мм                         (21)

 

Где α_ac – вылет автосцепки, α_ac = 0,43м

Полная высота цистерны :

 

H = H_оп + D_н + h_лк = 1290+2718+300=4308 мм                       (22)

 

Где H_оп – расстояние от головки рельсов до нижней опорной точки котла на раму. Для 4-осных цистерн H_оп = 1290 мм

h_лк – высота люка с крышкой, h_лк = 0,3 м

D_н – наружный диаметр котла :

 

D_н = D₁ + δ₁ + δ₃ = 2700+10+8=2718 мм                             (23)

 

Где D₁ – внутренний диаметр котла;

δ₁ – толщина верхнего листа котла;

δ₃ – толщина нижнего листа котла

Величина погонной нагрузки спроектированной цистерны

 

Q = = 71,6*(1+0,4)/12,220 = 8,2                             (24)

 

5. Вписывание цистерны в габарит

 

5.1 Определение размеров  строительного очертания цистерны.

Наибольшее  горизонтальное смещение вагона в одну сторону с середины полей

 

q+W =40мм , где                                              (25)

 

W -  наибольшее горизонтальное смещение надрессорной балки тележки из центрального положения в одну сторону в мм;

q – наибольшее горизонтальное смещение буксового узла из центрального положения в одну сторону в мм.

Величина 0,5(S-d) для цистерны проектируемой по габариту 02-ВМ

0,5(S-d) =28,5мм ,где                                             (26)

 

S – максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса 250м;

d – максимальное расстояние между наружными гребнями предельно изношенных гребней колес в мм.

В пределах верхнего очертания габарита 02-ВМ очертания  имеют следующие выражения:

 

E₀ = 0.5(S-d)+q+W+(K₁+K₃)-K;                                 (27)

E_В = 0.5(S-d)+q+W+[K₂(l-n)n+K₁+K₃]-K+α;                         (28)

E_H = [0.5(S-d)+q+W]+ +[K₂(l+n_K)n_K-K₁-K₃]-K+β,                  (29)

 

Где E₀, E_B, E_H – соответственно ограниченная по ширине в шкворневом сечении, во внутреннем сечении между шкворнями тележек для поперечных сечений, расположенных на консолях вагона.

 

 

Таблица 3 – Значение коэффициентов

 

Габариты	Коэффициенты
	k1	k2	k3
Т, Тц, Тпр   1-Т	0,625р2 *	2,5	180
1-ВМ,  0-ВМ, 02-ВМ,  03-ВМ	0,5р2	2	0

 

P – база тележки

 

E₀ = 28,5+40+(0,5*1,85²) =70,21  мм;

E_B = 28,5+40+[2*(7.205-4.75)*4.75+0.5*1.85²] = 93,5 мм;

E_H = [28.5+40]+(7.205+2*4.75)/7.205+[2*(7.205+4.75)4.75-0.5*1.85²]=182,52мм

 

Таким образом проектная ширина цистерны должна быть не более 

2В=1575*2=3150мм