Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Конструирование и расчет вагонов: Методические указания к выполнению контрольных работ и курсового проекта

Голосов: 8

Методические указания предназначены для выполнения контрольных работ и курсового проекта по дисциплине "Конструирование и расчет вагонов".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
        Тогда
                          2 LΡ = 16,529 + 2 ⋅ (− 0,165) = 16,199 м;
                               16,199
                          2l =         = 11,49 м;
                                 1,41
                                16,199 − 11,49
                          lΚ =                  = 2,355 м;
                                      2
                          2 Lоб = 16,199 + 2 ⋅ 0,61 = 17,419 м.

    1.5.    Статическая и погонная нагрузки

    Статическая и погонная нагрузки вычисляются по формулам (1.10) – (1.12) (см.
пример 1), где λ =0,81.

                          ΡСТ = 72 ⋅ 0,81 ⋅ 9,81 = 572,12 кН;
                                72 ⋅ 9,81
                          qΗ =            = 40,55 кН/м;
                                17,419
                                99,65 ⋅ 9,81
                          qбр =               = 56,12 кН/м.
                                  17,419

              ПРИМЕР 5. Выбор основных параметров пассажирского вагона

    К параметрам пассажирского вагона, определяющим его технико-экономические
показатели, относятся населенность, масса тары, линейные размеры и конструктивная
скорость. Поскольку пассажирские вагоны проектируются на базе типовых кузовов
длиной 23,6м и 26,5м, то задача расчетчика сводится к разработке планировки
внутреннего помещения для выбранного или заданного варианта кузова и на основе ее
определения населенности, массы кузова и вагона. Пусть требуется спроектировать
купейный пассажирский вагон длиной 26,5м, кузов которого выполнен из нержавеющей
стали 12Х18Н1ОТ (нижний пояс) и низколегированной стали 09Г2Д (верхний пояс).

    1.1.    Планировка вагона

    В соответствии с заданием на проектирование наружная длина вагона равна 26,5м.
Согласно паспортным данным вагон указанной длины имеет размеры:

    –   длину по осям сцепления автосцепок – 27,43м;
    –   базу – 19м;
    –   длину консольной части – 3,75м;
    –   наружную ширину – 3,05м;
    –   внутреннюю ширину – 2,826 м;
    –   высоту внутри салона от пола до потолка – 2,923м;
    –   полную высоту – 4,377м.

    Минимальные размеры внутренней планировки и оборудования пассажирских
вагонов определены Нормами и составляют, мм:
                                       31


    Ширина помещений:
    – купе четырехместного – 1777;
    – купе двухместного – 1350;
    – отделения для проводника – 1230;
    – туалета – 900;
    – отделения отопления – 900;
    – тамбура – 840.
    Ширина продольных проходов в вагонах:
    – купейных – 750;
    – спальных открытого типа – 560;
    – межобластного сообщения – 600.
    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.
    Ширина диванов и кресел в вагонах:
    – жестких – 580;
    – мягких – 600;
    – межобластного сообщения – 470;
    – ширина подъемной полки – 570.
    Ширина спального места в вагонах:
    – купейных – 1820;
    – открытого типа – 1700.
    Расстояния:
    – от пола до сидения диванов – 340;
    – от сидения диванов до нижней части подъемной полки в рабочем состоянии –
       920;
    – между креслами вагонов межобластного сообщения (шаг) – 975;
    – между диванами – 610.
    Размеры багажных полок:
    – ширина – 580;
    – высота от пола – 2000.
    Руководствуясь указанными нормативами, студент делает планировку вагона и
оформляет это либо рисунком в записке, либо видом на чертеже.

    1.2.   Населенность

     Согласно планировке вагон длиной 26,5м имеет 10 купе по 4 места, следовательно,
его населенность составляет 40 мест для пассажиров и 2 места в отделении для отдыха
проводников.

    1.3.   Массы кузова и вагона

    Купейные вагоны длиной 26,5м, выполненные из низколегированных и
углеродистых сталей, поставляемых ранее по импорту, имели массу 58,4т. ОАО
                                        32


«Тверской вагоностроительный завод» выпускает спальные некупейные вагоны длиной
23,6м из тех же сталей, но планирует перейти на изготовление кузовов из нержавеющей
и низколегированных сталей. Если заложить эти материалы в удлиненные вагоны, то его
масса снизится с 58,4 до 57,6 т, а при замене углеродистых сталей на низколегированные
в рамах и надрессорных балках тележек и внедрении пустотелых осей в колесных парах
масса вагона снизится до 57 т. Поэтому студент должен сам решить, какие из изменений
в материалы и конструкцию он считает необходимым внести и на основании этого
принять окончательное решение о массе проектируемого вагона.
    Для примера принимаем массу тары вагона Т равной 57 т.
    Масса брутто вагона

                      mбр = n ⋅ mпас ,

    где Т   – масса тары, Т=57 т;
        n – расчетная населенность вагона, n=42;
        mпас – средняя масса одного пассажира с багажом. Для вагонов дальнего
              следования mпас=0,1т.

                      mбр = 57 + 42 ⋅ 0,1 = 61,2 т.

    Масса брутто кузова

                      mбр = mбр − 2mΤ ,
                       кз




    где mТ – масса тележки, т. Масса тележки ТВЗ-ЦНИИМ 7,2т.

                      mбр = 61,2 − 2 ⋅ 7,2 = 46,8 т.
                       кз




    1.4.   Конструкционная скорость

    Конструкционная скорость вагона определена заданием на проектирование и
составляет 45 м/с (160 км/ч).
    Для остальных типов пассажирских вагонов указанные параметры определяются
аналогичным образом.

     В конце раздела 3 приводится таблица с основными технико-экономическими
параметрами проектируемого вагона, которые были рассчитаны в этом разделе.
     В разделе 4 пояснительной записки производится вписывание спроектированного
вагона в габарит.
     При вписывании вагона в габарит следует использовать значения, приведенные в
табл. 3.4




                                           33


                                                                                   Таблица 3.4

                                    Величины S, d, К1, К2, К3

                                                  Габариты
   Величины
                       Т, 1-Т, 0-Т (1-ВМ)             01-Т (-ВМ), 02-Т (02ВМ), 03-Т (03-ВМ)
  S, мм                       1541                                     1465
  Sn, мм                      1526                                     1435
  d, мм                       1489                                     1410
                              1497                                     1410
                              1501                                     1410
  К1, мм                    0,625 р2                                  0,5 р2
  К2                           2,5                                       2
  К3, мм                       180                                       0

     Для значения d выбирается первое число – для грузовых вагонов, проектируемых
для скоростей движения до 120 км/ч, второе и третье число – для пассажирских вагонов,
проектируемых для скоростей движения соответственно до 140 км/ч и более 140 км/ч.
     В формулу для определения К1 величина р равняется базе тележки; для
восьмиосных

                               (
                        р 2 = р12 + р2 ,
                                     2
                                         )
    где р1 – база 4-х осной тележки, м;
        р2 – база 2-х осной тележки, входящей в состав 4-х осной, м.

    Значения величин q и w приведены в табл. 3.5
                                                                      Таблица 3.5
              Величины горизонтальных параллельных поперечных смещений, мм
  Величины       Тележка модели 18-100       Тележка модели 18-101      Тележки пассажирских
                                                                              вагонов
      Q                   3                            3                          8
      W                   28                           32                        46

    ПРИМЕР
    Вписать в габарит 1-Т кузов восьмиосного полувагона и размещенного в нем груза.

    ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: длина рамы вагона 2Lр=19,11м; база вагона 2l=12,07м;
длина консоли nк=3,52м; база четырехосной тележки р1=3,2м; база двухосной тележки
модели 18-100, входящей в конструкцию четырехосной, р2=1,85м.

    Определим горизонтальные поперечные и вертикальные размеры строительного
очертания кузова полувагона и размещенного в нем груза.
    Максимальная допускаемая ширина строительного очертания кузова вагона на
некоторой высоте Н над уровнем верха головок рельсов

                        2В = 2 (В0 – Е),

    где В – максимальная полуширина строительного очертания кузова вагона на
                                             34


            рассматриваемой высоте Н, мм;
       В0 – полуширина габарита подвижного состава 1-Т на той же высоте,
            В0=1700мм;
       Е – ограничения полуширины кузова вагона для одного из рассматриваемых
            сечений – направляющего, внутреннего или наружного, мм.

    1. Рассчитаем ограничения полуширины габарита для кузова вагона. Ограничения
полуширины для сечений кузова в миллиметрах:
    направляющего

                     Е0 = 0,5·(s – d) + q + w + [К1 – К3],

    внутреннего, расположенного посередине базы,

                     Ев = 0,5·(S – d) + q + w + [К2 (2l – n) n + К1 – К3],

    наружного, расположенного в конце кузова,

                                                   2n + 2l
                      ЕΗ = (0,5(S − d ) + q + w)           + [Κ 2 ⋅ (2l + n )n − Κ 1 − Κ 3 ] .
                                                     2l

    В формулах:
    S – максимальная ширина колеи в прямом Sпр или кривом Sкр участке пути
           расчетного радиуса, Sпр=1526 мм; Sкр=1541 мм;
    d – минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных
         гребней колес, d=1489 мм;
    q – наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении из
         центрального положения в одну сторону рамы тележки относительно колесной
         пары вследствие зазоров при максимальных износах в буксовом узле. Для
         буксового узла с роликовыми подшипниками q=3 мм;
    w – наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении из
         центрального положения в одну сторону кузова относительно рамы тележки
         вследствие зазоров при максимальных износах и упругих колебаний в узле
         сочленения кузова и рамы тележки. Для четырехосной тележки, состоящей из
         двух тележек модели 18-100, w=32 мм;
    2l – расстояние между направляющими сечениями вагона – база вагона, м;
    n – расстояние от рассматриваемого поперечного сечения кузова до ближайшего
         направляющего сечения вагона. Для концевого сечения восьмиосного
         полувагона nк=3,52 м, для среднего nс=6,035 м;
    К1 – дополнительное поперечное смещение в кривой расчетного радиуса R
         тележечного подвижного состава. Для четырехосной тележки восьмиосного
         полувагона при R=200 м

                                 (        )           (              )
                      К1 = 0,625 р12 + р2 = 0,625 3,2 2 + 1,852 = 8,5 мм;
                                        2



    К2 – коэффициент, зависящий от расчетного радиуса кривой R. Для габарита 1-Т при
         R=200 м К2=2,5;

                                           35


    К3 – половина принятого на железных дорогах РФ льготного уширения габарита
        подвижного состава в кривых участках пути. Для габарита 1-Т при R=200 м
        К3=180 мм.

    Подставляя в формулы цифровые данные, получим для кузова вагона Е0, ЕВ и ЕН для
верхнего очертания габарита 1-Т:

               Е0 = 0,5·(1541 – 1489) + 3 + 32 + [8,5 – 180] = 61+[–171,5] мм;

 Ев = 0,5·(1541 – 1489) + 3 + 32 + [2,5 (12,07 – 6,035) 6,035 + 8,5 – 180] = 61 + [–80,5] мм;

                                  12,07+ 2⋅ 3,52
ЕΗ = (0,5⋅ (1541 1489 + 3 + 32)
                −   )                            + [2,5⋅ (12,07+ 3,52) ⋅ 3,52− 8,5 −180 = 96,4 + [− 513]мм.
                                                                                       ]              ,
                                      12,07
    Следует отметить, что отрицательная величина, стоящая в квадратных скобках, в
данном случае не учитывается, т.е. принимается равной нулю. Отрицательное значение
скобки свидетельствует о том, что льготное уширение габарита в кривом участке пути
недоиспользуется.
    В общем случае величина, заключенная в квадратных скобках формул учитывается,
если результат их подсчета получается положительным или отрицательным, но по
                                                                 2n + 2l
абсолютному значению не превышающим 8 мм или 8                           мм. При несоблюдении этих
                                                                   2l
условий квадратные скобки принимаются равными нулю, а вписывание вагона
производится в габарит прямого участка пути, как это требуется в данном примере, т.е.

                         Еопр = Евпр = 0,5·(1526–1489) + 3 + 32 = 54 мм;

                                                                   2 ⋅ 3,52 + 12,07
                          ЕΗΠΡ = (0,5 ⋅ (1526−1489) + 3 + 32)                       = 85 мм.
                                                                         12,07

    Таким образом, окончательное ограничение полуширины кузова восьмиосного
полувагона составляет:

                         Е0=54 мм; ЕВ=54 мм; ЕН=85 мм.

     2. Рассчитаем ширину строительного очертания кузова восьмиосного полувагона
2Вс на некоторой высоте над уровнем верха головок рельсов:
     в направляющем и среднем сечениях

                         2В0 = 2ВВ = 2·(1700–54) = 3292 мм;

    в концевом сечении

                         2ВН = 2·(1700–85) = 3230 мм.

    По полученным значениям                    строим      горизонтальную         габаритную        рамку
строительного очертания вагона

                                                    36


                                             2Lp=19110
                    Hк=3520


        Eн=85
                                             2L=12070
                                                         hв=6035




                                              2Вв=3292
        2Вн=3230




                          2В0=3292




                                                                                 2В0=3400
                                              Eв=54
                         E0=54




              Рис.1 Горизонтальная габаритная рамка строительного очертания вагона

    ВЫВОД: таким образом, ни одна деталь, расположенная в расчетных точках
рассмотренных поперечных сечений кузова проектируемой конструкции восьмиосного
полувагона и груза, не выходит за пределы полученных размеров проектного очертания.

    В разделе 5 пояснительной записки выполняется расчет в соответствии с
индивидуальным заданием.
    При расчете на прочность вагонов и их частей должны учитываться следующие
нагрузки:
    1) вертикальные – тара вагона, полезная и вертикальная динамическая нагрузки;
    2) боковые (горизонтальные) – центробежная сила и результирующая давления
       ветра;
    3) продольные (горизонтальные);
    4) возникающие при торможении;
    5) вертикальные кососимметричные;
    6) усилия при вписывании вагона в кривую;
    7) усилия распора сыпучих тел и других навалочных грузов;
    8) внутреннее давление жидкостей и вакуум в котлах цистерн;
    9) возникающие при механизированной погрузке грузов в вагоны и выгрузке их из
       вагонов;
    10) вызванные технологическими причинами при изготовлении узлов и деталей;
    11) возникающие в связи с принятыми способами ремонта вагонов;
    12) возникающие при работе механизмов вагонов (электрогенераторов и др.).

    В общем случае порядок выполнения прочностного расчета следующий:
    1. Определяются усилия, действующие на элемент, Рi [Н].
    2. Определяются моменты, возникающие от действия рассмотренных усилий
                        Мi = Рi ⋅ li [Н·мм],
    где li – плечо, мм.
    3. Определяются напряжения, возникающие от действия рассмотренных моментов
                              Μi
                        σi =         [Н/мм2=МПа],
                              Wi
    где Wi – момент сопротивления сечения, мм3.
    Если усилия определялись в кг, а плечо подставлялось в см, то для пересчета
напряжения из кг/см2 в МПа надо полученное значение разделить на 10 (например,
                                             37


3000кг/см2=300МПа).
     4. Сравнить полученные напряжения σ i с допускаемыми значениями [σ], которые
        приведены в «Нормах для расчетов на прочность и проектирования
        механической части новых и модернизированных вагонов железных дорог МПС
        РФ колеи 1520 мм (не самоходных)» должно соблюдаться условие σ i ≤[ σ ].
     5. Сделать вывод по проведенному расчету: прочность элемента считается
        обеспеченной если σ i ≤[ σ ].
     При расчетах на продольные нагрузки величина продольных усилий принимается
для I расчетного режима.
     При выполнении раздела 5 для проверки правильности расчетов следует
использовать ЭВМ. Перечень имеющихся программ приводится ниже.

    Klin.bas – расчет фрикционного клинового гасителя колебаний
    Kotel2.bas – расчет котла цистерны на прочность
    optimum2.bas – выбор оптимального варианта полувагона
    rac.bas – расчет кузова бункерного вагона на прочность
    rama.bas – расчет боковой рамы тележки
    rrpv.bas – расчет рессорного подвешивания
    rkpfa.bas – расчет корпуса пружинно-фрикционного поглощающего аппарата
    rpkpv.bas – расчет кузова пассажирского вагона
    rocp.bas – расчет оси колесной пары
    rolik_1.bas – расчет буксового узла с подшипниками качения

    В заключении кратко описывается, что выполнено в каждом из разделов курсового
проекта и приводятся основные выводы по проведенным расчетам.
    В библиографическом списке приводится вся литература, которая использовалась
при выполнении курсового проекта.

                       Перечень тем индивидуальных заданий

    1. Расчет надрессорной балки тележки грузового вагона.
    2. Расчет надрессорной балки тележки пассажирского вагона.
    3. Расчет боковой рамы тележки грузового вагона.
    4. Расчет котла на внутреннее давление.
    5. Расчет устойчивости цилиндрической оболочки котла.
    6. Расчет цилиндрической части котла на вертикальные нагрузки.
    7. Расчет котла на продольные силы.
    8. Расчет на прочность элементов крепления котла к раме.
    9. Расчет элементов рамы на вертикальные и продольные силы.
    10. Расчет потребной и фактической энергоемкости пружинно-фрикционного
        поглощающего аппарата.
    11. Расчет энергоемкости поглощающего аппарата с резино-металлическими
        элементами.
    12. Расчет корпуса пружинно-фрикционного аппарата.
    13. Расчет соединительной балки 8-ми осного вагона.
    14. Расчет кузова пассажирского вагона на вертикальную нагрузку.
    15. Расчет кузова пассажирского вагона на продольную нагрузку.
    16. Расчет        рамы        тележки           пассажирского вагона.
                                          38


17. Расчет кузова двухъярусного крытого вагона для перевозки автомобилей на
    вертикальную нагрузку.
18. Расчет кузова двухъярусного крытого вагона для перевозки автомобилей на
    продольную нагрузку.
19. Расчет рессорного подвешивания вагона.
20. Расчет рамы платформы на вертикальные и горизонтальные нагрузки.
21. Расчет на прочность кузова полувагона.
22. Расчет на прочность кузова и рамы крытого вагона.
23. Расчет оси колесной пары вероятностным методом.
24. Расчет буксового узла с подшипниками качения.
25. Расчет деталей ходовых частей на усталостную прочность.
26. Расчет показателей надежности элементов ходовых частей.
27. Расчет показателей надежности элементов поглощающих аппаратов.
28. Расчет кузова бункерного вагона на вертикальную нагрузку.
29. Расчет рамы бункерного вагона на продольную нагрузку.
30. Расчет устойчивости колесной пары против схода с рельсов.

                    БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Конструирование и расчет вагонов: Учебник для ВУЗов ж.-д. трансп. / Под ред.
   В.В. Лукина. – М.: УМК МПС России, 2000. –731с.
2. Основы проектирования цистерн: Методические указания к курсовому
   проектированию по дисциплине «Вагоны и контейнеры» / Разраб. И.Ф. Пастухов,
   В.В. Пигунов. – Гомель: БелИИЖТ, 1987. –32с.
3. Основы проектирования специализированных вагонов для зерна и цемента:
   Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Вагоны» /
   Разраб. Пастухов И.Ф., Пигунов В.В. – Гомель: БелИИЖТ, 1985. –30с.
4. Вагоны и контейнеры: Методические указания по изучению тем программы,
   выполнению контрольных работ и курсового проекта. Задания на контрольные
   работы и курсовой проект. – Екатеринбург: УрГАПС, 1995. –37с.
5. Комплексная программа реорганизации и развития отечественного локомотиво- и
   вагоностроения, организации ремонта и эксплуатации пассажирского и грузового
   подвижного состава на период 2001-2010гг. – М.: 2001.




                                    39


40



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика