Для расчета примем следующие исходные данные:

- подшипники установлены вплотную друг к другу;

- 70% рейса вагон груженый, а 30% - порожний;

- тара Т=27,5 т, грузоподъемность Р=66 т;

- коэффициент работоспособности подшипника (для типового подшипника С= 7171 кН).

Пробег вагона до разрушения подшипника можно определить по формуле, которая определяет километры пробега:

где m₁ = 3, если подшипники шариковые; m₁= 10/3, если подшипники роликовые; 18,5 - коэффициент перевода;

D - диаметр круга катания колеса, м; D - 0,9 м;

Рэ - эквивалентная нагрузка на один подшипник.

Для определения эквивалентной нагрузки на подшипник необходимо найти нагрузки, приходящиеся на него, когда вагон находится в груженом и порожнем состоянии.

Для груженого вагона Нагрузка на шейку оси равна:

где m_к.п. - масса колесной пары, т_к.п.. = 1,23 т.

Радиальная нагрузка на подшипник

Для порожнего вагона

Нагрузка на шейку оси равна:

Радиальная нагрузка на подшипник

Теперь можно определить среднюю радиальную нагрузку на подшипник:

Определим эквивалентную нагрузку на подшипник:

Рэ=R*(1+ К_Д )= 48,86028*(1+0,4)= 68,4044кН.

Для цилиндрических подшипников, установленных вплотную друг к другу,

К Д = 0,4.

Найдем расчетный пробег вагона до разрушения подшипников по формуле:

0,92 млн.км. < [L_n ] = 1,2млн,км.

Вывод:

Оценка работоспособности типового подшипника качения с учетом использования его под рассматриваемым вагоном показала, что его долговечность не соответствует требованиям, предъявляемым «Нормами...». Следовательно необходимо подбирать другие подшипники.

Дополнительно, для оценки прочности, найдем величину контактных напряжений на взаимодействующих поверхностях ролика и колец подшипника по формуле:

где lp -длина ролика, lp=0,052 м; dp -диаметр ролика, dp =0,026 м;

RB(H) - радиусы дорожек качения, соответственно, внутренних и наружных колец; знак «+» берется для внутреннего кольца, «-» минус - для наружного

RB(H) = 0,065(0,125).

Pp - радиальная нагрузка на наиболее нагруженный ролик (для цилиндрических подшипников), определяется по формуле:

где z - число роликов в подшипнике.

Вывод: стандартные подшипники соответствуют предъявляемым к ним требованиям по условию контактной прочности, т.к. они изготавливаются из стали ШХ15СГ, а она имеет [у] = 3500 МПа.

7. ПРОВЕРКА СООТВЕТСТВИЯ ТРЕБОВАНИЯМ «НОРМ» ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ УДАРНО-ТЯГОВЫХ УСТРОЙСТВ

7.1 Исследование кинематических особенностей взаимодействия автосцепок соседних вагонов

Условия оценки соответствия «Нормам…»

Транспортная операция	Расчетный участок пути	Расчетный радиус кривой для вагонов, м
		Грузовых	Пассажирских
		Группа I	Группа II
Сцепление автоматическое	Участок сопряжения прямой и кривой без переходного радиуса	135	250	250
Проход в сцепе		80	110	120
		120	160	170
Проход одиночного вагона		60	60	80

К группе I относятся грузовые конструкции массовых типов, которые предназначены для использования на путях МПС и могут распускаться с горок.

Группа II - грузовые, изотермические и специальные вагоны с длиной по осям сцепления более 21 метра.

7.1.1 Оценка обеспечения автоматической сцепляемости вагонов на участке сопряжения прямой и кривой без переходного радиуса

Эффективная ширина захвата автосцепки

В^/ - полная ширина захвата автосцепки, для СА-3. В^/=0,175 м.

в₀ - угол отклонения автосцепки

l - половина базы вагона;

n - длина консоли от направляющего сечения до центра сцепления n=n_к+а_а=1,5+0,61=2,11 м,

а_а - вылет автосцепки.

Вынос наружу кривой центра зацепления автосцепки.

l_т - половина базы тележки.

л - дополнительное поперечное смещение центров зацепления автосцепок.

Для грузовых вагонов, оборудованных четырех или двухосными тележками с нежесткой рамой, л=26мм.

0,1961>0,1003 - значит автосцепка удовлетворяет выдвигаемым требованиям.

7.1.2 Оценка обеспечения прохода сцепленных вагонов по кривым участкам пути регламентируемых радиусов

где 2l, 2l' - базы сцепления вагонов;

n_a, n_a'-длина консолей сцепленных вагонов от центра пятника до центра шарнира хвостовика автосцепки;

а - длина корпуса автосцепки от центра шарнира хвостовика до оси зацепления, для типовых сцепок СА-3 а=0,87 м.

где 2l_m и 2l_m' - базы тележек сцепленных вагонов;

- дополнительное взаимное отклонение шарниров автосцепок в поперечном направлении, принимается 0,043.

В учебных целях нет необходимости проведения полного объема расчетов, поэтому для их сокращения рассмотрим только случай прохода сцепа из 2х проектируемых (однотипных) вагонов по S-образной кривой.

1. Для рассматриваемого вагона примем следующие исходные данные:

2l=7,8м, R-120 м, 2l_m=1,85 м, 2L_сц=12,02 м,



2. Так как рассматривается проход двух однотипных вагонов, то можно сделать вывод: .

3. Найдем угол отклонения автосцепки .

После определения углов отклонения продольных осей корпусов автосцепок, необходимо найти их предельную величину, то есть величину, на которую может отклоняться корпус автосцепки при проходе кривых участков пути из условии постановки на вагоне стандартной ударной розетки.

Превышение предельного угла поворота может привести к изгибу хвостовика корпуса или сходу вагона в кривом участке пути вследствие появления значительной поперечной силы в автосцепках из-за контакта хвостовика с вертикальной стенкой окна ударной розетки.

Найдем предельный угол отклонения корпуса автосцепки в поперечно плоскости по формуле:

где а_т - расстояние от центра поворота корпуса автосцепки до наружной плоскости концевой (буферной) балки рамы вагона, для типового вагона номинальный размер 28,5 см;

В_р - полуширина окна ударной розетки автосцепки (не менее 12,3 см);

В_хв - полуширина хвостовика корпуса автосцепки в сечении, совпадающем с наружной плоскостью концевой балки рамы 9не более 7,5 см).

Таким образом, .

Следовательно, можно сделать вывод, что вагон удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям по условию прохода сцепа из 2х проектируемых (однотипных) вагонов по S-образной кривой, т.к. 6,917<9,56, т.е.

7.1.3 Оценка обеспечения прохода одиночного вагона по круговой кривой регламентированного радиуса

рад.

где е - максимальное одностороннее смещение рамы тележек поперёк пути в сечении по оси колесной пары, е=0,03 м для тележек на подшипниках качения.

рад,

где l_ск - длина скользуна (0,25 м);

В_ск - полубаза вагона по скользунам (0,762 м).

Таким образом, заключаем, что вагон удовлетворяет требованиям, предъявляемым к нему по условиям прохода круговой кривой, т.к. 0,0978<0,317, т.е. .

7.1.4 Оценка обеспечения прохода вагоном горбов сортировочных горок без саморасцепа

Для обеспечения прохода вагона без саморасцепа по сортировочной горке требуется выполнить условие:

	A	B	C	D	E	F	G
	-1,7	0	2	2	0	0	0
	-1,8	13,5	0,8	1,4	-80,4	13,5	-0,6
	-3,1	58,2	-2	0	-429	58,2	-2

Так как , то примем первую строку

- максимальная величина относительного вертикального смещения автосцепок при проходе сцепом вагонов перелома профиля горки и аппарельного съезда;

- допускаемая по условиям сцепления разность уровней автосцепок, для СА-3 ,

- возможная по условиям эксплуатации начальная разность уровней осей автосцепок, .

40,12<80 - значит автосцепка удовлетворяет выдвигаемым требованиям.

8. ПРОВЕРКА ВАГОНА НА СООТВЕТСТВИЕ УСЛОВИЯМ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ В СОСТАВЕ ПОЕЗДА

8.1 Расчет устойчивости вагона от вкатывания гребня колеса на рельс под действием продольных сил

Первая критическая сила

,

где С_Г - горизиотальная жесткость рессорного подвешивания одной тележки, С_Г=8589 кН/м.

Вторая критическая сила

Коэффициент запаса устойчивости от выжимания продольными силами



;

Верхние знаки соответствуют первой тележке, а нижние второй.

в=60° - угол образующей гребня;

м=0,25 - коэффициент трения взаимодействующих поверхностей (колеса и рельса);

кН

N - продольная сжимающая сила в поезде, N=0,5 МН - для порожнего четырехосного грузового вагона.

а=1 м - длина корпуса автосцепки от оси сцепления до конца хвостовика;

2L_сц = 12,02м - длина вагона по осям сцепления;

2L - расстояние между упорными плитами автосцепок вагона [м];

2l =7,8 м - база вагона;

2д = 0,05 м - полный поперечный разбег рамы вагона в подпятниковом сечении;

R=250 м - расчетный радиус кривой;

2S=1,58 м - расстояние между кругами катания колес;

h_п = 0,798 м - расстояние от головок рельсов до опорной плоскости подпятника;

h_а = 1,04ч1,08 м - расстояние от головок рельсов до оси сцепления автосцепок;

Дh = 0,1 м - допускаемая разность уровней осей автосцепок.



Исходя из изложенного выше, устойчивость от выжимания продольными силами обеспечивается.

8.2 Расчет устойчивости вагона от опрокидывания наружу и внутрь кривой.

[К_ус]=1,8 при расчете от опрокидывания наружу кривой;

,

где G_В=g·(T+P) кН - сила тяжести вагона;

Gк и Gт- силы тяжести кузова и тележки, кН;

- вертикальная составляющая продольной силы, действующая на кузов через автосцепку;

- поперечная составляющая продольных сил, действующих через автосцепки на вагон ;

N - продольная квазистатическая сила, действующая на кузов через автосцепку (для четырехосных груженых вагонов и восьмиосных в груженом и порожнем состоянии сила сжатия N_сж=1 МН, растяжения N_раст=1,4 МН);

2L_сц = 12,02м - длина вагона по осям сцепления;

R=300 м -внутренний радиус кривой;

Дh = 0,1 м - допускаемая разность уровней осей автосцепок.

2S=1,58 м - расстояние между кругами катания колес;

Дh=0,1-разность уровней автосцепок;

2а - длина оси жесткого стержня, образованного двумя сцепленными автосцепками (2 м - при сжатии и 1,8 м - при растяжении);

N=1,6МН - продольная сила;

N - число осей вагона n=4;

и - расстояние от линии действия равнодействующей давления ветра, соответственно, на кузов и на тележку до уровня головок рельсов, =0,5 м;

- высота вагона и его кузова, соответственно.

h_а = 1,04ч1,08 м - расстояние от головок рельсов до оси сцепления автосцепок, м, м;

- суммарные, параллельные плоскости головок рельсов перемещения центров тяжести кузова и тележки по отношению к центральной вертикальной оси поперечного сечения вагона =0,008 м;

,

где - поперечное одностороннее перемещение рамы тележек относительно букс;

- поперечное одностороннее перемещение надрессорной балки относительно;

- поперечное одностороннее перемещение пятника рамы кузова на подпятнике надрессорной балки (для тележек грузовых вагонов модели 18-100 и аналогичных ;

- технологическое смещение =0,01 м;

, ;

- максимально возможный зазор между скользунами с одной стороны вагона, =0,015 м;

- дополнительный прогиб рессор с догружаемой стороны вагона и такой же подъем рессор с разгружаемой стороны при действии боковых сил;

- расстояния от уровня головок рельсов до плоскости опорной поверхности пятника на надрессорную балку и до верхней плоскости рессорных комплектов, соответственно, =0,55 м;

2S_ск и 2b - поперечные расстояния между центрами скользунов и центрами рессорных комплектов, 2S_ск=1,55м и 2b=2,036м;

F_К и F_Т - центробежные силы, действующие на кузов и тележку. В случае опрокидывания наружу кривой:

,

где m и G - масса и сила тяжести соответствующего элемента вагона;

h_р - возвышение наружного рельса;

v - скорость движения, 33,3 м/с.

В случаях опрокидывания во внутрь кривой:

и .

,

где Р_В - удельное давление ветра, 500 Н/м²;

S_B - площадь продольного сечения кузова, м²;

,

где 2L_K - длина вагона по раме, м

Н_К - высота кузова вагона

1. Определим вес вагона, включающий в себя тару и грузоподъемность, т.к. рассматривается груженый вагон

G_В=9,81·(27,5+66)=917,235 кН.

2. Найдем массу кузова, которая включает в себя массу вагона без учета веса ходовых частей:

т.

3. Вес кузова и тележки будет отличаться от их массы на величину ускорения свободного падения:

кН.

кН.

4. Отыщем центробежные силы, действующие на кузов и тележку с учетом того, что рассматривается возможность опрокидывания вагона во внутрь кривой:

кН

кН.

5. Определим вертикальную составляющую продольной силы, действующей на кузов вагона через автосцепку, с учетом воздействия на вагон сил растяжения:

кН

6. Также найдем поперечную составляющую продольных сил, действующих через автосцепки на вагон:

кН

7. Найдем площадь продольного сечения рассматриваемого вагона:

м²

8. Отыщем равнодействующую силы ветра на кузов и тележку рассматриваемого вагона, соответственно:

кН.

С учетом того, что продольная площадь элементов тележки 18-100, воспринимающих ветровую нагрузку, составляет S_T=2,5м², её равнодействующая примет значение:

кН.

9. Ккоордината точки приложения равнодействующей ветрвой нагрузки относительно уровня верха головок рельсов с учетом полной высоты вагона, примет значение:

м.

10. Найдем величину смещения центра тяжести кузова при боковом наклоне кузова за счет зазора между скользунами:

м.

11. Вычислим дополнительный прогиб рессор с догружаемой стороны вагона при действии боковых сил:



12. Величина смещения центар тяжести кузова при боковом наклоне кузова за счет одностороннего прогиба рессор под действием боковых сил составит:

м.

13. Определим суммарное параллельное плоскости головок рельсов перемещение центра тяжести кузова по отношению к центральной вертикальной оси поперечного сечения вагона по формуле:

м.

14. Отыщем статическую вертикальную силу давления колеса на рельс:

15. Найдем динамическую вертикальную силу давления колеса на рельс:

16. Остается найти лишь значение коэффициента запаса устойчивости вагона от опрокидвания в кривой:

Устойчивость вагона от опрокидывания наружу кривой достаточна.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вагоны. Основы конструирования и экспертизы технических решений: Учебное пособие для вузов ж.-д. трансп. / А.П. Азовский, Е.В. Александров, В.В. Кобищанов, В.Н. Котуравнов, В.П. Лозбинев, М.Н. Овечников, Б.Н. Покровский, В.И. Светлов, А.А. Юхневский; Под ред. В.Н. Котуранов. - М.: Маршрут, 2005. - 490 с.

2. Вагоны: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / Л.А. Шадур, И.И. Челноков, Л.Н. Никольский, Е.Н. Никольский, В.Н. Котуранов, П.Г. Проскурнев, Г.А. Казанский, А.Л. Спиваковский, В.Ф. Девятков; Под ред. Л.А. Шадура. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Траснпорт, 1980. - 439 с.

3. Конструирование и расчет вагонвов: учебник под ред. П.С. Анисимова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ФГОУ «Учебнометодический центр по образованию на железнодорожном транспорте». 2011. - 688 с.

4. Вагоны. Схемы оценки проектных решений. А.П. Азовский, В.В. Кобищанов, В.Н. Котуранов, В.И. Светлов, А.А. Юхневский - М.: МИИТ, 1999. - 186 с.

5. Вагоны. Общий курс: Учебник для ж.-д. трансп. / Под ред. В.В. Лукина. - М.: Маршрут, 2004. - 424 с.

Размещено на Allbest.ru