Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

хоппер вагон грузовой

Парк подвижного состава железнодорожного транспорта характеризуется многообразием типов и конструкции вагонов, используемых в перевозочном процессе грузов и пассажиров.

Таким образом, многофункциональное и интенсивное использование вагонов железнодорожного транспорта требует их качественного технического обслуживания и ремонта квалифицированными специалистами.

Хоппер - вид грузового вагона бункерного типа для перевозки по железнодорожным дорогам объемных сыпучих грузов: уголь, цемент, зерновые культуры, руда и другое. Кузов выполнен в форме воронки, вверху которой находятся люки для наполнения, а в нижней части размещены люки, с помощью которых груз свободно выгружается под действием силы тяжести. Таким образом, вагон сделан с автоматической выгрузкой, что делает процесс разгрузки намного быстрее и легче. Закрытая форма вагона (в некоторых видах) защищает груз от атмосферных осадков и внешних возможных препятствий (ветки деревьев). Такой вагон широко используют страны СНГ и Балтики, где ширины колеи составляет 1520 мм. Данный железнодорожный вагон имеет два основных вида: открытый и закрытый. Закрытый тип применяется для защиты перевозимого товара от осадков и других помех. Открытый используют для тех видов груза, которым атмосферные осадки не приносят вреда. При создании хоппера кузовные торцовые стенки выполняются с наклоном 41-60° для того, чтобы груз самотёком выводился с бункеров при открывании люков.

В курсовой работе, в соответствии с заданием на проектирование, был произведен выбор основных параметров хоппера для перевозки цемента, была выполнена проверка вписывания вагона в габарит 1-Т, которая показала, что вагон соответствует требованиям эксплуатации проектируемого вагона в данном габарите.

В проекте проведено описание конструкции вагона данного типа и выполнен расчет колесной пары с осевой нагрузкой в 245 кН.

Вагон спроектирован по габариту 1-Т.

Произведен экономический расчёт.

Повышение прочности, надежности и долговечности вагонов необходимо осуществлять при возможно меньшей затрате металла и других материалов, поскольку вагоностроение является одним из крупных потребителей металла в стране, а перевозка излишней тары вагонов приводит к непроизводительным эксплуатационным расходам железных дорог. В связи с этим совершенствование методов оценки прочности и надежности вагонов имеет весьма большое значение. За последнее десятилетие значительное развитие получили методы оценки надежности частей вагонов, и расширилось использование современной вычислительной техники при расчетах вагонов.

1. Выбор основных параметров проектируемого вагона

Исходные данные: p₀ = 240 кН, m₀ = 4, габарит , вид перевозимого груза - цемент с объемной массой ? = 1,3 т/м³.

В качестве базовой модели принимаем крытый вагон-хоппер для перевозки цемента модели 11-715 с параметрами: p₀ = 218 кН; k_T = 0,27; внутренний объем кузова V = 55 м³; 2L_p = 10,7 м; 2l = 7,7 м; 2L_об = 11,92 м; габарит .

1.1 Определение грузоподъемности вагона

Грузоподъемность вагона определяем по формуле (1.1). Коэффициент тары принимаем такой же, как и у базовой модели 11-715, т.е. k_T = 0,27.

, (1.1)

где: - осевая нагрузка, кН;

m_о - осность вагона, ;

K_T - технический коэффициент тары,;

- ускорение свободного падения, м/с².

т.

1.2 Определение массы вагона

Масса вагона (тары)

, (1.2)

т.

1.3 Определение массы брутто вагона

Масса брутто вагона

, (1.3)

т.

1.4 Определение массы кузова вагона

Масса кузова вагона брутто

, (1.4)

где = 5,03 т, для вагонов с p₀ ? 245 кН.

т.

1.5 Определение собственной массы кузова

Собственная масса кузова

Т.

Потребный внутренний объем кузова V, обеспечивающий реализацию грузоподъемности, определяем по формуле:

с учетом объемной массы перевозимого груза г=1,3 т/м³ и коэффициента использования геометрического объема ц=0,9:

= 0,85 м³/т

Потребный внутренний объем кузова, необходимый для реализации грузоподъемности:

(1.6)

Где - оптимальный удельный объем.

м³

Объем кузова, вычисленный по формуле (1.6), складывается из внутреннего объема крыши V_кр, внутренних объемов частей кузова, образованных стенами V_ст и бункерами V_бун.

 (1.7)

где: V_бун - внутренний объем бункеров, V_бун = 13,92 м³;

V_кр - внутренний объем крыши 10.96 м³,

V_ст- объем заключенный между боковыми и торцовыми стенами, м³.

м³

Для проектируемого вагона используем стандартные бункеры, применяемые в вагоне базовой модели, и оставляем неизменным поперечное сечение крыши. Тогда V_бун =11,92 м³, 6,68 м, 2В_в =3 м и = 0,64 м².

Внутренняя длина кузова по верхней обвязке боковой стены (м), необходимая для реализации требуемой грузоподъемности, при H_cт = 1,79 м:

L_BO = (1.8)

где: - внутренний объём кузова;

- внутренний объем бункеров;

внутренняя длина боковой стены у нижней обвязки,6,68 м;

2В_в - внутренняя ширина кузова, 2В_в = 3 м;

Тогда:

L_BO м.

Длину рамы, базу вагона, длину консоли и общую длину вагона принимаем такими, как и у вагона базовой модели: 2L_p = 10,7 м; 2l = 7,7 м; 2L_об = 11,92 м; l_k =1,5 м.

Наружная высота вагона-хоппера:

Н_н = Н₀ + Н_бун + Н_ст + Н_кр + Д_кр (1.9)

где: Н₀ - расстояние от уровня верха головки рельса до нижней кромки бункера, Н₀ = 0,32 м;

Н_бун - высота бункера, Н_бун = 1,40 м;

Н_кр - внутренняя высота крышки по осевому сечению, Н_кр = 0,30 м;

Д_{кр -} расстояние от внутренней поверхности крыши до наиболее выступающей ее части снаружи по осевому сечению, Д_кр = 0,28 м.

Тогда:

Н_н = 0,32 + 1,40 + 1,76 + 0,30 + 0,28 = 4,06 м.

Полученная наружная высота вагона не превышает максимальную высоту проектного очертания вагона Н_пр = 5,04 м, т.е. обеспечивается выполнение условия Н_н ? Н_пр.

1.6 Определение погонной нагрузки вагона

Погонная нагрузка определяется по формулам:

Нетто -, (1.10)

кН/м.

Брутто - , (1.11)

кН/м.

2. Проверка вписывания вагона в габарит 1-Т

2.1 Исходные расчётные данные

Исходные данные, которые потребуются в дальнейшем расчете, сведем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Основные исходные расчетные данные

Наименование	Размерность	Обозначение	Числовое значение
Габарит кузова		1-Т
База вагона	м	2l	7,7
База тележки	м	p	1,85
Вес вагона брутто	кН	Pбр	920
Грузоподъёмность вагона	т	P	78,65
Вес тары	кН	PT
Гибкость центральных рессор тележки	мм/кН	л2	0,160
Общая гибкость рессор одной тележки	мм/кН	л3	0,160
Максимальный диаметр новых колёс	мм	Dmax	964
Минимальный диаметр предельно изношенных колёс	мм	Dmin	844
Вертикальное расстояние от центра тяжести вагона до нижней поверхности подпятника	мм	hцт	1330
Возможное поперечное смещение буксы относительно колёсной пары	мм	q'	1
рамы тележки относительно буксы	мм	q''	2
Наибольшее возможное поперечное перемещение: рамы тележки относительно колёсной пары	мм	q	3
надрессорной балки относительно боковины	мм	w'	24
пятника относительно подпятника	мм	w''	4
кузова относительно рамы тележки	мм	w	28
Понижение: буксы относительно оси колёсной пары вследствие износов подшипника, осевой шейки по радиусу	мм	h1	0
рамы тележки относительно буксы вследствие вертикальных износов опорных поверхностей	мм	h2	2
Надрессорной балки относительно рамы тележки из-за износов и зазоров в элементах её подвески	мм	h3	0
Допускаемый вертикальный износ пятника и подпятника	мм	h4	5
Остаточная осадка рессор	мм	f02	10
Прогиб хребтовой балки в среднем сечении вагона	мм	z
Расстояние от основного сечения: до внутреннего сечения кузова (сечение посередине кузова)	м	nв	1,5
до наружного сечения №1 кузова (крайнее концевое)	м	nн1	2,5

Рисунок 2.1 - Верхнее очертание габарита 1-Т

2.2 Определение горизонтальных ограничений

2.2.1 Расчет величин, входящих в формулы для определения горизонтальных ограничений

Для определения горизонтальных ограничений необходимо рассчитать величины k₁, ?k₀, ?k_B, ?k_H, ц, б, в и ?S.

где p - база тележки, м.

где 2l - расстояние между основными сечениями вагона (база вагона), м;

n_B - расстояние от рассматриваемого внутреннего поперечного сечения вагона до ближайшего основного сечения, м: n_B=l.

где n_H1 - расстояние от рассматриваемого наружного поперечного сечения вагона до ближайшего основного сечения, м: n_H1=l_k;

l_k - длина консоли, 2,5 м.

Числовые значения б и в опредилим по формулам:

Таблица 2.2 - Численные значения величин, используемых для расчета горизонтальных ограничений

Величина	Численное значение
	для точек 1-10	для остальных точек
k, мм	0	25
k1, мм	2,14	2,14
k2, мм/м2	2,5	2,5
k3, мм	0,18	0,18
?k0, мм	2	2
?kВ, мм	41	41
?kН1, мм	30	30
ц	1,66	1,66
б, мм	0	0
в, мм	0	0

Максимальный разбег изношенной колесной пары между рельсами:

где s - максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса, мм: s = 1541 мм;

d - минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колес, мм: d=1489 мм;

2.2.2 Вычисление горизонтальных ограничений полуширины кузова

Горизонтальные ограничения для точек верхнего очертания габарита (точки 1-10) определяем по формулам:

· для основного сечения -

Размещено на http://www.allbest.ru/

где ?S - максимальный разбег изношенной колесной пары между рельсами;

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

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

?k₀ - ограничения для основного сечений тележечного вагона при прохождении кривых участков пути;

k - величина, на которую допускается выход вагонов, проектируемых по габаритам О-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ и 1-ВМ (в нижней части), за очертания этих габаритов в кривых участках пути R = 250 м, мм;

· внутреннего сечения (среднее сечение кузова) -

где ?k_B - ограничения для внутреннего сечений тележечного вагона при прохождении кривых участков пути;

б - допускаемые ограничения внутренних сечений для вагонов очень большой длины в кривых участках пути R = 200 м, мм;

· наружного сечения № 1 (крайнее концевое сечение кузова) -

где ?k_H - ограничения для наружного сечений тележечного вагона при прохождении кривых участков пути;

в - допускаемые ограничения наружных сечений для вагонов очень большой длины в кривых участках пути R = 200 м, мм;

ц - множитель, учитывающий наиболее неблагоприятное для консольных частей расположение вагона, т. е. положение наибольшего его перекоса.

Таблица 2.3 - Расчетные значения горизонтальных ограничений

Сечение кузова	Ограничение полуширины	Расчетные значения горизонтальных ограничений
		Верхнее очертание
Основное	Е0	59
Внутреннее (среднее сечение)	ЕВ	98
Наружное №1 (крайнее концевое)	ЕН	125

2.3 Определение вертикальных ограничений

Для расчета вертикальных ограничений необходимо первоначально определить расчетную нагрузку на тележку Р_Р (формула (2.14)) и прогибы рессор центральной f₂ ступени подвешивания. Численные значения величин, входящих в эти формулы, составляют: Р = 73,84 т, л₂ =0,125 мм/кН.

Размещено на http://www.allbest.ru/

где P - грузоподъемность вагона, т;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/c².

Вертикальные ограничения (понижения) для кузова грузового вагона д₄ определяют по формулам:

*для колесных пар -

где D_max - максимальный диаметр новых колес;

D_min - минимальный диаметр предельно изношенных колес.

букс-

где ?h₁ - понижение буксы относительно оси колесной пары вследствие износов подшипника и шейки оси по радиусу.

*рамы тележки -



где ?h₂ - понижение рамы тележки относительно буксы вследствие вертикальных износов опорных поверхностей;

f₀₁ - равномерная статическая (остаточная) осадка рессорных комплектов буксового подвешивания порожнего вагона;

f₁ - равномерный прогиб соответственно рессор буксового подвешивания от расчетной нагрузки.

*надрессорной балки -

где ?h₃ - понижение надрессорной балки тележки относительно рамы тележки из-за износов и зазоров в элементах ее подвески; для грузовой тележки ?h₃ = =0;

f₀₂ - равномерная статическая (остаточная) осадка рессорных комплектов центрального подвешивания порожнего вагона;

f₂ - равномерный прсгиб соответственно рессор центрального подвешивания от расчетной нагрузки.

*кузова -

- в основном сечении -



где ?h₄ - допускаемый вертикальный износ пятника и подпятника (или скользунов).

- во внутренних сечениях-

где z - собственный прогиб под нагрузкой среднего сечения рамы вагона (хребтовой балки).

2.4 Расчет размеров строительных очертаний кузова вагона

Горизонтальные размеры (полуширину) строительного очертания кузова вагона

:

,

где - полуширина строительного очертания на высоте г-й точки габарита, мм;

- полуширина габарита подвижного состава на высоте i-й точки, мм.

- ограничение полуширины вагона (возможные смещения вагона из центрального положения в одну сторону на прямых и кривых участках пути) для рассматриваемого сечения по его длине.

Вертикальные размеры строительного очертания кузова вагона поверху (для верхних частей вагона) определяются по формуле:

Для точек 6-10:

где - высота i-й точки габарита подвижного состава (расстояние от уровня верха головок рельсов до рассматриваемой i-й точки габарита подвижного состава), мм;

- вертикальный размер строительного очертания вагона для i-й точки габарита подвижного состава, мм.

Результаты расчета горизонтальных и вертикальных размеров строительных очертаний для рассматриваемых сечений кузова платформы приведены в таблицах 2.4-2.6.

2.5 Вычисление размеров проектных очертаний кузова вагона

Горизонтальные и вертикальные размеры проектного очертания кузова вагона определяются по формулам:

,

где - полуширина строительного очертания на высоте рассматриваемой i-й точки заданного габарита подвижного состава;

- плюсовой конструктивный и технологический допуск на полуширину рассматриваемой части вагона (конструктивно-технологический плюсовой допуск при постройке вагона в горизонтальной плоскости), = 6мм .

где - вертикальный размер проектного очертания вагона для i-й точки габарита подвижного состава, мм;

- плюсовой конструктивный и технологический допуск на верти кальные размеры рассматриваемой части вагона (конструктивно-технологический плюсовой допуск при постройке вагона в вертикальной плоскости), = 20мм. Результаты расчета размеров проектных очертаний кузова вагона приведены в таблицах 2.4-2.6. Вертикальные и горизонтальные размеры и для соответствующих точек указаны на рисунке 2.1.

Таблица 2.4 - Координаты точек строительного и проектного очертания № 1. Кузов, основное сечение

Точки габарита	Горизонтальные размеры	Вертикальные размеры
1	700	59	641	6	635	5300	-	5300	20	5280
2	1400	59	1341	6	1335	4500	-	4500	20	4480
3	1600	59	1541	6	1535	4250	-	4250	20	4230
4	1700	59	1641	6	1635	4000	-	4000	20	3980
5	1750	59	1691	6	1685	4000	-	4000	20	3980
6	1700	59	1641	6	1635	2600	123	2723	20	2703
7	1750	59	1691	6	1685	2600	123	2723	20	2703
8	1700	59	1641	6	1635	1270	123	1393	20	1373
9	1800	59	1741	6	1735	1270	123	1393	20	1373
10	1700	59	1641	6	1635	340	123	463	20	443

Таблица 2.5 - Координаты точек строительного и проектного очертания № 2. Кузов, внутреннее сечение, n_в =3,85 м

Точки габарита	Горизонтальные размеры	Вертикальные размеры
1	700	96	604	6	598	5300	-	5300	20	5280
2	1400	96	1304	6	1298	4500	-	4500	20	4480
3	1600	96	1504	6	1498	4250	-	4250	20	4230
4	1700	96	1604	6	1598	4000	-	4000	20	3980
5	1750	96	1654	6	1648	4000	-	4000	20	3980
6	1700	96	1604	6	1598	2600	138	2738	20	2718
7	1750	96	1654	6	1648	2600	138	2738	20	2718
8	1700	96	1604	6	1598	1270	138	1408	20	1388
9	1800	96	1704	6	1698	1270	138	1408	20	1388
10	1700	96	1604	6	1598	340	138	478	20	458

Таблица 2.6 - Координаты точек строительного и проектного очертания № 3. Кузов, наружное сечение, n_Н1 =2,55 м

Точки габарита	Горизонтальные размеры	Вертикальные размеры
1	700	126	574	6	568	5300	-	5300	20	5280
2	1400	126	1274	6	1268	4500	-	4500	20	4480
3	1600	126	1474	6	1468	4250	-	4250	20	4230
4	1700	126	1574	6	1568	4000	-	4000	20	3980
5	1750	126	1624	6	1618	4000	-	4000	20	3980
6	1700	126	1574	6	1568	2600	123	2723	20	2703
7	1750	126	1624	6	1618	2600	123	2723	20	2703
8	1700	126	1574	6	1568	1270	123	1393	20	1373
9	1800	126	1674	6	1668	1270	123	1393	20	1373
10	1700	126	1574	6	1568	340	123	463	20	443

Проверка размеров вагона из условия пропуска через сортировочные горки

Определение понижений средней части кузова и укрепленных на нем частей, обусловленных вертикальной кривой горба сортировочных горок для вагонов габаритов 1-Т при базе 21 < 14 м производят по формуле:

где - понижение, обусловленное вертикальной кривой горба горки, мм.

Определение понижений консольной части кузова и укрепленных на нем частей, обусловленных вертикальной кривой путей надвига и спускной части сортировочных горок для вагонов габаритов 1-Т, выполняют по формуле:

где - понижение, обусловленное вертикальной кривой путей надвига и спускной части сортировочных горок, мм.

Минимально допустимая высота нижних частей кузова по условию прохода вертикальных кривых сортировочных горок:

* для внутренних сечений -

Размещено на http://www.allbest.ru/

* наружных сечений -

Полученные результаты должны удовлетворять условиям:

Наименьшая высота нижних частей кузова по условию прохода вертикальных горок сортировочных станций согласно выполненному расчету для средней части вагона составляет 169 мм, для консольной части -200 мм.

Следовательно, вагон удовлетворяет требованию прохода вертикальной кривой горба горки минимального радиуса 250 м.

2.6 Построение габаритных рамок и заключение о вписываемости вагона в габарит

На рисунках 2.2-2.4 приведены проектные очертания кузова, полученные расчетом для трех его характерных сечений. Для проверки вписывания кузова вагона в проектные очертания габарита 1-Т необходимо знать размеры наиболее выступающих частей кузова для каждого расчетного сечения. Сравнение размеров наиболее выступающих частей кузова с размерами полученных проектных очертаний показывает, что кузов полувагона полностью вписывается в указанные проектные очертания габарита 1-Т (рисунок 2.2 - 2.4).



Рисунок 2.2 - Проектное очертание для основного сечения кузов

Рисунок 2.3 - Проектное очертание для внутреннего сечения кузова

Рисунок 2.4 - Проектное очертание для наружного сечения кузова

3. Описание вагона хоппера-цементовоза

3.1 Описание конструкции кузова

На рисунке 3.1 приведена конструкция кузова вагона-хоппера для перевозки цемента:

Рисунок 3.1 - Вагон-хоппер цементовоз

Независимо от назначения и типа все вагоны имеют четыре основных элемента: кузов, ударно-тяговые устройства, ходовые части, тормоза.

Рама, боковые и торцовые стены и крыша образуют кузов вагона. У вагона имеются 4 бункера по два с каждой стороны с механизмами для открывания и закрывания разгрузочных люков. Для облегчения высыпания груза на бункерах предусмотрены устройства для постановки вибраторов. Вагон загружают через четыре щелевых загрузочных люка, расположенных в крыше кузова. Люки закрывают крышками (1690x660 мм) с резиновыми уплотнениями. Каждая крышка запирается двумя упругими закидками, которые в закрытом положении заходят за захватные скобы, приваренные к крыше, и прижимают крышку к горловине люка. Для предупреждения самопроизвольного выхода закидок из захватных скоб крышки снабжены механизмом запирания. Он представляет собой вал, расположенный вдоль крышек люков по всей длине крыши, с приваренными к нему против каждой захватной скобы секторами. Привод вала расположен на торцовой стене вагона. При повороте вала по часовой стрелке его сектора закрывают открытое пространство захватных скоб и исключают выход закидок из-под них. При повороте вала против часовой стрелки сектора выходят из-под захватных скоб, выводят закидки из них и позволяют открыть крышки. Для влезания на крышу на торцовой стороне кузова и на раме установлены лестницы. Переходная площадка вагона снабжена ограждением 10. Все несущие элементы кузова выполнены из низколегированной стали 09Г2Д, а обшивка -- из стали 10ХНДП-2.м

Ударно-тяговые устройства служат для сцепления вагонов между собой и с локомотивом, а также для передачи силы тяги от локомотива к вагонам и смягчения ударов. Для разрабатываемого варианта вагона используем автосцепное устройство типа СА-3, корпус которого изготовляют из низколегированных сталей, например марганцовистой марки 20ГЛ, ванадиевой 20ФЛ, марганцовисто-ванадиевой 20ГФЛ.

К ходовым частям вагона относятся тележки, состоящие из колесных пар, букс, рессорного подвешивания, рам и надрессорных балок. В нашем случае выберем двухосную тележку модели 18-194-1

Данная тележка позволила при минимальных изменениях в конструкции добиться улучшения эксплуатационных показателей. Она поставлена на серийное производство и эксплуатируется в составе полувагонов производства ОАО «НПК “Уралвагонзавод”». В дальнейшем планируется эксплуатация этой тележки в составе всех вагонов грузового парка.

В тележке модели 18-194-1 применен ряд конструктивных и технологических решений для увеличения межремонтного периода грузовых вагонов по пробегу до 500 тыс. км и гарантийного срока эксплуатации до 4 лет. В тележке используются съемные скользуны упруго-каткового типа производства ОАО «НПК “Уралвагонзавод”», чугунные термоупрочненные фрикционные клинья с уретановыми накладками.

Помимо этого, в конструкции предусмотрена защита основных узлов трения. В том числе -- износостойкая чаша в подпятнике надрессорной балки, колеса повышенного качества и твердости, подшипники кассетного типа. Рессорное подвешивание в данной тележке выполнено из пружин меньшей, по сравнению с тележкой 18-100, жесткостью.

Тележка 18-194-1 двухосная, с центральным рессорным подвешиванием. База тележки 1850 мм. Рама тележки нежесткого типа. Передаточное число тормозной рычажной передачи -- 7. Масса тележки (расчетная) - 4,75 т. Предназначена для подкатки под грузовые вагоны с изменённой ответной частью скользуна на раме вагона.

Конструкция тележки обеспечивает прохождение вагонами кривых участков пути с минимальным радиусом 60 м, сортировочных горок и горок вагоноопрокидывателей. Тележки могут быть оборудованные авторежимом, предназначенным для тележек с повышенным прогибом, а также не оборудованные авторежимом. При оборудовании вагона автоматическим регулятором режимов торможения на одной из тележек, подкатываемых под вагон, устанавливается опорная балка.

Боковые рамы и надрессорная балка изготовлены из стали 20ГЛ ГОСТ 32.183. Износостойкие элементы боковых рам и надрессорных балок из стали ЗОХГСА ГОСТ 11269. Назначенный срок службы тележки (по ресурсу боковой рамы и надрессорной балки) - 32 года. Назначенный ресурс по пробегу от постройки до первого деповского ремонта - 500 тыс. км, но не более 4 лет, для тележек без износостойкой защиты наружного бурта подпятникового места надрессорной балки - 250 тыс. км., но не более 3 лет.

Тележка 18-194-1состоит из:

– двух колесных пар с буксовыми узлами. Буксовые узлы оборудованы цилиндрическими подшипниками 36-42726Е2М и 36-232726Е2М или двухрядными коническими подшипниками кассетного типа TBU 130x250, которые установлены в типовые корпусы букс грузовых вагонов. В колесной паре применена ось РУ1Ш. Крепление подшипников на оси осуществляется шайбой с четырьмя болтами М20;

– двух боковых рам;

– надрессорной балки;

– рессорного подвешивания с центральным расположением рессорных комплектов в боковых рамах тележки. Рессорный комплект включает семь двойных витых цилиндрических пружин и два фрикционных клина гасителя колебаний, отлитых из высокопрочного чугуна. Для защиты от износов на наклонной поверхности клина устанавливается сменная износостойкая полимерная накладка, которая фиксируется посредством выступов, выполненных за одно целое с телом накладки и входящих в аналогичные углубления клина;

– тормозной рычажной передачи с односторонним нажатием колодок на колеса и подвесными триангелями. Тележка может оборудоваться тормозной рычажной передачей тележки модели 18-100 с триангелями по ГОСТ 4686.

Тележка оборудована:

- упруго-катковыми скользунами;

- устройством направленного отвода колодок от колес при отпущении тормоза.

На опорные поверхности буксовых проёмов в боковых рамах установлены сменные износостойкие прокладки, состоящие из стальной скобы толщиной 4 мм и приварной износостойкой планки толщиной 4 мм.

Для защиты от износа подпятникового места надрессорной балки оно оборудуется износостойкими элементами в двух вариантах исполнения:

– на опорную поверхность подпятникового места устанавливается износостойкая прокладка толщиной 6,5 мм;

– в подпятниковое место свободно устанавливается чаша из низколегированной стали.

Для защиты от износов на наклонной поверхности фрикционного клина устанавливается сменная износостойкая полимерная накладка, которая фиксируется посредством выступов, выполненных за одно целое с телом накладки и входящих в аналогичные углубления клина.

Одной из особенностей конструкции данной модели тележки является наличие упруго-катковых скользунов. Скользуны упруго-каткового типа постоянного контакта предназначены для гашения боковых колебаний кузова вагона, ограничения виляния тележки и повышения устойчивости движения вагона.

Рама, боковые и торцовые стены, и крыша образуют кузов вагона. У вагона имеется четыре бункера по два с каждой стороны с механизмами для открытия и закрытия разгрузочных люков. Для облегчения высыпания груза на бункерах предусмотрены устройства для постановки вибраторов. Вагон загружают через четыре щелевых загрузочных люка, расположенных в крыше кузова. Люки закрывают крышками (1690 х 660 мм) с резиновыми уплотнениями. Каждая крышка запирается двумя упругими закидками, которые в закрытом положении заходят за захватные скобы, приваренные к крыше, и прижимают крышку к горловине люка. Для предупреждения самопроизвольного выхода закидок из захватных скоб крышки снабжены механизмом запирания. Для влезания на крышу на торцовой стороне кузова и на раме установлены лестницы. Переходная площадка вагона снабжена ограждением. Все несущие элементы кузова выполнены из низколегированной стали 09Г2Д, а обшивка - из стали 10ХНДП-2.

Рама состоит из хребтовой, двух боковых, двух концевых, двух шкворневых и двух средних балок. Хребтовая балка сварена из двух Z-образных профилей № 31, перекрытых в средней части коньком (4 мм) для лучшего высыпания груза. В консольной части хребтовая балка усилена розеткой и упорами автосцепки. Боковые балки выполнены из уголка 125х80х10 мм. Концевые балки Г-образной формы поперечного сечения сварены из листов толщиной 4 мм. Шкворневые балки коробчатого сечения состоят из двух вертикальных (6 мм) и двух горизонтальных листов (10 мм). На нижнем горизонтальном листе балки укреплены скользуны и пятник. Для обеспечения прочности опорного узла и повышения жесткости сопряжения шкворневой и хребтовой балок между ними установлена надпятниковая коробка. Средние поперечные балки состоят из вертикального (6 мм) и нижнего наклонного (8мм) листов.

Боковые стены выполнены из гофрированных металлических листов толщиной 3 мм, подкрепленных для жесткости десятью стойками, верхней и нижней обвязками. Стойки изготовлены из двутавра № 10, верхняя обвязка - из гнутого специального профиля толщиной 6 мм, а нижняя - из прокатного уголка 125ґ80ґ10 мм. Для большей жесткости каждая стена связана с рамой двумя наклонными швеллерами № 14. Бункера сварены из листов толщиной 5 мм в форме усеченной пирамиды и имеют разгрузочные крышки люков с резиновыми уплотнениями. Каждые два противоположных бункера снабжены одним рычажным механизмом разгрузки с приводным штурвалом.

Механизм разгрузки обеспечивает попарное открытие и закрытие крышек люков бункеров, а также позволяет дозировать высыпание цемента или прекращать выгрузку в любой момент времени. Он состоит из винтового привода со штурвалом, укрепленным на кронштейне, и системы шарнирно связанных между собой рычагов и тяг с распорками, соединенными попарно с крышками разгрузочных люков.

Для более полной выгрузки вагона предусмотрена возможность установки на бункерах вибраторов. Наклонные торцовые стены кузова располагаются под углом 50° к плоскости рамы. Они сварены из верхнего и нижнего листов толщиной 4 мм и двух боковых обвязок уголкового профиля сечением 60ґ60ґ6 мм. Для придания консольным частям кузова достаточной прочности и жесткости каждая торцовая стена усилена двумя стойками-раскосами из швеллера № 14.

Крыша кузова сварная и состоит из листовой гофрированной обшивки толщиной 3 мм в середине и 1,8 мм по бокам, подкрепленной двенадцатью дугами, выполненными из уголка 75х50х5 мм. На крыше расположены четыре загрузочных люка щелевого типа. С торцовыми стенами крыша связана фрамугами, а с боковыми - непосредственно приваркой к верхней обвязке стены. Для доступа на крышу и внутрь вагона имеются лестницы, а по всей длине крыши - трап.

4. Расчет на прочность рессорного подвешивания

4.1 Расчет комплекта 2-х рядных пружин

Исходные данные: масса вагона брутто m_бр=98 т ; масса необрессоренных частей вагона m_н=8,8 т; число двухрядных пружин одной двухосной тележки модели 18-578 n_пр=14; коэффициент конструкционного запаса прогиба К_кз=1,8; модуль упругости материала пружин Е=2,1•10⁵ МПа; модуль сдвига G=0,358•2,1•10⁵=0,8•10⁵ МПа; характеристика пружин: наружной - D_н=0,17 м, d_н=0,03 м, n_рн=4,2, m_н=5,67; внутренней - D_в=0,105 м, d_в=0,019 м, n_рв=7,2, m_в=5,53.

Определим по формуле (4.1) вертикальную статическую нагрузку, приходящуюся на одну двухрядную пружину

(4.1)

где Р_бр- вес вагона брутто, кН;

Р_н- сила тяжести (вес) частей вагона, не воздействующих на рассчитываемые упругие элементы, кН;

n_э- число параллельно нагруженных упругих элементов в вагоне.

Вычисляем расчетную вертикальную силу, действующую на двухрядную пружину, по формуле (4.2)

(4.2)

где К_кз- коэффициент конструкционного запаса прогиба.

Определим, используя формулу (4.3) при ш=1 и формулу (4.4), вертикальную жесткость:

(4.3)

наружной пружины

внутренней пружины

двухрядной пружины

(4.4)

где n- число упругих элементов в комплекте.

Подсчитаем по формулам (4.5) и (4.6) расчетные нагрузки, действующие на пружины:

наружную

(4.5)

внутреннюю

(4.6)

Найдем по формуле (4.7) коэффициент, учитывающий кривизну витых пружин:

(4.7)

наружной

внутренней

Рассчитаем по формуле (4.8) напряжения в материале пружин:

(4.8)

наружной

внутренней



Таким образом, при данных условиях эксплуатации прочность пружин рессорного подвешивания обеспечена, т.е. расчетные напряжения наружной и внутренней пружин не превышают допускаемых [ф]=1050 МПа для стали 60С2ХФА.

5. Проверка устойчивости вагона против схода с рельсов

Оценку устойчивости против схода с рельсов вагона, производим по коэффициенту запаса устойчивости.

Коэффициент устойчивости колесной пары против схода рельса определяется зависимостью

, (5.1)

где угол наклона образующей конусообразной поверхности гребня колеса с горизонталью, ;

коэффициент трения поверхностей колес и рельсов, ;

вертикальная нагрузка от набегающего колеса на рельс;

боковое усилие взаимодействия гребня набегающего колеса и головки рельса;

допускаемое значение коэффициента запаса устойчивости

Вертикальная нагрузка равна

, (5.2)

Боковая сила равна

, (5.3)

Где сила тяжести обрессоренных частей вагона, действующих на шейку оси;

сила тяжести необрессоренных частей;

расчетное значение коэффициента вертикальной динамики экипажа, принимается ;

расчетное значение коэффициента динамики боковой качки, ;

, (5.4)

Где коэффициент равный 0,1;

коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке;

расчетная скорость движения вагона, ;

статический прогиб рессорного подвешивания, ;

Тогда

расчетное значение рамной силы,

(5.5)

Где b - коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке или группе тележек под одним концом вагона b=1;

коэффициент, учитывающий тип ходовых частей вагона, .

кН.

Сила тяжести обрессоренных частей вагона на шейку оси

, (5.6)

Где масса брутто вагона, т;

масса тележки, т ;

масса надрессорной балки, т;

число шеек осей колесных пар в вагоне, шт.

кН.

Сила тяжести необрессоренных частей на одну колесную пару

, (5.7)

Где масса колесной пары с буксовыми узлами, 1,206 т ;

масса боковой рамы, 0,403т,

7,9 кН;

кН,

=27,27 кН.

Тогда

Устойчивость колесной пары против схода с рельсов обеспечивается.

6. Оценка экономической эффективности спроектированного вагона

При технико-экономических расчетах и обосновании эффективности использования вагонов при перевозке одних и тех же грузов сравнивают следующие основные показатели:

· удельный объем;

· использование грузоподъемности;

· технический коэффициент тары;

· нагрузка от оси на рельсы и на один метр пути;

· себестоимость перевозки грузов;

· эксплуатационные и капитальные затраты;

· натуральные показатели: затраты металла при постройке и топлива, электроэнергии - при эксплуатации вагона.

В результате расчетов показателей по последним трем пунктам можно определить срок окупаемости и решить вопрос о целесообразности внедрения разработанной конструкции вагона.

Рассмотрим приближенную методику определения экономической эффективности разработанной конструкции вагона.

Расчетный коэффициент эффективности определяют только для величины дополнительных капитальных вложений в производство вагона по формуле

где Э - экономия эксплуатационных расходов при выполнении вагонами новой конструкции расчетного грузооборота,



где - годовые эксплуатационные расходы для новой и существующей

конструкции вагона, у.е.;

- дополнительные капитальные вложения при внедрении новых

конструкций вагона, у.е;

где - капитальные вложения на приобретение новых и существующих вагонов, потребных для выполнения расчетного грузооборота, у.е.

Годовые эксплуатационные расходы для новых и существующих конструкций вагонов при выполнении ими расчетного грузооборота

где - годовые эксплуатационные расходы, приходящиеся на один вагона, у.е;

- количество вагонов, необходимых для выполнения расчетного

грузооборота.

Годовые эксплуатационные расходы, приходящиеся на один вагон

где - себестоимость перевозки грузов в данном вагоне;

- годовая производительность вагона в ткм нетто.

Проектная (плановая) годовая производительность вагона

где - грузоподъемность вагона, т;

- коэффициент использования грузоподъемности вагона;

- среднесуточный пробег вагона, величину которого для расчета принимают равной 250 км;

365 - число дней в году;

- число нерабочих дней вагона (время нахождения во всех видах ремонта

и технического обслуживания), принимаемое равным 55;

- коэффициент порожнего пробега, равный отношению порожнего пробега вагона данного типа к груженному.

Количество вагонов, необходимых для выполнения расчетного грузооборота

где - расчетный годовой грузооборот. выполняемый вагонами

рассматриваемого типа,

Для расчета годовых эксплуатационных расходов при выполнении расчетного грузооборота существующей конструкцией вагона и спроектированной необходимо определить значение себестоимости перевозки грузов для сравниваемых вариантов вагонов. Т.к. в конечном итоге необходимо найти разность эксплуатационных расходов, то рассчитывают только переменные расходы, зависящие от размеров движения, а независящие (постоянные) расходы не учитывают.

Если известна себестоимость перевозки грузов в существующей конструкции вагона, то себестоимость в спроектированном вагоне можно рассчитать методом корректировки. Сущность этого способа заключается в корректировке величины себестоимости перевозки с учетом специфики перевозки грузов в вагонах иных конструкций. Корректировку осуществляют по слагаемым себестоимости перевозки грузов. В качестве слагаемых выступают расходы перевозочного процесса, расчлененные на три операции - начально-конечную, транзитную и передвижения, т.е. себестоимость перевозки грузов может быть представлена в виде следующей суммы

где - себестоимость перевозки в части расходов по начально-

конечной, транзитной операциям и операции передвижения, у.е.

Значения при наличии исходных данных можно определить используя формулы



где - удельные расходы по начально-конечной и транзитной операциям соответственно, у.е/вагон;

- коэффициенты, зависящие от числа вагонов в составе, веса вагонов брутто и длины вагонов по осям сцепления, себестоимости ремонта и т.п.;

, - груженный и полный рейсы вагона, соответственно, км;

- вагонное плечо, км.

Себестоимость перевозки по операциям передвижения зависит от поездно-, локомотивно- и тонно-километров брутто вагонов, локомотивов, расхода топлива и электроэнергии и т.д.

Для определения себестоимости перевозки грузов в вагоне новой конструкции в части расходов по начально-конечной, транзитной операциям и операции передвижения воспользуемся следующим допущением.

Примем в выражениях и значения величин , , ,, равными для новой и существующей конструкций вагонов. В этом случае коэффициенты корректировки части себестоимости перевозки грузов г по начально-конечной и транзитной операциям для новой конструкции вагона будут иметь вид

где - грузоподъёмность существующей и новой конструкций вагона;

- коэффициенты использования грузоподъемности вагона

существующей и новой конструкций.

Тогда

Для операции передвижения коэффициент корректировки части себестоимости

где - масса тары вагона новой и существующей конструкций, т;

- коэффициенты порожнего пробега вагона новой и

существующей конструкций.

Общая себестоимость перевозок грузов в разработанной конструкции вагона

где - себестоимость перевозок грузов в части расходов по начально-конечной, транзитной операциям и операции передвижения для существующей конструкции вагона, у.е.

Общая себестоимость перевозок грузов равна



Капитальные вложения на приобретение вагонов, потребных для выполнения расчетного грузооборота

где - цена новой или существующей конструкции вагона, у.е.;

- количество вагонов новой или существующей конструкции, необходимых для выполнения расчетного грузооборота.

Ориентировочно цена на данный тип вагона составляет 150000 у.е.

При определении цены спроектированной конструкции вагона примем, что по отношению к цене существующей конструкции вагона она прямо ропорциональна затратам металла на постройку (собственной массы кузова). В этом случае для определения цены новой конструкции используем формулу

где - цена нового и существующего вагона, у.е;

- коэффициент, учитывающий удорожание вагона, его новизну и сложность конструкции,

Годовые эксплуатационные расходы, приходящиеся на один вагон

Годовые эксплуатационные расходы для новых или существующих конструкций вагона при выполнении ими расчетного грузооборота

Экономия эксплуатационных расходов при выполнении вагоном новой расчетной конструкции расчетного грузооборота

Расчетный коэффициент эффективности

Величина расчетного коэффициента эффективности в пределах нормативного, то изготовление данной конструкции вагона целесообразно и эффективно.

Одним из основных показателей эффективности является размер годового экономического эффекта (от внедрения одного вагона)

Литература

1. Пастухов И.Ф., Пигунов В.В. Вагоны /метод. Указания к курсовому и дипломному проектированию. Гомель, 1992. 56с.

2. Пастухов И.Ф., Лукин В.В., Жуков Н.И. Вагоны /Под ред. Лукина В.В. М.:Транспорт, 1988. 280 с.

3. Пастухов И.Ф., Пигунов В.В. Основы проектирования специализированных вагонов для зерна и цемента /метод. Указания к курсовому проектированию по дисциплине “Вагоны”. Гомель, 1985. 32 с.

4. Пастухов И.Ф., Пигунов В.В. Проверка вписывания проектируемого вагона в габарит. 4.1. Гомель, 1983. 32 с.

5. Пастухов И.Ф., Пигунов В.В. Проверка вписывания проектируемого вагона в габарит. 4.2. Гомель, 1984. 34 с.

6. Пигунов В.В., Пастухов И.Ф. Расчет оси колесной пары с помощью ЭВМ/метод. Указания к курсовому и дипломному проектированию. Гомель, 1989. 54 с.

7. Пастухов И.Ф., Пигунов В.В. Расчет элементов ходовых частей и автосцепного устройства. 4.1. Гомель, 1988. 31 с.

Размещено на Allbest.ru