ФГОУ ВПО
петербургский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»
к.т.н., доцент С.В Павлов
к.т.н., доцент И.К. Самаркина
к.т.н., доцент Е.А. Жарова
инженер В.А. Белгородцев
Предпроектные исследования вагонных деталей и узлов
Методические указания к выполнению практических работ по дисциплине «Вагоны. Общий курс»
Часть I
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2011
Указания посвящены расчетным работам, способствующим более глубокому изучению материала первой части дисциплины «Вагоны. Общий курс». К каждой работе даются теоретические сведения и исходные данные.
Расчетные работы выполняются после тематических лекций, лабораторных работ и контрольных занятий, что даетвозможность каждому студенту помимо закрепления теоретического материала и получения практических навыков использования лабораторного оборудования, познакомиться с элементами конструкторско-исследовательской работы.
Тематика расчетных работ соответствует учебной программе и вытекает из содержания наиболее важных разделов курса. Отдельное внимание уделено ходовым частям вагонов, которые, как известно, непосредственно обеспечивают повышение скоростей и безопасность движения поездов.
Выполнение расчетных работ построено по следующей схеме: краткие теоретические сведения и исходные данные; цель работы; порядок выполнения работы; требования к оформлению работы.
Расчетная работа № 1
Определение технико-экономических параметров и линейных размеров проектируемого вагона
Технико-экономические параметры являются основной характеристикой эксплуатации грузовых вагонов, определяют эффективность их использования. Основными требованиями, предъявляемыми к грузовым вагонам, являются сохранность грузов и себестоимость перевозок.
Основными параметрами грузового вагона, характеризующими его эффективность, являются: грузоподъемность, тара, количество колесных пар (осность), объем кузова, площадь пола, длина и другие линейные размеры вагона. Для сравнения вагонов между собой пользуются параметрами, представляющими отношения этих величин: удельным объемом кузова, удельной площадью пола, коэффициентами тары, нагрузкой от колесной пары на рельсы, нагрузкой на метр пути. Важными показателями являются средняя статическая и средняя динамическая нагрузки вагона.
Основные условия, которым должны соответствовать вагоны нового поколения, заключаются в максимальном использовании грузоподъемности и вместимости, снижении эксплуатационных расходов на их содержание и ремонт, повышении прочности и долговечности, уменьшении коэффициента тары и обеспечении безопасности движения.
Исходными данными для проектирования грузовых вагонов являются: габарит, в который должен вписываться вагон, максимальная скорость, грузоподъемность, коэффициент тары, удельный объем кузова, нагрузка от колесной пары нарельсы и нагрузка на погонный метр пути.
В настоящее время, не смотря на то, что подавляющая часть вагонов имеет максимальную осевую нагрузку 23,5 тс/ось, проектируются вагоны с осевой нагрузкой 25, 27 и даже 30 тс/ось, вагоны с осевой нагрузкой 25 тс/ось уже эксплуатируются на ограниченных полигонах обращения.
Последовательность определения основных параметров вагона
При предпроектных расчетах грузового вагона и установлении его технико-экономических параметров и линейных размеров, необходимо на основании анализа вагона-прототипа принять следующие исходные данные:
–тип вагона (крытый, полувагон и т. д.);
–количество осей;
–допускаемая нагрузка от колесной пары на рельсы (задается преподавателем индивидуально для каждого студента);
-технический коэффициент тары и удельный объем вагона-прототипа;
–средний технический коэффициент тары и рекомендуемый удельный объем кузова вагона;
–определить полигон обращения проектируемого вагона и на основании этого принять габарит подвижного состава по ГОСТ 9238-83.
Параметры вагона устанавливаются в следующей последовательности.
1.Определение грузоподъемности, тары и внутреннего объема кузова вагона.
1.1 Задаемся величиной удельного объема кузова проектируемого вагона.
Значение данной величины можно принять согласно данным вагона-прототипа, либо по рекомендованным значениям. Однако, необходимо прокомментировать принятие решения по выбору конкретной величины, доказать, что такое значение оптимально. Исследования показывают, что для различных типов вагонов оптимальные значения удельного объема кузова различны.
Целесообразно устанавливать для вновь проектируемых вагонов следующие значения Vу опт:
для крытых — 2,1 м3/т;
полувагонов —1,1 м3/т;
изотермических — 2,7 м3/т;
Цистерны рекомендуется проектировать только специализированные, значение удельного объема напрямую зависит от плотности груза.
1.2 Принимаем значение технического коэффициента тары.
(Как и в случае выбора удельного объема, решение должно быть обоснованным)
1.3 Грузоподъемность вагона устанавливается из условия полного использования заданной нагрузки от колесной пары на рельсы при принятом коэффициенте тары по следующей зависимости (необходимо пояснить, откуда берется данная зависимость):
(1.1)
где ро — допускаемая нагрузка от колесной пары на рельсы; mо — количество осей вагона.
1.4 Тара вагона составляет
(1.2)
1.5Внутренний объем кузова вагона составляет
(1.3)
2. Определение линейных размеров вагона.
2.1 Выбор ширины вагона.
Ширина вагона устанавливается в соответствии с заданным габаритом. От ширины габарита в его верхней зоне вычитается значение ориентировочно принимаемых ограничений (отклонений) из условия вписывания вагона в габарит:
(1.4)
где 2В0 — ширина габарита подвижного состава в верхней зоне; Е — предварительно принимаемые ориентировочные ограничения ширины вагона на основе аналогичных конструкций вагонов, учитывающие наличие лестниц и прочих устройств.
Ширина кузова внутри (внутреннего диаметра котла, если расчет ведем для вагона-цистерны)определяется из условий уменьшения ширины вагона на толщину боковых стенок кузова:
(1.5)
где абок — толщина боковых стенок кузова вагона.
В некоторых случаях выбор ширины кузова можно вести методом «от противного», то есть для начала установить внутреннюю ширину (диаметр котла) на основе аналогичных конструкций, а затем наружную ширину вагона.
В дальнейшем ширина вагона может быть откорректирована при вписывании вагона в габарит.
2.2 Выбор высоты кузова вагона.
Высота кузова вагона устанавливается по условиям вписывания его в габарит или по аналогии с существующими типами вагонов.
Высота кузова вагона внутри Нвн принимается из учета толщины крыши (для крытых вагонов).
2.3. Определение длины кузова вагона.
Длина кузова вагона внутри определяется как функция внутреннего объема кузова
(1.6)
Наружная длина кузова вагона устанавливается с учетом толщины торцевых стенок кузова:
(1.7)
где аторц — толщина торцевых стенок кузова.
2.4. Определение общей длины вагона.
Длина вагона по осям сцепления автосцепок представляет собой общую длину вагона и формирует длину поезда:
(1.8)
где аавт — вылет автосцепки.
7. Определение нагрузки от вагона на 1 погонный метр пути.
После установления общей длины вагона необходимо проверить соответствие нагрузки от вагона на один погонный метр пути допускаемому значению:
(1.9)
где [qп] — допускаемая нагрузка от подвижного состава на один погонный метр пути; [qп] = 9 тс/м.
8. Определение базы вагона.
В соответствии с рекомендуемым соотношением между длиной вагона и его базой устанавливают базу вагона
(1.10)
Если
выбрана длина консоли
,
то база вагона:
(1.11)
Оптимальное значение базы вагона по условиям равенства ограничений кузова вагона по ширине может быть установлено при вписывании вагона в заданный габарит подвижного состава.