Расчет универсального крытого вагона марки 11-253
Введение ------------------------------
Техническое
описание конструкции крытого вагона--------------------6
Выбор основных технических параметров
вагона -------------------------8
Вписывание вагона в габарит ------------------------------
Расчет нагрузок, действующих на вагон
и его части -------------------17
Устойчивость колесной пары против сходе
с рельсов ------------------25
Расчет оси колесной пары условным методом
----------------------------
Расчет двухрядной цилиндрической пружины
-----------------------------
Расчет подшипника на долговечность ------------------------------
Библиографический список ------------------------------
Введение.
В курсовой работе, в соответствии с заданием, произведен расчет основных параметров универсального крытого вагона модели 11-217, выполнена проверка вписывания вагона в габарит 1-BM, которая показала, что вагон соответствует требованиям эксплуатации проектируемого вагона в данном габарите.
В проекте проведено аналитическое описание конструкции вагона данного типа и выполнен расчет оси колесной пары с осевой нагрузкой в 217 кН. Анализ результатов расчета свидетельствует о том, что данная конструкция оси колесной пары соответствует условиям статической и усталостной прочностей и условию надежности
Также произведен расчет устойчивости вагона против схода с рельс и расчет двухрядной цилиндрической пружины рессорного подвешивания и расчет роликового подшипника на долговечность.
Вагон спроектирован по габариту 1-BM и удовлетворяет условиям устойчивости против схода с рельс при скорости в 120 км/ч.
1. Техническое описание конструкции крытого вагона.
Описание конструкции кузова
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 стены, крышу и двери или люки для загрузки и выгрузки грузов. По своему назначению крытые вагоны 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. Технические требования на универсальные крытые вагоны определены государственным стандартом.
Сконструированный крытый вагон (рисунок 3.1) спроектирован по габариту
1-ВМ, ГОСТ 9238—83 и предназначен для эксплуатации по железным дорогам колеи 1520 мм. Он может также эксплуатироваться по реконструированным линиям железных дорог стран — участниц СЭВ 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. Применение металлической обшивки кузова повышает его надежность работы в эксплуатации. Увеличение ширины дверного проема обеспечивает более быстрый процесс погрузки и выгрузки, а следовательно, сокращение простоя под грузовыми операциями и ускорение оборота вагона.
Вагон загружают через двери З 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. Все несущие элементы рамы, стен 1 и 4 и крыши 2 изготовлены из стали 10Г2БД с более высокими механическими характеристиками, взамен низколегированной стали 09Г2Д, а обшивка торцовых 4 стен и крыши из низколегированной стали 10ХНДП.
Рисунок 1.1 – Универсальный крытый вагон
Рама кузова состоит из хребтовой балки , двух боковых , двух концевых , двух шкворневых , двух основных и семи промежуточных поперечных балок, четырех раскосов 10, шести продольных балок 6 для поддержания пола, одной балки для крепления тормозного цилиндра и двух подножек. Хребтовая балка сварена из двух Z-образных профилей №31. В концевых ее частях установлены задние упоры автосцепки, объединённые с надпятниковой отливкой шкворневого узла, а также розетки, отлитые заодно целое с передними упорами автосцепки. Боковые балки выполнены из швеллеров №20. В зоне дверного проема к балкам 3 приварены пороги из специальных Z-образных профилей. Концевые балки 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. Для безопасной работы составителей поездов на концевой балке установлены поручни. Шкворневые балки 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 , связывающие вертикальные стенки хребтовой балки, а также усиливающие пятниковый узел рамы. К нижним листам шкворневых балок приклепаны пятники и скользуны. Основные поперечные балки сварные двутаврового сечения, выполненные из листов толщиной 6 мм. Для обеспечения равнопрочности конструкции рамы концевые, шкворневые и основные поперечные балки имеют переменную высоту по своей длине. Раскосы рамы изготовлены из швеллера №14, а поперечные и продольные вспомогательные балки для поддержания пола—из гнутых швеллеров 100х80х5 мм. Для передвижения вагонов лебедкой на каждом конце боковых балок рамы приварены специальные скобы. На раму настлан пол из досок толщиной 55 мм, соединенных вчетверть. По периметру пол армирован уголком .
В зоне дверного проема, где интенсивно работают автопогрузчики, деревянный настил пола покрыт металлическими листами толщиной 4 мм.
Боковая стена безраскосной конструкции. Стена имеет каркас и обшивку: металлическую наружную и деревянную внутреннюю. Для загрузки и выгрузки вагона в средней части стены расположены самоуплотняющиеся двери и два люка, снабженные вентиляционными решетками. Каркас стены включает обвязку, две шкворневые, шесть промежуточных и две дверные стойки. Верхняя обвязка выполнена из уголка 90х56х8 мм, шкворневые и промежуточные стойки — из гнутого омегаобразного профиля толщиной 6 мм, а дверные стойки — из Z-образного профиля размером 100х75х6,5 мм и направляющего уголка размером 75х50х6 мм. К раме стена приварена через продольную боковую балку рамы, а к торцовым стенам — через угловые стойки. Наружная обшивка стен изготовлена из гофрированных листов толщиной 3 мм снизу и 2,5 мм сверху, а внутренняя — из влагостойкой фанеры марки ФСФ толщиной 10 мм.
Внутренняя обшивка прикреплена к каркасу болтами и обрамлена в стыках уголком. В каждом дверном проеме шириной 3825 мм установлено по две створки двери, на одной из которой в нижней части имеется обезгруживающий люк. Механизм открывания этого люка сблокирован с механизмом открывания и закрывания створок дверей и исключает его случайное открывание. Герметизация и самоуплотнение створок дверей по стойкам обеспечиваются давлением сыпучего груза и резиновыми элементами, а между собой в створе — обвязкой левой двери специальной конфигурации, в паз которой заходит обвязка правой двери. Герметизация дверей снизу обеспечивается давлением груза и прижатием нижней обвязки к порогу дверного проема. Каждая и створок дверей состоит из каркаса, обшитого снаружи металлическими листами толщиной 1,4 мм, а изнутри — фанерой толщиной 8 мм. Створки двери перемещаются по прикрепленному над дверным проемом рельсу на роликах с шариковыми подшипниками. Каркасы створок дверей состоят из верхней, нижней и боковой обвязок. Верхние обвязки имеют Z-образный профиль, нижние — П-образный, боковые крайние — уголки. Средние обвязки соответственно на левой створке двери имеют специальный профиль, свариваемый из уголка и гнутого элёмента, внутрь которого для жесткости введены деревянные брусья, а на правой двери — П-образный профиль. для защиты правой створки двери от повреждений при резком открывании на второй от дверного проема стойке кузова установлен амортизатор. Крышки боковых люков с вентиляционной решеткой выполнены из штампованных стальных листов толщиной 2 мм и замков, обеспечивающих удержание крышек в закрытом положении. Замки открываются только изнутри вагона.
Торцовая стена изготовлена из каркаса, наружной металлической и внутренней деревянной обшивок, обрамленных по полу уголком. Каркас
состоит из двух угловых и двух промежуточных стоек, связанных верхней обвязкой. Наружная металлическая обшивка выполнена из гофрированных листов толщиной 3 мм снизу и 2,5 мм сверху, а внутренняя — из влагостойкой фанеры толщиной 10 мм. Угловые стойки изготовлены из гнутого уголка 80х80х6 мм, промежуточные стойки — из Ω-образного элемента 230х135х6 мм, а верхняя обвязка — из специального профиля толщиной 6 мм. Нижней обвязкой стены служит концевая балка рамы.
Крыша кузова — цельносварная с четырьмя загрузочными люками диаметром 400 мм и двумя типовыми печными разделками. К боковым и торцовым стенам кузова крыша крепится заклепками диаметром 10 мм и при ремонте может демонтироваться от кузова с меньшей трудоемкостью по сравнению с вагоном модели 11-066, у которого она крепится к стенам с помощью сварки. Печные разделки предусмотрены для установки труб печей отопления на случай людских перевозок. На крышу к загрузочным люкам и печным разделкам можно подняться по торцовой лестнице и подмосткам. Крыша имеет металлический каркас, обшитый снаружи гофрированными листами толщиной 1,5 мм, и две фрамуги, с по мощью которых она крепится к торцовым стенам.
Фрамуги выполнены из металлических листов толщиной 2 мм с выштамповками для жесткости и древесноволокнистой подшивки. Каркас крыши образован набором дуг, продольных элементов, расположенных в средней части, и двух боковых продольных обвязок. Дуги выполнены из гнутых швеллеров 60х50х3 мм, средние продольные элементы — из гнутого уголка 32х32х3 мм, а боковые обвязки — из двух уголков 56х56х5 мм. Листы наружной обшивки приварены к дугам, продольным элементам и верхней обвязке боковых стен. Между собой листы крыши сварены внахлестку и для большей жесткости выполнены с поперечно расположенными гофрами высотой 22 мм. Изнутри крыша подшита влагостойкой фанерой толщиной 4 мм в два слоя, которая плотно прилегает к листам кровли снизу, образуя потолок. Фанера прикреплена к обшивке уголками и скобами. Такое крепление подшивки практически исключает ее повреждение при погрузке и выгрузке вагона. В предшествующих вариантах подшивка крепилась к деревянным брускам с воздушной прослойкой, что приводило к частым повреждениям подшивки.
Крышки люков крыши двумя петлями крепят к листу и в закрытом положении фиксируют специальными замками, открывающимися изнутри вагона. Крышки печных разделок, установленных на крышках люков, удерживаются в закрытом положении винтами.
2. Выбор основных технико-экономических параметров.
2.1 Определение грузоподъемности вагона
Грузоподъемность вагона определяется по формуле:
, (2.1)
Тогда
.
2.2 Определение массы кузова и вагона
Масса вагона определяется по формуле
Т=кт×Р, (2.2)
Т=0,35×65,54=22,94 т.
Масса брутто вагона определяется по формуле
mбр=Р+Т, (2.3)
mбр=65,54+22,94 =88,48 т.
Масса брутто кузова
, (2.4)
где mт - масса тележки, mт=4.88 т при p0=188 кН.
2.3 Определение объема кузова грузового вагона и его
внутренних размеров
Внутренний объем кузова
где
- оптимальный удельный объем кузова
для крытого
Р - грузоподъемность вагона, Р=65,54 т.
3.3 Наружные линейные размеры вагона
Внутренняя ширина крытого вагона 2Вв с целью обеспечения возможности размещения объёмного оборудования для людских перевозок принимают равным
2Вв =2,77 м.
Внутреннюю высоту кузова принимаем
Нв=3,22 м.
Наружная ширина кузова
где Dб - расстояние от внутренней поверхности боковой стены до наиболее выступающей части наружной ее поверхности, Dб=0.24 м.
2Вн=2,77+2×0,24 ,
2Вн=3,259 м.
Длина рамы
где ∆Т – расстояние от внутренней поверхности торцевой стены до наиболее выступающей части её наружной поверхности, ∆Т = 0,013 м.
2LB - Внутренняя длина кузова, определяемая по формуле
где V - Внутренний объем кузова, м3;
F – значение определяемое по формуле, м2
F=Fкр+Fст,
где Fкр=1,09 м2;
Fст - значение определяемое по формуле, м
где Нст – высота стены, Нст =2,733м.
F=1,09+7,58
2Lв=100,5/8,67,
2LP =11,59+2∙0,013,
База вагона
2l=2Lp/1,41,
2l=11,62/1,41,
2l=8,24 м.
Длина консоли
(2.12)
Длина вагона по осям сцепления автосцепок.
2Lоб=2LР+2Dа,
где Dа- вылет автосцепки, Dа=0.61м.
2Lоб=11,62+2×0,61,
3. Проверка вписывания вагона в габарит 1-ВМ
3.1 Исходные данные
Верхнее очертание габарита 1-ВМ показано на рисунке 2.1.
Параметры вагона:
- грузоподъемная сила Р=0,66 МН;
- длина рамы вагона 2Lp=11,62 м;
- база 2l=8,24 м;
- длина консоли lк=1,675 м.
- база р=1,85м;
- общая гибкость рессорного подвешивания λт=125 мм/МН.
При проектировании вагона по габариту 1-ВМ значения отдельных величин, входящих в формулы для определения ограничения полуширины
вагона Е0, ЕВ, ЕН для верхнего очертания габарита, принимаем следующими:
S=1541 мм; d=1489 мм; к1=0,625p2 мм; к2=2,5 мм; к3=180 мм; к=0 м;
q=3 мм; w=28 мм.
Величина суммарного статического понижения для обрессоренных частей кузова
δ = 70 + 0,5·Р·λТ,
где Р – грузоподьемная сила, Р = 0,57 кН;
λТ – общая гибкость рессорного подвешивания, λТ = 125 мм/МН.
δ = 70 + 0,5·0,66·125 = 111.3 мм.
Конструктивно – технологическое отклонение, допускаемое при построении вагона:
1) в горизонтальной плоскости:
- для верхней части кузова Ет=23мм;
- для нижней части кузова Ет=13мм;
2) в вертикальной плоскости:
- для нижней части кузова δт=30 мм;
- для верхней части кузова δт=10 мм.
3.2 Определение горизонтальных поперечных размеров строительного очертания кузова вагона
Максимально допускаемая ширина строительного очертания вагона на некоторой высоте Н над уровнем верха головки рельса определяется по формуле
,
где В - максимальная полуширина строительного очертания вагона на рассматриваемой высоте Н, мм;
В0 - полуширина соответствующего габарита подвижного состава на той же высоте, мм;
Е - ограничение полуширины вагона для одного из рассматриваемых сечений: основного, внутреннего и наружного, мм.
Ограничение полуширины для сечений, мм:
- основного
; (2.3)
- внутреннего, расположенного по середине базы, при n = l
; (2.4)
- наружного, расположенного
снаружи основного сечения,
; (2.5)
где s - максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса, s=1541мм;
d - минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колес, d=1489 мм;
q - наибольшее возможное
w - наибольшее возможное поперечное перемещение из центрального положения в одну сторону кузова относительно рамы тележки, w=28 мм;
2l - расстояние между шкворневыми (основными) сечениями вагона (база вагона), 2l=8,24 м;
n - расстояние от рассматриваемого поперечного сечения вагона до ближайшего основного сечения: при определении ЕВ n=l, м; при определении ЕН n=lk, м;
К – величина, на
которую допускается выход
К1 – величина дополнительного поперечного смещения в кривой расчетного радиуса (R=200 м –для верхней части габарита, R=250 м – для нижней части габарита) тележечного подвижного состава, мм;
К2 – коэффициент, зависящий от величины расчетного радиуса кривой (R=200 м – для верхней части габарита, R=250 м – для нижней части габарита);
К3 – половина принятой на железных дорогах величины увеличения горизонтального расстояния между осями путей на перегонах в расчетной кривой R=200 м при вписывании вагона в заданный габарит в верхней части; или величина геометрического смещения середины и концов расчетного вагона в кривой R=200 м в нижней части заданного габарита, мм;
a, b − дополнительные ограничения внутреннего и наружного сечений вагона, имеющие место только у очень длинных вагонов, проектируемых по заданному габариту, и определяемые из условия вписывания в кривую радиуса R=150 м.
Для верхнего очертания габарита 1-ВМ
, если мм;
, если мм;
, если мм;
при h>72 мм.
где при ,
при .
Тогда
, т.е. ,
т.е. .
Поскольку отдельно взятая величина в квадратных скобках оказалась отрицательной, то ее не учитывают, т.е. принимают равной нулю. Отрицательная сумма сведельствует о недоиспользовании имеющегося в кривой уширения габарита приближения строений. Поскольку абсолютные значения выражений в квадратных скобках не удовлетворяют условиям
то в этом случае расчет ограничений производим из условия вписывания в габарит на прямом участке пути.
- основного сечения и внутреннего сечения
(2.7)
- наружного сечения
, (2.8)
где - ограничения полуширины соответственно, основного, внутреннего и наружного сечений в прямой;
sп - максимальная ширина колеи в прямой, sп=1526 мм.
Таким образом
Е0=Ев=49,5 мм;
Ен=73 мм.
Ширина строительного очертания кузова вагона 2B на некоторой высоте Н над уровнем головки рельсов для верхнего очертания габарита составит:
- в основном и внутреннем сечениях
2B1=2B2=3251 мм;
2B3=3301 мм;
2B4=3301 мм;
2B5=3101 мм;
2B5=2701 мм;
2B5=2221 мм.
- в наружном сечении
2В1=2В2=3228 мм;
2В3=3278 мм;
2В4=3278 мм;
2В5=3078 мм;
2В6=2678 мм;
2В7=2198 мм.
3.3 Определение горизонтальных поперечных размеров проектного очертания кузова вагона
Ширина проектного очертания кузова вагона на некоторой высоте Н над уровнем верха головки рельса определяется по формуле
где Ет- конструктивно-технологические отклонения, допускаемые при постройке вагона, в горизонтальной плоскости:
-для верхней части кузова Ет=23мм;
-для нижней части кузова Ет=13 мм.
- в основном и внутреннем сечениях
2b1=3225 мм;
2b2=3225 мм;
2b3=3275 мм;
2b4=3255 мм;
2b5=3055 мм.
2b6=2655 мм;
2b7=2175 мм.
- в наружном сечении
2b1=3202 мм;
2b2=3202 мм;
2b3=3252 мм;
2b4=3232 мм;
2b5=3032 мм.
2b6=2632 мм;
2b7=2152 мм.
Горизонтальная габаритная рамка проектного очертания кузова на уровне рамы показана на рисунке 2.2
Рисунок 2.2 - Горизонтальная габаритная рамка
4. Расчет нагрузок,действующих на вагон и его части.
4.1 Вертикальные статическая нагрузка.
Статическая нагрузка на любую деталь вагона определяется по формуле:
где - вес брутто вагона, кН;
- вес частей и укрепленного
на них оборудования, через которые
передается нагрузка от
т - число одинаковых параллельно загруженных элементов.
Рассчитаем статическую
кН - вес боковой рамы тележки;
кН - вес буксового узла;
кН - вес рессорного подвешивания;
кН - вес колесной пары;
Рассчитаем статическую нагрузку, действующую на двухрядную пружину рессорного комплекта двухосной тележки:
Рассчитаем статическую
Рассчитаем статическую нагрузку, действующую на колесную пару тележки и приложенную к шейке оси:
где - коэффициент использования грузоподъемности;
кН - масса консольной части оси до круга катания.
Рассчитаем статическую
где - количество буксовых узлов;
2 - количество цилиндрических
4.2 Вертикальная динамическая
Вертикальная динамическая нагрузка определяется умножением статической нагрузки на коэффициент вертикальной динамики, то есть
