Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Выбор основных параметров проектируемого вагона

1.1 Планировка вагона

1.2 Населенность

1.3 Массы кузова и вагона

1.4 Конструкционная скорость

2. Проверка вписывания тележки в габарит

3. Описание конструкции пассажирского вагона

4. Расчёт на прочность надрессорной балки тележки пассажирского вагона

5. Определение устойчивости вагона против схода с рельсов

6. Расчёт экономической эффективности проектируемого пассажирского вагона

6.1 Эксплуатационные показатели сравниваемых вагонов

6.2 Расчет эксплуатационных расходов

6.3 Определение капитальных вложений

6.4 Оценка эффективности проектируемого вагона

Литература

1. Выбор основных параметров проектируемого вагона

1.1 Планировка вагона

В соответствии с заданием на проектирование наружная длина вагона равна 23,6 м[1]. Согласно паспортным данным вагон указанной длины имеет размеры:

длину по осям сцепления автосцепок - 24,537 м;

базу - 17 м;

длину консольной части - 3,75 м;

наружную ширину -3,41 м;

внутреннюю ширину - 2,826 м;

высоту внутри салона от пола до потолка - 2,923 м;

полную высоту - 4,377 м.

Минимальные размеры внутренней планировки и оборудования пассажирских вагонов определены нормами и составляют, мм:

а) ширина помещений:

- купе четырехместного - 1770;

- купе двухместного ~ 1350;

-отделения для проводника - 1230;

-туалета - 900;

-отделения отопления - 900;

- тамбура - 840.

б) ширина продольных проходов в вагонах:

- купейных - 750;

- спальных открытого типа - 560;

- межобластного сообщения - 600;

в) ширина просветов дверей:

- тамбурной створчатой боковой - 700;

- то же торцовой задвижной - 700;

-створчатой из тамбура в пассажирское помещение - 640;

- задвижной в купе - 600;

- створчатых в коридорах, купе, служебных отделениях, туалетах - 560;высота створчатых и задвижных дверей - 1900.

г) ширина диванов и кресел в вагонах:

- жестких - 560;

- мягких - 600;

- межобластного сообщения - 470;

- ширина подъемной полки - 570;

- длина спального места в вагонах: купейных - 1820;

- открытого типа - 1700.

д) расстояния:

- от пола до сидения диванов - 340;

- от сидения дивана до нижней части подъемной полки в рабочем состоянии - 920;

- между креслами вагонов межобластного сообщения (шаг) - 975;

- между диванами - 610;

е) размеры багажных полок: ширина - 580; высота от пола - 2000.

1.2 Населенность

Согласно планировке вагон длиной 23,6 м имеет 9 купе по 4 места, следовательно, его населенность составляет 36 мест для пассажиров и 2 места в отделении для отдыха проводников.

1.3 Массы кузова и вагона

Купейные вагоны длиной 23,6 м, выполненные из низколегированных и углеродистых сталей, поставляемых по импорту, имеют массу 52 т.

Масса брутто вагона

m_бр=(Т+пm_пас) (1)

где: Т - масса тары, Т =52 т;

п - расчетная населенность вагона, п =32;

m - средняя масса одного пассажира с багажом ш_пас = 0,1 т.

m_бр = (52 + 36* 0,1) = 55,6 т.

Масса брутто кузова

m_бр^кз= m_бр-2 m_т (2)

где: m_т - масса тележки масса тележки КВЗ-ЦНИШ 7,2 т.[2]

m_бр^кз=55,6-2*7,2=41,2т.

1.4 Конструкционная скорость

Конструкционная скорость вагона определена заданием на проектирование и составляет 45 м/с (160 км/ч).

1.5 Выбор основных параметров тележки

Тележка типа КВЗ-ЦНИИМ пассажирского вагона: наибольшая длина-3,9 м; наибольшая ширина по кронштейнам надрессорной балки - 3,06 м; длина консольной части - 0,75 м; база - 2,4 м; наименьшее расстояние от головки рельсов до наиболее выступающих частей (предохранительных стержней)- 130 мм; расстояние от головки рельсов до опорных скользунов - 990 мм;

2. Проверка вписывания тележки в габарит

Исходные данные :

База тележки 2,4м;

длина консольной части тележки 0,75м.

Ограничение полуширины Е₀,Е_с,Е_н для элементов тележки в пределах верхнего очертания (для точек с координатами 1675,450мм) и всех вышерасположенных точек (смотреть рисунок 2.1) определим по формулам

Е₀^п=Е_в^п=0,5(sⁿ-d)+q+w; (3)

Е_н^п=[0.5(sⁿ-d)+q+w] ; (4)

где Е₀^п,Е_в^п,Е_н^п- ограничения полуширины соответственно для основного, внутреннего и наружного сечений в прямой, мм;

sⁿ- максимальная ширина колеи в прямой, мм [3 таблица 2.1];

d- минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колёс, мм;

q- наибольшее возможное поперечное перемещение из центрального положения в одну сторону рамы тележки относительно колёсной пары, мм [3 табл.2,2];

w- наибольшее возможное поперечное перемещение из центрального положения в одну сторону кузова относительно рамы тележки, мм [3табл.2,2];

2l-база вагона, м;

n-расстояние от рассматриваемого поперечного сечения вагона до ближайшего основного сечения, м.

-для обрессоренных частей:

1)надрессорной балки и укреплённых на ней частей-

Е_с^п=0,5(1526-1501)+51=63,5=64 мм.

2)предохранительного стержня, серёг и поддона-

Е_с^п=0,5(1526-1501)+30=42,5=43 мм;

3)рамы тележки и укреплённых на ней частей-

Е₀^п=Е_с^п=0,5(1526-1501)+8=20,5=21 мм;

Е_н^п=[0,5(1526-1501)+8]

-для необрессоренных частей-

1) буксы -

Е₀^п=0,5(1526-1501)+1=13,5=14 мм;

2) колёсной пары-

Е₀^п=0,5(1526-1501)+0=12,5=13 мм.

Ограничения полуширины Е₀,Е_с,Е_н для элементов тележки в пределах нижнего очертания [3]

Е₀=0,5(s-d)+q+w-K (5)

E_c=0.5(s-d)+q+w+2(2l-n)n-K (6)

E_н=[0.5(s-d)+q+w] (7)

Где К-величина, на которую допускается выход подвижного состава за очертание габарита.

А) для точек с координатами 1575,430

-для обрессоренных частей:

1)надрессорной балки и жёстко укрепленных на ней частей-

Е_с=0,5(1465-1410)+51+2(2,4-1,2)*1,2-75=6,38=7мм;

2)предохранительного стержня, серёг и поддона -

Е_с=0,5(1465-1410)+30+2(2,4-1,2)-75=-14,62мм;

3)рамы тележки и жёстко укреплённых на ней частей-

Е_с=0,5(1465-1410)+8-75=-39,5мм;

Е_с=0,5(1465-1410)+8+2(2,4-1,2)*1,2-75=-36,52 мм;

Е_н=(0,5(1465-1410)+8)

-для необрессоренных частей:

1)буксы -Е₀=0,5(1465-1410)+1-75=-46,5 мм;

2)колёсной пары-Е₀=0,5(1465-1410)+0-75=-47,5 мм;

Б) для точек с координатами 1520,430 мм. и точек, расположенных на расстояниях 1215-1225 мм. от оси пути определим по формулам [3]

-для обрессоренных частей :

1)надрессорной балки и жёстко укреплённых на ней частей-

Е_с=0,5(1465-1410)+51+2(2,4-1,2)*1,2-25=57 мм;

2)предохранительного стержня, серёг и поддона-

Е_с=0,5(1465-1410)+30+2(2,4-1,2)*1,2-25=36 мм;

3)рамы тележки и жёстко укрепленных на ней частей-

Е₀=0,5(1465-1410)+8-25=11 мм;

Е_с=0,5(1465-1410)+8+2(2,4-1,2)*1,2-25=14 мм;

Е_н=(0,5(1465-1410)+8)

-для необрессоренных частей:

1)буксы-

Е₀=0,5(1465-1410)+1-25=4 мм

2)колёсной пары

Е₀=0,5(1465-1410)+0-25=3 мм

В) для точек, расположенных на расстояниях 115,540,960 мм.от оси пути[3]

Е₀=Е_в=q+0.5w; (8)

Е_н=(10+q+0.5w) (9)

-для обрессоренных частей :

1) надрессорной балки и жёстко укреплённых на ней частей-

Е_с=8+0,5*43=29,5=30мм;

2)предохранительного болта, серёг и поддона-

Е_с=8+0,5*22=19мм;

3)рамы и укреплённых на ней частей-

Е₀=Е_с=8+0,5*0=8мм;

Е_н=((10+8+0,5*0))

-для необоессоренных частей-

1)буксы-Е₀=1+0,5*0=1мм;

2)колёсной пары-Е_с=0+0,5*0=0.

Для точек, расположенных на расстоянии 871,5(831,5) и 718,5(678,5) мм. от оси пути, ограничения полуширины определим по формулам [3]

Е₀=q+w+K₁ (10)

Е_в=q+w+K₂(2l-n)n+K₁ (11)

Е_н=0.5(s-d); (12)

Где К₁- величина дополнительного поперечного смещения в кривой расчётного радиуса, мм;

К₂-коэффициент, зависящий от величины расчётного радиуса кривой.

-для обрессоренных частей:

1) надрессорной балки и жёстко укреплённых на ней частей-

Е_с=8+43+2(2,4-1,2)*1,2=54 мм;

2) предохранительного болта, серёг и поддона-

Е_с=8+22+2(2,4-1,2)*1,2=33мм;

3) рамы тележки и укреплённых на ней частей-

Е₀=8+0=8мм;

Е_с=8+0+2(2,4-1,2)1,2=11 мм;

Е_н=0,5(1465-1410)

-для необрессоренных частей:

1)буксы Е₀=1+0=1 мм;

2)колёсной пары Е₀=0+0=0.

Рисунок 2.1-Нижнее очертание габарита 0-Т - для пассажирского вагона.

Наименьшие вертикальные размеры строительного очертания Н_i определим по формуле

Н_i=H_io+д (13)

Где д - суммарное статическое параллельное понижение для соответствующего элемента вагона, мм, таблица 2,3 [3]

Исходные данные для определения Н_i взяты из таблиц 2,3 и 2,5 [3]

Суммарные понижения:

- надрессорной балки и укреплённых на ней частей-

д=70+0,5Р_экл_т=70+0,5*0,083*858=106 мм.

где Р_эк=0,083мН-расчётная нагрузка на вагон

л_т=858 мм/мН-гибкость подвешивания тележки.

-серёг и поддона -

д=60+0,5*0,083*189=68мм.

-рамы тележки и укреплённых на ней частей-

д=50+0,5*0,083*189=58мм.

-буксы и колёсной пары -45мм.

Результаты расчёта Е и д сведены в таблицу 2,1

По результатам расчётов построены горизонтальные (рис.2,2) и вертикальные (рис. 2,3 и 2,4) габаритные рамки проектного очертания тележки и её частей.

Рисунок 2.2 Горизонтальная габаритная рамка проектного очертания тележки пассажирского вагона.

Таблица 2.1-Величины ограничений, необходимые для определения строительного очертания тележки.

Наименование частей тележки	Ограничения полуширины габарита подвижного состава	Увеличение вертикальных размеров габарита подвижного состава понизу дмм
	Для точек с координатами 1675, 430 и всех вышерасположенных точек	Дял точек с координатами 1575, 410 мм	Для точек с координатами 1520, 540 мм	Для точек с координатами 115, 540, 910, 980 мм	Для точек с координатами 871,5, 718,5 мм
	Е0	Ес	Ен	Е0	Ес	Ен	Е0	Ес	Ен	Е0	Ес	Ен	Е0	Ес	Ен
надрессорной балки и укреплённых на ней частей	-	64	-	-	7	-	-	7	-	-	30	-	-	54	-	106
предохранительного болта, серёг и поддон	-	43	-	-	0	-	-	36	-	-	19	-	-	33	-	68
рамы тележки и укреплённых на ней частей	21	21	34	0	0	0	11	14	37	8	8	30	8	11	35	58
буксы	14	-	-	0	-	-	4	-	-	1	-	-	1	-	-	45
Колесные пары	13	-	-	0	-	-	3	-	-	0	-	-	0	-	-	45

Рисунок 2.3 - Вертикальная габаритная рамка проектного очертания рамы тележки в наружном сечении: 1-проектное очертание; 2-габарит подвижного состава.

Рисунок 2.4 Вертикальная габаритная рамка проектного очертания надрессорной балки тележки в среднем сечении: 1-проектное очертание,2-габарит подвижного состава.

3. Описание конструкции пассажирского вагона

Кузов пассажирских вагонов по конструкции и размерам основных типов унифицирован. Он выполняется цельнометаллическим, сварным, несущей конструкции типа замкнутой оболочки с оконными и дверными проёмами в стенах. Для несущих элементов конструкции кузова применяются низколегированные и углеродистые стали различных марок с широким использованием в качестве подкрепляющих элементов обшивки, рациональных форм гнутых профилей. Металлоконструкця кузова состоит из рамы, со сплошной хребтовой балкой и металлическим настилом пола, боковых и торцовых стен и крыши . В боковых стенах кузова предусмотрены проемы для окон и проемы для дверей, оборудованные подножками и поручнями . Под полом кузова размещен ящик для хранения постельного белья, бывшего в употреблении. На торцовых стенах кузова также имеются проемы для перехода пассажиров из вагона в вагон при движении поезда, которые со стороны тамбура закрывают дверями. Снаружи по контуру проема установлена металлическая рамка для крепления на ней уплотнительного элемента (суфле) упругой переходной площадки.

Для подъема на крышу на торцовой стене с котловой стороны вагона установлена откидывающаяся лестница. Для соединения кузова с тележками предусмотрены пятники. Естественная вентиляция помещения вагона осуществляется через дефлекторы Рама кузова образована хребтовой, двумя шкворневыми, двумя концевыми и тремя поперечными балками, размещенными между шкворневыми. Хребтовая балка состоит из трех частей: двух концевых -- из швеллера № ЗОВ-1 с толщиной стенок 9,5 мм и средней -- из швеллера № 30а с толщиной стенок 6,5 мм. Применение мощного в консолях и более легкого профиля в средней части хребтовой балки обусловлено тем, что продольные усилия, возникающие в поезде, непосредственно воспринимаются консольными частями, а в средней -- частично, так как здесь в восприятии этих сил участвуют боковые стены и крыша кузова. Швеллеры средней части хребтовой балки на всей своей длине связаны между собой поперечными диафрагмами, а по концам они соединены задними и передними упорами автосцепки, объединенными с розеткой. Для ограничения перемещения тягового хомута вверх к хребтовой балке сверху приварены планки.

К вертикальным стенкам швеллеров хребтовой балки на участках между упорами и приклепаны планки, защищающие стенки швеллеров от истирания поглощающими аппаратами. На участке между задними упорами и шворневыми балками хребтовая балка усилена листом толщиной 10 мм. Шкворневая балка сварная, коробчатого сечения. Она состоит из двух вертикальных листов толщиной -8 мм, переменной высоты по длине нижнего фигурного листа толщиной 10 мм и верхнего горизонтального листа. К нижнему листу в пересечении с хребтовой балкой на болтах крепится пятник, а по бокам -- скользуны. Зоны размещения скользунов шкворневой балки усилены двумя ребрами, а надпятниковая зона -- крестовиной диафрагмами и ребрами .Концевая балка выполнена из двух швеллеров № 30, соединенных в середине с хребтовой балкой ударной розеткой / автосцепки.

С хребтовой балкой снизу она связана фигурным листом, имеющим отбортовку высотой 58 мм. Для придания достаточной жесткости концевым балкам в местах постановки на них буферов упругих площадок эти зоны усилены ребрами и планкой .Основные поперечные балки рамы выполнены из штампованных листов Г-образной формы переменной высоты по длине. Настил пола в консольных частях изготовлен из гладкого листа толщиной 3 мм, а на участках между шкворневыми балками -- из гофрированного толщиной 2 мм. Соединенные сваркой концевые, шкворневые, хребтовая, основные и вспомогательные поперечные, а также боковые продольные балки с настилом пола и подкрепляющими его поперечными балками и образуют жесткую конструкцию, обеспечивающую необходимую прочность кузову при действии эксплуатационных нагрузок.

К вспомогательным балкам относятся: балка для крепления тормозного оборудования, для высоковольтного контакторного ящика, для бельевого ящика и др. Поддерживающие пол балки в средней части кузова выполнены из гнутых Z-образных профилей высотой 65 мм и толщиной 3 мм, а в местах расположения тамбурных перегородок -- из Щ-образных профилей высотой 85 мм и толщиной 3 мм. Балки для крепления котла отопления изготовлены из Z-образных профилей высотой 85 мм и толщиной 3 мм. У продольной оси рамы они стыкуются с поддерживающими пол балками такого же профиля и размера, что и балки (Z № 6,5). Пол в тамбурах покрыт гладким фигурным листом с вырезами для размещения подножек. Пространство над подножками на уровне пола перекрывается откидывающимися крышками. Боковая стена кузова состоит из гофрированных листов, подкрепленных с внутренней стороны каркасом, вертикальными стойками и продольными обвязками. Обшивка надоконного пояса имеет толщину 2 мм, а подоконного и межоконных простенков -- 2,5 мм.

Каркас стены образован набором стоек (Z 55X65X40X3 мм) и продольной верхней и нижней б обвязок, выполненных из Z-образных профилей размером соответственно 70X50X20X3 и 100X75X6 мм. Дверные стойки сварные из двух Z-образных профилей № 6,5 и планок, образуя Q-образный профиль размером 200X55X65X3 мм. По их высоте приварено по три коротких уголка, а над окнами к обшивке -- по три Z-образных элемента для крепления деревянных брусьев. Торцовая стена котлового конца вагона изготовлена из двух крайних гофрированных листов толщиной,2 мм и среднего наддверного листа толщиной 1,4 мм. По высоте стены обшивка с внутренней стороны подкреплена ребрами толщиной 2 мм, кромки которых имеют отбортовку высотой 20 мм.

Сверху листы приварены к дуге уголкового профиля 60X50X2 мм, снизу -- к обвязке (2 мм), а по краям к обшивке, подкрепленной стойками и Z-образного профиля (55X40X30X3 мм). В зоне дверного проема торцовая стена усилена двумя мощными противоударными стойками из двутавров № 26Б1. Стойки снизу приварены к концевой балке рамы, а - вверху -- поперечной балке (швеллер № 30), образуя конструкцию, обеспечивающую жесткую связь стен, и крыши. К стойкам приварена П-образная рамка для крепления резинового суфле упругой площадки. Она состоит из стоек и балки. Над балкой расположен элемент, на который крепится козырек суфле. Балки выполнены из Z-образных профилей толщиной 4 мм. Наружная полка профиля стоек по высоте подкреплена ребрами.

Емкости для хранения угля в вагоне образованы пространством между наружной обшивкой, специальным листом, приваренным со стороны тамбура к элементам u и листу, образующим дно. Для размещения сигнальных фонарей в стене предусмотрено три выреза, а для безопасности подъема на крышу -- поручни. Крыша состоит из металлического каркаса, обшитого снаружи в средней части гофрированными вдоль вагона листами толщиной1,5 мм, а по скатам -- гладкими листами толщиной 2 мм. Каркас крыши сварен из боковых продольных обвязок уголкового профиля 56X56X3 мм и дуг Z-образного профиля 45X65x40X2,5 мм. По концам продольные обвязки соединены с попе речными балками, выполненными из швеллера № 30. Концевые дуги изготовлены из гнутых - уголков 60X50X2 мм.

В крыше предусмотрены отверстия с усиливающими армировками для дефлекторов, а также армированные люки для монтажа и демонтажа котла отопления, калориферов, бака для воды и вентиляционного агрегата. Рама с настилом пола, боковые стены и крыша свариваются в замкнутую оболочку так, что подкрепляющие пол поперечные балки, стойки стен и дуги крыши располагаются в одной плоскости, образуя шпангоуты. Такое соединение обеспечивает наибольшую работоспособность металлоконструкции кузова при минимальной массе.

4. Расчёт на прочность надрессорной балки тележки пассажирского вагона

Рисунок 4.1 Надрессорноя балка тележки пассажирского вагона и приложенные к ней силы.

Основными расчётными силами при проектировании надрессорной балки тележки пассажирского вагона являются:

- в вертикальной плоскости:

Силы Р₁ и Р₂, действующие на скользуны, расположенные соответственно со стороны наружного и внутреннего рельсов

Р₁=Р_ст+Рд+Р_б+Р_и (14)

Р₂= Р_ст+Рд-Р_б+Р_и (15)

- горизонтальной плоскости:

продольная сила инерции Т_и, возникающая при торможении и приложенная к шкворню;

Силы трения F₁ и F₂ между скользунами кузова и тележки

F₁=мP₁ F₂=мP₂ (16)

Сила F, приложенная к шкворню

F=F₁-F_2. (17)

Где Р_ст- вертикальная статическая сила;

Р_д- вертикальная динамическая сила

Р_б- вертикальная составляющая от боковых сил

Р_и- вертикальная составляющая от продольных сил инерции при торможении;

м=0,2-коэффициент трения в скользунах.

Вертикальная статическая сила на скользун надрессорной балки

Р_ст= (18)

Р_бр- вес вагона брутто

Р_бр=(Т+п_пасm_пас)g (19)

Т- масса пассажирского вагона с экипировкой,

п_пас- расчётная максимальная населённость вагона

m_пас=0,1т.-средняя масса одного пассажира с багажом

Р_бр=(52+36*0,1)*9,81=545кН

Р_ч- вес частей тележки, через которые передаётся на рельсы статическая нагрузка он надрессорной балки

Р_ч=(2m_кп+4m_б+m_р+2m_рп)g; (20)

m_кп- масса колёсной пары;

m_б- масса буксового узла;

m_р- масса рамы тележки,1,2т;

m_рк- масса рессорного подвешивания одной стороны тележки.0,415т.

Р_ч=(1,456*2+4*0,101+1,2+2*0,415)*9,81=52кН;

Р_ст=

Вертикальная динамическая сила на скользун надрессорной балки

Р_д=Р_стК_д; (21)

Где К_д - коэффициент вертикальной динамики

К_д=; (22)

в - 1,0 параметр функции распределения

К_д - средний коэффициент вертикальной динамики;

Р. (К_д)=0,97 - доверительная вероятность.

К_д=а+3,6*10^-4b(х-15)/f_ст=0,2+3,6*10^-4(45-15)/0,052=0,408

а- коэффициент, равный 0,2 для рамы тележки;

b= (m₀+2)/2 m₀-коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке;

х=33м/с-скорость движения вагона;

f_ст=0,052 м- статический прогиб рессорного подвешивания;

К_д=2,114*0,408=0,861

Р_д=110*0,861=95кН

Вертикальная составляющая от боковых сил на скользун надрессорной балки

Р_б=; (23)

Где Н_ц- центробежная сила от веса брутто вагона

Н_ц=з_ц(Р_бр-2Р_ч)

з_ц=0,1-коэффициент, учитывающий действие центробежной силы.

Н_ц=0,1(545-2*52)=44кН

Н_в- сила давления ветра

Н_в=щ2L_нН_кз; (24)

Где щ=0,5кН/м- удельное давление ветра;

2L_н- длина кузова по концевым балкам;

Н_кз- наружная высота кузова.

Н_в=0,5*23,6*3,41=40кН.

h_ц,h_в- вертикальное расстояние от точки приложения силы Р_б до точек приложения сил Н_ц Н_в соответственно h_ц=1,145 м, h_в=1,804м.

=2- число параллельно нагруженных надрессорных балок вагона

2b=1,518м-расстояние между точками приложения сил Р_б дополнительного загружения и разгружения надрессорных балок тележки

Р_б=

Вертикальная составляющая от продольных сил инерции при торможении на скользун надрессорной балки

Р_и=; (25)

2l-база вагона,

h=h_ц -вертикальное расстояние от центра тяжести вагона до точки приложения силы Р

Т_и - продольная сила инерции кузова вагона

Т_и=0,2Р_ст=0,2*110=22кН

Р_и=

Р₁=110+95+40+0,8=245,8кН

Р₂=110+95-40+0,8=165,8кН

F₁=0,2*245,8=49кН

F₂=0,2*165,8=33кН

F=49-33=16кН

Расчётная схема надрессорной балки представляет собой статически определимую балку. Рассматриваются 3 расчётные схемы:

-в вертикальной плоскости от сил Р₁ и Р₂(рис.а)

-в горизонтальной плоскости - от силы Т_и (рис.б) и от сил F₁ F₂ (рис.в)

Расчётными сечениями надрессорной балки являются сечения

1-1-по середине балкиl₁=1.018 м;

2-2-возле подшипника l₂=0.818 м;

3-3-возле скользуна l₃=0.375 м;

4-4- посередине скользуна l₄=0.259 м;

5-5-по вертикальной опоре а=0,270 м.

В вертикальной плоскости-

М_в1=R_аl₁-P₁(l₁-l₄)=236*1,018-245,8(1,018-0,259)=54Кн*м

M_в2=R_al₂-P₁(l₂-l₄)=236*0,818-245,8(0,818-0,259)=56кН*м

M_в3=R_al₃-P₁(l₃-l₄)=236*0,375-245,8(0,375-0,259)=60кН*м

M_в4=R_al₄=236*0,259=61кН*м

M_в5=0



Рис. 4.2 Изгибающие моменты в расчётных сечениях балки

Горизонтальной плоскости:

М_г1=[T_c(a+l₁)]+[F_c(a+l₁)-F₁(l₁-l₄)]=(11(0,27+1,018)+24(0,27+1,018)-49(1,018-0,259)=8кН*м;

M_г2=[T_c(a+l₂]+[F_c(a+l₂)-F₁(l₂-l₄)]=11(0,27+0,818)+24(0,27+0,818)-49(0,818-0,259)=11кН*м;

M_г3=[T_c(a+l₃]+[F_c(a+l₃)-F₁(l₃-l₄)]=11(0,27+0,375)+24(0,27+0,375)-49(0,375-0,259)=17кН*м;

M_г4==[T_c(a+l₄]+[F_c(a+l₄)]=11(0,27+0,259)+24(0,27+0,259)=19кН*м;

M_г5=[T_ca]+[F_ca]=11*0,27+24*0,27=10кН*м;

Где R_a- вертикальная реакция в опоре А балки со стороны рессорного комплекта, определяемая из условия равновесия балки в вертикальной плоскости;



R_a=

T_c F_c-горизонтальные реакции в опоре балки со стороны продольного поводка соответственно от силы Т_и и сил трения :

Т_с=0,5Т_и=0,5*22=11кН,

а F_c определяется из условия равновесия балки в горизонтальной плоскости

Суммарные напряжения в расчётных сечениях балки для верхних левых и нижних правых волокон

у_i=у_вi^{(в) н}+у_гi^{л (п)}; (26)

где у_вi^{(в) н}-нормальные напряжения от вертикальных сил

у_вi^(в)=-М_вi/W_yi^в у_вi^н=+ М_вi/W_yi^н

у_гi^{л (п)} - нормальные напряжения от горизонтальной силы для левых и правых волокон соответственно

у_гi^л= - М_гi/W_yi^л у_гi^п= М_гi/W_yi ^п

Условие прочности

у_i ?[у] ; (27)

где [у] - допускаемые напряжения материала надрессорной балки. Для стали марки ВСт3сп6-155МПа; 09Г2Д, 10ХНДП, 15ХСНД-180МПа, 10Г2БД-195 МПа

Таблица 4.1 Напряжения в балке

сечение	Мв кН м	Мг кНм	Wв 10-6 м3	Wн 10-6 м3	Wл 10-6 м3	Wп 10-6 м3	увв МПа	увн МПа	угл МПа	угп МПа	у МПа	у МПа
1-1	54	8	1875	1717	1390	1390	29	31	6	6	35	37
2-2	56	11	1650	1650	1289	1289	34	34	9	9	43	43
3-3	60	17	911	1296	1548	1548	66	46	11	11	77	57
4-4	61	19	928	802	1960	1960	66	76	10	10	76	86
5-5	0	10	936	192	2252	2252	0	0	4	4	4	4

тележка вагон габарит надрессорный

5. Определение устойчивости вагона против схода с рельсов

Оценку устойчивости против схода с рельса колёсной пары, производим по коэффициенту запаса устойчивости.

Коэффициент устойчивости колёсной пары против схода рельса определяется зависимостью

; (28)

где угол наклона образующей конусообразной поверхности гребня колеса с горизонталью=60⁰;

=0,25-коэффициент трения поверхностей колёс и рельсов;

Р_в - вертикальная нагрузка от набегающего колеса на рельс;

Р_б - боковое усилие взаимодействия гребня набегающего колеса и головки рельса;

[К_ус]=1,4-допускаемое значение коэффициента запаса устойчивости.

Вертикальная нагрузка равна

Р_в=2Q^cn_ш; (29)

Боковая сила равна

Р_б=Н_р+; (30)

где Q^ст_ш - сила тяжести обрессоренных частей вагона, действующих на шейку оси;

g_кп - сила тяжести необрессоренных частей;

- расчётное значение коэффициента вертикальной динамики

- расчётное значение коэффициента динамики боковой качки

- расчётное значение рамной силы;

2b=2,036 м.- расстояние между серединами шеек оси.

l=1.58 м.- среднее расстояние между точками контакта колёс с рельсами;

а₁ и а₂- расчётные расстояния о точек контакта до середин шеек: а₁=0,25 м, а₂=0,22м.;

r=0.45м. - радиус среднеизношенного колеса.

Сила тяжести обрессоренных частей вагона на шейку оси

Q^ст_ш=; (31)

где m_бр- масса брутто вагона

m_т- масса тележки

m_н/б- масса надрессорной балки

m_рп- масса рессорного подвешивания тележки

п_ш- число шеек осей колёсных пар в вагоне

g=9.81м/с²

Q^ст_ш=

Сила тяжести необрессоренных частей на одну колёсную пару

g_кп=(m_кп+m_р)g; (32)

где m_кп- масса колёсной пары с буксовыми узлами;

m_р- масса боковой рамы

g_кп=(1,456+1,2)*9,81=19 кН

Коэффициент вертикальной динамики

=0,75К_дв; (33)

К_дв=а+3,6*10^-4b₁; (34)

где а- коэффициент, равный для обресоренных частей тележки 0,1;

b₁- коэффициент, учитывающий влияние числа осей=(2+п_т)/2п_т

п_т- число осей в тележке

v=45м/с- конструктивная скорость

f_ст=0,2м.-статический прогиб рессорного подвешивания

К_дв=0,1+3,6*10^-4*1*(45-15)/0,2=0,154

=0,75*0,154=0,1155

Коэффициент динамики боковой качки

=0,25* К_дв=0,25*0,154=0,0385

Рамная сила

=Р₀b₁(5+V) ; (35)

где Р₀-расчётная статическая осевая нагрузка

b₁=1

=0,003-коэффициент, учитывающий тип ходовых частей вагона

=1,99>1.4

Устойчивость колёсной пары против схода с рельса обеспечивается.

6. Расчёт экономической эффективности проектируемого пассажирского вагона

Экономическая эффективность внедрения проектируемого вагона оценивается сравнением совокупных затрат базового и вновь создаваемого. Сравнительная характеристика обеих вагонов приведена в таблице 6.1

Таблица 6.1 - Технико-экономическая характеристика базового и проектируемого вагонов.

Показатель	Вагон
	Базовый	Проектируемый
Населённость	36	40
Масса тары без экипировки Т,т.	52	56
Длина вагона по осям сцепления 2Lоб,м.	24,537	27,43
База вагона 2l,м.	17	19,25
Ширина кузова наружная 2Вн,м.	3,105	3,1
Высота оси автосцепки hв,м.	1,06	1,06
Конструкционная скорость V,м/с.	160	160
Габарит	1-ВМ	1-ВМ
Цена вагона, Ц, тыс.руб.	4000	4470
Цена капитального ремонта, тыс. руб.	155,36	174
-первого объёма(КР-1)	440	493
-второго объёма (КР-2)Расходы на деповской ремонт, тыс.руб.	23	25,8
Расходы на выполнение технических обслуживаний (ТО) и текущих ремонтов (ТР) в расчёте на вагон в год, тыс.руб.	75,1	84,2
Срок службы вагона, годы.	28	28
Срок службы вагона с учётом морального износа Ю-годы.	20	20

6.1 Эксплуатационные показатели сравниваемых вагонов

Коэффициент использования вместимости вагона в среднем за год К_и = 0,94, а в месяц интенсивных перевозок K_и^м = 0,98. Средняя населенность вагона:

базового - Рнс = КиРн = 0,94*36 = 33,84

проектируемого - Рнс= 0,94*40 = 37,6 . Средний состав поезда по годам расчетного периода

m_i= (1+r_в)/(P_нсl_вN)

где УPl_n - пассажирооборот в году t расчетного периода, УPl_n= 548*10 ⁶ пас*км

Рнс- средняя за год населенность вагона;

l_в- среднее расстояние оборота пассажирского поезда, l_в= 650 км;

N - число отправляемых поездов за год, N = 3250;

r_в - коэффициент, представляющий собой отношение количества вагонов других типов к среднему количеству вагонов рассматриваемого типа, r_в = 1,43 :

базового - m_i= 548.10⁶(l + 1,43)/(33,84*650*3250) = 19 ;

проектируемого - m_i = 548*10⁶(l + 1,43)/(37,6*650*3250) = 17.

Остальные показатели, необходимые для расчета эксплуатационных расходов, приняты на среднесетевом уровне по СНГ (табл.6.9)[1]

4.2 Расчет эксплуатационных расходов

Расчет эксплуатационных расходов выполнен методом расходных ста вон (табл.6.10)[1]

Расходная ставка на 1 ваг-ч

Е_вч=(Ц_кр1п_кр1+Ц_кр2п_кр2+С_дп_д)/(Т_сл*365*24)

Где Ц_кр1, Ц_кр2 - соответственно цены капитальных ремонтов 1-го и 2-го обьемов:

С_д- стоимость деповского ремонта;

п_кр1, п_кр2 соответственно число капитальных ремонтов 1-го в 2-го объемов и деповских ремонтов за срок службы вагона.

Расходная ставка на 1 ваг*ч:

-базового вагона -

е_вч = (155360*4 + 440000*1+ 23000*22)/(28*365*24)= 6,39 руб.;

-проектируемого вагона -

е_вч = (174000*4 + 493000*1 + 258000*22)/(28*365*24) = 7,16 руб.

Калькуляционные измерители на 1000 пас*км.

При перевозке в базовом вагоне:

вагоно-километры - УnS = 1000/Рнс =1000/33,В4 = 29,55;

вагоно-часы -УпН = 24*УпS/S_B= 24*29,55/650 = 1,09;

локомотиво-километры в голове поездов (поездо-километры)

УNS =УnS/m_i =29.55/19= 1,555;

- локомотиво-километры с учетом вспомогательного пробега

УMS =УNS(1+в)=1.555(1 + 0,0791) = 1,678;

-локомотиво-километры при движении локомотива в голове поезда и одиночном следовании

УMS_го= УMS(1+в)=1,555(1+0,0201)=1,586;

- тонно-километры брутто вагонов и локомотивов

УPl_бр=У_nS(q+0,1Р_Н)+P_л(l+вл)=29,55(52+0,1*33,84)+172*1,555(1+0,047)= =1916,5;

-бригадо-часы локомотивных бригад

УБt_ч= УMS(l + вл )(1/V_уч+ш _л )=1,555(1 + 0,0257) (1/78 + 0,0071) =0.0318;

-проводников

УЧt_п=К_пг_п *УnS(1+г_вс^п)/г_м=2*0,5*29,55(1+0,17)/74=0,4672;

Электромеханика

УЧt_м= г_м УNS (1+г_вс^м)/г_м =0,5*1,555*1,17/74=0,0123;

-начальника поезда

УЧt_н= г_н УNS (1+г_вс^н)/г_н =0,5*1,555*1,17/74=0,0123

-локомотиво-часы маневровой работы

УМt_м = УnS *в м/1000=29,55*0,195/1000 =0,00576;

-киловатт-часы электроэнергии

УЭ_д = а_вУРl_бр^в/10⁴= 142,1*[29,55(52 + 0,1 *33,84) ]10⁴=23,334;

отправлено:

-пассажиров

УР = 1000/1п = 1000/640 = 1,563;

-вагонов

Уn = УnS/l_в= 29.55/650 = 0,0455 .

При перевозке в проектируемом вагоне:

вагоно-кнлометры - УnS = 1000/37,6 = 26,6;

вагоно-часы - УnН = 24*26,6/650 = 0,983;

локомотиво-километры в голове поездов (поездо- километры)

УNS = 26,6/17 = 1,56;

локомотиво-километры с учетом вспомогательного пробега

УМS= 1,56(1 + 0,0791) = 1,68

локомотиво-километры при движении локомотива в голове поезда в одиночном следовании - УМS _го= 1,56(1 + 0,0201) = l,59

тонно-километры брутто вагонов и локомотивов -*

УРl_бр = 26,6(56 + 0.1*37.6) + 172*1,56(1 + 0,0467) =1841;

бригадо-часы локомотивных бригад

УБt_ч = 1,56(1+ 0,0257) (l/78 +0,0071)= 0,0316;

человеко-часы:

-проводников - УЧt_п= 2*0,5*26,6(1+0,17)/74=0,42;

-электромеханика - УЧt_м=0,5*1,56*1,17/74=0,0123 ;

-начальника поезда - УЧt_н=0,5*1,56*1,17/74=0,0123;

локомотиво-часы.маневровой работы - УМt_м =26,6*0,195/1000=0,00518;

киловатт-часы электроэнергии -

УЭ_Л = 142,1*26,6(56 + 0,1*37,6)/10⁴ = 22,2;

отправлено:

-пассажиров -УР =1000/640 1,563:

-вагонов - Уn = 26,6/650 = 0,0408.

Для определения эксплуатационных расходов найденные затраты измерителя умножают на расходные ставки и результаты суммируют.

Издержки на освоение прогнозируемого объема пассажирских перевозок составляют:

базового вагона И^б_t= УРl_tИ_t /1000= 548*10^6*140,23/1000 = 78*10⁶ руб.;

проектируемого - И^п_t = 548*10⁶*131,78/1000 = 72,2-10⁶ руб.,

где УРl_t- пассажирооборот в году т, пас*км; И_t - текущие издержки на 1000 пассажиро-километров, руб.

6.3 Определение капитальных вложений

Цена нового вагона

Потребный парк пассажирских перевозок в году на прогнозируемый пассажирооборот

;

где б- коэффициент месячной неравномерности пассажирских перевозок для рассматриваемого направления, б-=0,94;

Р_НМ - населенность вагона в месяц максимальных перевозок,

Р_НМ = Р_НК_И^М;

-для базового вагона

;

-для проектируемого вагона

;

S_В- средне суточный пробег вагона, S_В=650км;

К_В- коэффициент, учитывающий резервный парк вагонов.

Потребный парк вагонов:

- базовых

-проектируемых

Потребный парк поездных локомотивов для базовых вагонов

Таблица 6.2 Эксплуатационные расходы на 1000 пос.км

Измеритель	Обозначение измерителя	Расходная ставка, коп.	Величина измерителя	Текущие издержки, коп/1000 пас.км, при эксплуатации вагона
		базового	проект.	базового	проект.	базового	Проект.
Вагоно-километры	nS	65,15	65,15	29,55	26,6	1925,2	1730
Вагоно-часы	nH	6,39	7,16	1,09	0,983	6,965	7,03
Локомотиво-километры с учетом вспомогательного пробега	MS	962,5	962,5	1,678	1,68	1615,1	1617
Локомотиво-километры при движении в голове поезда в одиночном следовании	MSго	285,5	285,5	1,586	1,59	452,87	455
Тонно-километры брутто вагонов и локомотивов	Plбр	0,815	0,815	1916,5	1841	1561,98	1500
Бригадо-часы локомотивных бригад	Бtч	26790	26790	0,0318	0,0318	850	850
Человеко-часы
- проводников	Чtп	8615	8615	0,4672	0,42	425	3620
- электромеханика	Чtм	11120	11120	0,0123	0,0123	136	136
- начальника поезда	Чtн	12930	12930	0,0123	0,0123	159	159
Локомотиво-часы маневровой работы	Mtм	59595	59595	0,005762	0,00518	343,385	309
Киловатт-часы электроэнергии	Эл	82,2	82,2	23,334	22,2	1918,11	1825
Отправлено:
- пассажиров	P	282	282	1,563	1,563	440	440
- вагонов	n	12975	12975	0,04546	0,0408	589,56	530

-для проектных вагонов

Потребный парк маневровых локомотивов

где Мt_м-затраты маневровых локомотиво-часов на 1000 пассожиро-километров

-для проектируемых

Принимаем для обоих случаев =1

Капитальные вложения на подвижной состав

для базового варианта

для проектного

Капитальные вложения в развитие ремонтной базы

-для базового варианта

-для проектного

Капитальные вложения в развитие ремонтной базы локомотивов

-для базового варианта

-для проектного

Суммарные капитальные вложения для базового варианта

,

-для проектируемого варианта

.

Суммарные капитальные вложения, приходящиеся на 1 год эксплуатации вагона:

-для базового варианта

,

-для проектируемого варианта

;

где Т_t- срок службы вагона учётом морального износа, годы.

6.4 Оценка эффективности проектируемого вагона

Совокупные издержки за 20-летний срок службы:

-для базового варианта



-для проектируемого

где - коэффициент приведения затрат года t к расчетному году.

Экономия средств при внедрении новых вагонов

-среднегодовая экономия средств

Литература

1. Пастухов И.Ф., Пигунов В.В. Вагоны. Методически указания к курсовому и дипломному проектированию и для выполнения самостоятельных работ студентам всех форм обучения. Гомель 1992. 52с.

2. Пастухов И.Ф., Пигунов В.В.Расчёт элементов ходовых частей и автосцепного устройства вагона. Часть 1. Гомель 1988.32с.

3. Невзорова Н.Н., Пастухов И.Ф. Пигунов В.В. Проверка вписывания проектируемого вагона в габарит Ч .1. Гомель 1983 32с.

4. Пастухов И.Ф., Пигунов В.В. Проверка вписывания проектируемого вагона в габарит Ч2. Гомель 1984. 34с.

5. Пастухоа И.Ф., Лукин В.В. Жуков Н.И. Вагоны Москва «Транспорт» 1988. 280с.

6. Пастухов И.Ф., Пигунов В.В. Расчёт элементов ходовых частей и автосцепного устройства вагона Часть 2. Гомель 1988 . с32.

Размещено на Allbest.ru