Вписывание грузового вагона в габарит и расчёт нагрузок действующих на вагон и на его узлы и детали

       Правильный выбор параметров обеспечивает наименьшие затраты на перевозку грузов.

Исходные данные:

Универсальная четырёхосная платформа  с металлическими бортами

          Габарит  0-ВМ

Удельный относительный объем  0,58

Коэффициент тары  0,33

Осевая нагрузка  205(кН)

 

2.1 Расчёт грузоподъёмности вагона

 

 

где - вес брутто;

       - заданная осевая нагрузка;

       - количество колесных пар в вагоне

       - коэффициент тары

 

                                          

       2.2 Определение тары вагона

 

 

 

       2.3 Вычисление площади пола

 

F =P*f_у,опт=616,54 ·0,58 = 35,75(м²)

 

       2.4 Определение линейных размеров вагона

           Внутренняя ширина вагона () для платформы – 2900 (мм)

Внутренняя длина платформы , находится из выражением:

  

 

= 12,32(м)

 

 

      Наружная длина кузова, определяется как:

 

2L_p=2L_B+2a_T

 

где а_Т=0,10(м) -толщина торцовой стенки кузова

 

2L_p=12,32 + 0,10=12,42(м)

 

       Наружная ширина  кузова:

 

2В=2В_В+2а_б

 

где а_б=0,175(м) -толщина боковой стенки кузова

 

2В=2,9 +2·0,1у275 =3,25(м)

 

       Общая длинна вагона или длинна вагона по осям сцепления:

 

2L₀=2L_p+2a_a

 

где а_а=0,43(м)-вылет автосцепки четырехосного крытого вагона

2L₀=12,42 +2·0.610 =13,64(м)

 

      Вычислив длину рамы, можно определить базу вагона:

 

(м)

 

      Длинна консольной части вагона для четырехосных вагонов:

_гр

2l_т=1850мм=1,85м – база двухосной тележки;

Dк=950мм=0.95м – диаметр колеса;

h_гр.=28мм=0,028м – высота гребня колеса;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Вписывание  вагона в габарит

 

       3.1 Определение горизонтальных поперечных размеров строительного очертания вагона

 

       На некоторой высоте Н над верхним уровнем головки рельса максимально допускаемая ширина вагона определяется по формуле:

 

2В = 2(В₀ – Е)

 

       где В₀-полуширина габарита подвижного состава на рассматриваемой высоте Н,

       Е-ограничение полуширины для одного из рассматриваемых сечений.

 

3.1.1 Ограничения  полуширины для кузова вагона

 

       Ограничение Е₀ направляющих поперечных сечений вагона.

 

E₀=0.5·(s-d)+q+w+[k₁-k₃]-k=0.5·(1465-1410)+3+32+1.71-25=39.21(м)

 

 

Внутреннее ограничение Е_В поперечных сечений вагона, расположенных между направляющими сечениями по середине базы,

при n=1

 

E_B·(s-d)+q+w+[k₂·(2l-n)·n+k₁-k₃]-k+α=

=0.5·(1465-1410)+3+32+[2·(15.8-1)·1+1.71-0]-25=68.81(м)

 

Hаружное ограничение Е_н поперечных сечений вагона, расположенных снаружи его направляющих сечений, при n=n_k

 

E_н=[0.5·(s-d)+q+w]·

+[k₂(2l+n)·n-k₁-k₃]-k+β=

=[0.5(1465-1410)+3+32]·

+[2(15.8+1.42)·1.42-1.71]-25=95.95(м)

2В₀=2(В₀-2Е₀)=2(1465-39,21)=2851,58(мм)

2В_в=2(В₀-2Е_в)=2(1465-68,81)=2792,38(мм)

2В_н=2(В₀-2Е_н)=2(1465-95,95)=2738,1(мм)

=0,5·(s^п-d)+q+w=0.5·(1465-1410)+3+32=62.5(мм)

[0.5·(s^п-d)=q+w]· =[0.5·(1465-1410)+3+32]·  =73.75(мм)

Где ,– ограничения полуширины соответственно для сечений: направляющего, внутреннего и наружного;

 

       3.2. Определение размеров проектного очертания вагона

 

Ширина проектного очертания вагона на некоторой высоте H над уровнем верха головки рельсов определяется по формуле:

2b=2B-2E_Т

 

Где Е_Т – конструктивно-технологические отклонения, допускаемые при

постройке вагона, в горизонтальной плоскости Е_Т=15,5мм

2b₀=2В₀-2Е_Т=2851,58-(2·15,5)=2820,58(мм)

2b_в=2В_в-2Е_Т=2792,38-(2·15,5)=2761,38(мм)

2b_н=2В_н-2Е_Т=2738,1-(2·15,5)=2707,1(мм)

 

       3.3. Построение горизонтальной габаритной рамки проектного

очертания вагона

 

       Горизонтальная габаритная рамка определяет наибольшую допускаемую ширину проектного очертания вагона для любого поперечного сечения по длине вагона.

       В наших расчетах для упрощения рассматриваем только три поперечных сечения: пятниковое I-I; внутреннее II-II, расположенное по середине вагона; крайнее наружное III-III, расположенное снаружи вагона.

 

     Максимально допускаемая ширина вагона:

 

2В_мах=2(В₀-Е_мах-Е_Т)=2(1465-95,95-15,5)=2707,1

2В_н=2В_мах

2707,1=2707,1

     

Вагон можно считать вписавшимся  в заданный габарит.

Рис.2 Горизонтальная габаритная рамка проектного очертания вагона на уровне рамы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчёт  нагрузок, действующих на вагон  и его части

 

При выполнении данной работы необходимо определить

вертикальные статические и  динамические нагрузки, действующие  на кузов вагона и детали тележки;

боковые нагрузки, действующие на кузов вагона  и детали тележки.

 

      4.1.Вертикальные нагрузки, действующие на вагон и его части

      4.1.1 Вертикальные статические нагрузки

 

Р_ст.=

 

_{где Рбр. - вес брутто вагона, кH ;}

      _{Рч.- вес частей и укрепленного на них оборудования, через которые передается нагрузка от рассчитываемой детали вагона на рельс, кH;}

_{m-число одинаковых, параллельно загруженных деталей.}

Р_{ст.пруж.}=

Р_{ст.пруж.}=

26,77 (кН)

Р_{ст.кузова}=

Р_{ст.кузова}=

(кН)

Р_ст.н.б.=

Р_ст.н.б.=

(кН)

Р_ст.п.=

Р_ст.п.=

(кН)

Р_ст.к.п. =

Р_ст.к.п. =

(кН)

Р_ст.б.р. =

Р_ст.б.р. =

(кН)

 

     4.1.2. Вертикальная динамическая нагрузка

 

Р_д=k_дв·Р_ст.

 

где k_дв – коэффициент вертикальной динамики;

      Коэффициент вертикальной динамики определяют по формуле:

 

,

 

β = 1,13 - параметр распределения, для грузовых вагонов при существующих условиях эксплуатации.

р(k_дв) = 0,97 - расчетная вероятность;

     Среднее вероятное значение определяется по формуле для скоростей движения вагона v≥15м/с(~55км/ч);

 

 

      Где а – коэффициент, принимаемый на основании обработки результатов теоретических и экспериментальных исследований, равный для элементов кузова вагона 0,05; для обрессоренных частей тележки – 0,10; для необрессоренных частей тележки – 0,15;

      b – коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке (n) группе тележек под одним концом вагона на величину коэффициента динамики:

 

 

где n – число осей в тележке (2шт.);

v – расчётная скорость движения вагона (33.5км/ч);

f_ст – статический прогиб рессорного подвешивания (0,05м).

 

          

 

Р_д.куз.=k_дв1·Р_ст.куз.=0,032·724,31=23,17 (кН)

Р_д.н.б.= k_дв2·Р_ст.н.б.=0,040·371,13=14,84 (кН)

Р_д.п.= k_дв3·Р_ст.п.=0,049·48,17=2,36 (кН)

Р_д.б.р.= k_дв3·Р_ст.б.р.=0,049·191,2=9,36 (кН)

Р_д.к.п.= k_дв3·Р_ст.к.п.=0,049·205=10,04 (кН)

Р_д.пруж.= k_дв3·Р_{ст.пруж.}=0,049·26,77=1,31 (кН)

 

 

      Суммарные нагрузки определяются по формуле:

 

;

Р_куз.= Р_д.куз.+ Р_ст.куз.

Р_н.б.= Р_д.н.б.+ Р_ст.н.б.

Р_п.= Р_д.п.+ Р_ст.п.

Р_б.р.= Р_д.б.р.+ Р_ст.б.р.

Р_к.п.= Р_д.к.п.+ Р_ст.к.п.

Р_пруж.= Р_д.пруж.+ Р_ст.п.

 

Р_куз.= 747,48 (кН) 

Р_н.б.= 385,97 (кН)

Р_п.= 50,53 (кН)

Р_б.р.= 200,56 (кН)

Р_к.п.= 215,04 (кН)

Р_пруж.=28,08 (кН)

 

      4.2. Боковые нагрузки

      4.2.1 Боковая горизонтальная нагрузка

      Боковая нагрузка, возникающая при движении вагона,по кривому участку пути¸ складывается из центробежной силы и давления ветра на кузов и равна:

Н=

(Н_ц+Н_в)

Где    Н_ц – центробежная сила, направленная наружу кривой, кН

Н_в – равнодействующая сила давления ветра на кузов вагона, кН

Центробежную  силу, направленную наружу кривой определяют по формуле:

Н_ц=η_ц(Р_бр-Р_ч)

 

где η_ц - коэффициент равный 0,075

 

Н_ц.куз.=0,075(820-747,48)=5,43(кН)

Н_ц.н.б.=0,075(820-385,97)=32,55(кН)

Н_ц.п.=0,075(820-50,53)=57,71(кН)

Н_ц.б.р.=0,075(820-200,56)=46,45(кН)

Н_ц.к.п.=0,075(820-215,04)=45,37(кН)

Н_ц.пруж.=0,075(820-28,08)=59,39(кН)

Н_ц.куз.=5,43(кН)

Н_ц.н.б.=32,55(кН)

Н_ц.п.=57,71(кН)

Н_ц.б.р.=46,45(кН)

Н_ц.к.п.=45,37(кН)

Н_ц.пруж.=59,39(кН)

 

 

      Равнодействующую силу давления ветра определяют по формуле:

Н_в=ωF

где ω–удельное сопротивление ветра, перпендикулярное боковой стене вагона, принимаемое согласно нормам расчета на прочность, равным 500Н/м²

F – площадь боковой проекции кузова, м².

 

F=2L_pH_max

F=2,880*13,64=39,28 (м²)

Н_в=500·39,2=19,6 (кН)

Н_.=

( 59,39+19,6)=39,49(кН)

 

 

      4.2.2. Вертикальные составляющие боковых загрузок

 

      Боковые нагрузки вызывают дополнительное вертикальное загружение частей тележек с одной стороны вагона и соответствующее разгружение с другой. Величина такого дополнительного загружения рассчитываемой детали находится по формуле:

 

_{Где hц и hв – вертикальные расстояния от места приложения Рб до точек приложения сил Нц и Нв соответственно;}

_{m1 – число одноименных, параллельно нагруженных элементов, расположенных с одной стороны вагона;}

_{2b2 – расстояние между точками приложения сил Рб дополнительного загружения и разгружения рассчитываемой детали(равной 2.036).}

 

(кН)

(кН)

(кН)

(кН)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. УсТОЙЧИВОСТЬ КОЛЁСНОЙ ПАРЫ ПРОТИВ СХОДА С РЕЛЬСОВ

       Устойчивость колёсной пары в рельсовой колее оценивается коэффициентом устойчивости колеса против схода с рельса, учитывающим соотношение вертикальных и горизонтальных составляющих сил, возникающих при движении вагона. При неблагоприятном сочетании вертикальных и горизонтальных сил, а также при нарушении условий загрузки и отклонении в состоянии вагона могут возникнуть случаи вползания гребня колеса на головку рельса, что приводит к сходу вагона с рельсов.

        Поэтому при установлении причины или для предупреждении схода вагона в эксплуатации производится проверка устойчивости движения колеса по рельсу. По рекомендациям норм подсчитывают коэффициент:

 

где - угол наклона гребня колеса к горизонтальной оси; для стандартного профиля поверхности катания ( );

      - коэффициент трения принимается ( );