Расчет технико-экономических параметров вагона

Рис. 2.1 
 
Гидравлические поглощающие аппараты работают по принципу автомобильных амортизаторов – при перетекании жидкости из одной камеры в другую через специальные отверстия создаётся упругое сопротивление ударам. Существует два типа гидравлических агрегатов: ГА-ЮМ и ГА-500.  

 

 

 

Таблица 2 

Вследствие  высоких воспринимаемых усилий с  небольшим ходом автосцепки, ПА иметь   должен высокую поглощающую способность (не менее двух десятков кДж), и при этом относительно быть компактным. Разделяют ПА, относительно типа рабочего тела. Большое распространение приобрели пружинно-фрикционные ПА, энергия гасится в них за счёт фрикционных клиньев и мощных пружин. Такого типа аппараты по своей конструктивной характеристике относительно просты, в результате это позволяет выпускать их многими заводами, при всем они являются довольно дёшевы (к примеру в РФ в начале 2009 года стоимость на подобные аппараты не превышала 11000 руб). Впрочем, энергоёмкость таковых аппаратов довольно ниже, сравнительно с остальными, вследствие чего и применяют их, в основном, на грузовых вагонах. Но все же, пружинные аппараты в вагонах так и не нашли своего применения по причине большой отдачи пружин и отсутствия получать высокую энергоемкость в пределах ограниченных габаритах. И применяются они лишь в буферных устройствах.

Для пассажирских вагонов применяются  резинометаллические ПА. Здесь рабочим  телом выступают резиновые секции, среди которых помещены металлические  пластины, служащие по предотвращению смещения резиновых секций в момент сжатия. Эти аппараты с небольшим  ходом определенно имеют высокую  энергоёмкость, в результате это  позволяет применять их на пассажирских вагонах, также и на электро- и  дизельпоездах.

Кроме указанных конструкций встречаются  и другие. Например в 1960-1980 гг. и в ряде стран (к тому же и СССР) достаточно активно осуществлялись опыты с пневмо-гидравлическими, пневматическими, гидравлическими, а также поглощающими аппаратами. Тем не менее, никаких данных относительно успешной эксплуатации представленных конструкций аппаратов не имеется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Определение технико-экономических параметров проектируемой цистерны.

 

3.1 Определение грузоподъемности  цистерны.

Выбор технико-экономических параметров проектируемых цистерн сводится к определению их оптимальных  значений. В первую очередь следует  выбрать модель вагона-прототипа (серийная или опытная модель цистерны данного типа), что необходимо для использования и сравнения в дальнейшем параметров проектируемой цистерны с существующей.

Заданием  на техническое проектирование нового вагона устанавливаются допускаемые  величины статической нагрузки от колесной пары на рельы, статической нагрузки на 1м пути, габарит и др.

Грузоподъемность  цистерны, определяемая величиной допускаемой  осевой нагрузки, составляет:

 

P=(P₀m₀)/(1+K_т)    (1)

где Р₀-допускаемая осевая нагрузка;

m₀- число осей цистерны;

К_Т- технический коэффициент тары.

Технический коэффициент тары проектируемой  цистерны следует принимать по паспортным данным серийно выпускаемой модели цистерны аналогичного типа с корректировкой на вносимые изменения:

 

 

(24*4)/(1+0,34) = 71,6 т,

 

 

K_Т=К_ТБК_МК_Л=0,43*0,96*0,97 = 0,4, где                               (2)

 

К_ТБ- технический коэффициент тары базовой цистерны;

 

К_тб=Т_б/Р_б=25/57,4 = 0,43, где                                       (3)

 

Т^б- тара вагона-прототипа;

Р^б- Грузоподъемность вагона-прототипа;

К_м- коэффициент, учитывающий влияние применяемого материала на изменение тары цистерны;

К_л- коэффициент, учитывающий изменение линейных размеров элементов цистерны.

 

3.2 Определение массы тары цистерны.

Тара цистерны определяется по формуле:

 

Т=К_Т*Р=0,43*71,6 = 30,7                                          (4)                                                                          

 

Масса брутто вагона :

m_бр=Р+Т = 71,6+25 = 96,6  т                                          (5)

 

Масса котла с примыкающими частями :

 

m_k=Т-m_пл = 25-15 = 10 т                                          (6)

 

где m_пл – масса платформы, устанавливаемой под котел цистерны; для унифицированной платформы m_пл =15 т

      3.3 Расчет  размеров котла.

Котел цистерны обычно имеет цилиндрическую форму поперечного сечения. Однако для лучшего использования верхней  части габарита может быть применена  эллиптическая форма сечения. Рациональна  также конструкция, имеющая конические консольные части. Опущенная средняя  часть броневого листа этой конструкции  способствует более полному сливу  жидкого груза. С этой же целью  может быть использована форма котла  с различными размерами по диаметру, уменьшенными в консольных частях.

Расположение наружных лестниц  на цистерне при проектировании также  влияет на полноту использования  габарита подвижного состава. Если наружные лестницы размещены в средней  части котла, то внутренний диаметр  котла уменьшается. При переносе лестниц в торцевые части диаметр  котла можно увеличить в том  же габаритном очертании, что позволяет  уменьшить длину цистерны при  том же объеме и повысить погонную нагрузку.

Полный объем котла может  быть определен из зависимости :

 

V=Pϑ_yk_t = 71,6*0,954*1 = 68.3 м³                                 (7)

 

Где ϑ_y - удельный оптимальный объем.

k_t – коэффициент учитывающий увеличение объема при расширении груза от повышения температуры.

объем котла состоит из объемов  цилиндрической части, двух днищ и люка

 

V=V_ц+2V_д+V_л = 54,8+4,2+0,05 = 59,05 м³                            (8 )

 

Где V_ц – объем цилиндрической части котла;

V_д – объем днища;

V_л – объем люка

 

 

Рисуное. 2.2 Схема котла  цистерны

 

Внутренний диаметр котла 4-осной  цистерны может быть определен из зависимости :

D₁=0,7 = 2,7 м                                               (9)

где V – полный объем котла(V = 54,8 м³)

Округлив значение D₁ до ближайшего типового диаметра котла в меньшую сторону, получим: D₁ = 2700мм = 2,7м

 

Объем днища состоит из объемов  овалоидной и цилиндрической частей :

 

V_д = V₀ + V_цд                                                   (10)

 

            V_д ⁼ 1,9+0,37=2,72 м³                                                    

 

Где V₀ – объем овалоидной части, определяемый по формуле :

 

V₀ = 1/3*3.14*h₀²*(3R₂-h₀)                                     (11) 

 

V₀ =1/3*3,14*0,5²*(3*1*2,7-0,5)=1,7м ³

Где R₂ – внутренний радиус днища R₂ = (0,5…1,1)*D₁;

h₀ – внутренняя высота овалоидной части днища, h₀ = 0,48…0,53

V_цд – объем цилиндрической части днища, определяемый по формуле :

,                                                  (12)

V_цд=

=3,14*(2,7)²/4*0,07=0,4м³

 

Где h_ц – высота цилиндрической части днища h_ц =0,060…0,080 м

Объем люка :

V_л = h_л ,                                                 (13)

 

V_л = (3,14*0,57²)/4*0,2 = 0,05 м³

 

 

Где D₃ – диаметр люка, для универсальных цистерн D₃ = 0,43 м

h_л – высота люка,  h_л = 0,15…0,25м

Внутренняя длина котла :

 

L_k = L_ц+2h_д = 9,6+1,14=10,74 м                                    (14)

 

Где h_д – высота днища

Длина цилиндрической части котла :

 

L_ц=                                              (15)

 

L_ц =4*(59,05-4,2-0,05)/3,14*2,7²)=9,6 м              

 

 

Высота днища :

h_д=h₀+h_ц  ,                                                   (16)      

 

 

h_д =0,5+0,07=0,57 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Определение геометрических размеров цистерны. Наружная длина котла.

 

L_нк=L_к+2δ₂ = 10740+2*10=10760 мм                       (17)

 

Где δ₂ – толщина днища (10мм)

Длина рамы по концевым балкам :

 

2L_p = L_HK+2*α_T = 10740+2*300=11360 мм                         (18)

 

Где α_T – расстояние от наружной поверхности котла до лобового листа концевой балки. У 4-осных цистерн котел или равен длине рамы, или не доходит до лобового листа от 90 до 425 мм.

База цистерны вычисляется по формуле

 

2l_б = 2l_p/1,41 = 11360/ = 8056 мм                                (19)

 

Длина консольной части :

 

L_k = (11360 – 8056)/2 = 1652 мм                               (20)

 

Длина цистерны по осям сцепления  автосцепок :

 

2L_ac = 2L_p + 2α_ac = 11360+2*430 = 12220 мм                         (21)

 

Где α_ac – вылет автосцепки, α_ac = 0,43м

Полная высота цистерны :

 

H = H_оп + D_н + h_лк = 1290+2718+300=4308 мм                       (22)

 

Где H_оп – расстояние от головки рельсов до нижней опорной точки котла на раму. Для 4-осных цистерн H_оп = 1290 мм

h_лк – высота люка с крышкой, h_лк = 0,3 м

D_н – наружный диаметр котла :

 

D_н = D₁ + δ₁ + δ₃ = 2700+10+8=2718 мм                             (23)

 

Где D₁ – внутренний диаметр котла;

δ₁ – толщина верхнего листа котла;

δ₃ – толщина нижнего листа котла

Величина погонной нагрузки спроектированной цистерны

 

Q = = 71,6*(1+0,4)/12,220 = 8,2                             (24)

 

5. Вписывание цистерны в габарит

 

5.1 Определение размеров  строительного очертания цистерны.

Наибольшее  горизонтальное смещение вагона в одну сторону с середины полей

 

q+W =40мм , где                                              (25)

 

W -  наибольшее горизонтальное смещение надрессорной балки тележки из центрального положения в одну сторону в мм;

q – наибольшее горизонтальное смещение буксового узла из центрального положения в одну сторону в мм.

Величина 0,5(S-d) для цистерны проектируемой по габариту 02-ВМ

0,5(S-d) =28,5мм ,где                                             (26)

 

S – максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса 250м;

d – максимальное расстояние между наружными гребнями предельно изношенных гребней колес в мм.

В пределах верхнего очертания габарита 02-ВМ очертания  имеют следующие выражения:

 

E₀ = 0.5(S-d)+q+W+(K₁+K₃)-K;                                 (27)

E_В = 0.5(S-d)+q+W+[K₂(l-n)n+K₁+K₃]-K+α;                         (28)

E_H = [0.5(S-d)+q+W]+ +[K₂(l+n_K)n_K-K₁-K₃]-K+β,                  (29)

 

Где E₀, E_B, E_H – соответственно ограниченная по ширине в шкворневом сечении, во внутреннем сечении между шкворнями тележек для поперечных сечений, расположенных на консолях вагона.

 

 

Таблица 3 – Значение коэффициентов

 

Габариты	Коэффициенты
	k1	k2	k3
Т, Тц, Тпр   1-Т	0,625р2 *	2,5	180
1-ВМ,  0-ВМ, 02-ВМ,  03-ВМ	0,5р2	2	0

 

P – база тележки

 

E₀ = 28,5+40+(0,5*1,85²) =70,21  мм;

E_B = 28,5+40+[2*(7.205-4.75)*4.75+0.5*1.85²] = 93,5 мм;

E_H = [28.5+40]+(7.205+2*4.75)/7.205+[2*(7.205+4.75)4.75-0.5*1.85²]=182,52мм

 

Таким образом проектная ширина цистерны должна быть не более 

2В=1575*2=3150мм