Проектирование восьмиосной цистерны модели 15-1500

Введение.

Основной задачей транспорта является полное и своевременное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышение эффективности и качества работы транспортной системы.

К опасным грузам относятся вещества и предметы, которые при транспортировании, погрузочно-разгрузочных работах и хранении могут послужить причиной взрыва, пожара, а также гибели, травмирования, отравления, ожогов, облучения или заболевания людей и животных.

Опасные грузы по железным дорогам транспортируются в универсальном или специальном подвижном составе. Допускаемые типы вагонов для перевозок конкретных видов опасных грузов устанавливаются техническими условиями, стандартами для конкретной продукции, и правилами перевозок грузов.

Жидкие, сжиженные и опасные газообразные грузы в случаях, предусмотренных правилами перевозок, транспортируются в вагонах-цистернах.

Вагоны-цистерны проектируются с учетом свойств опасных грузов, для перевозок которых они предназначены, и соответственно оснащаются специальными устройствами для выполнения сливоналивных операций и обеспечения безопасности перевозок.

В зависимости от вида перевозимых грузов вагоны-цистерны подразделяются на цистерны общего назначения и специальные. К цистернам общего назначения относятся цистерны для перевозки широкой номенклатуры жидких нефтепродуктов, не требующих подогрева при наливе и сливе в диапазоне климатических изменений температуры груза. Цистерны общего назначения составляют основную часть парка вагонов-цистерн.

Для каждого типа цистерны заводом-изготовителем в составе технической документации разрабатывается инструкция по эксплуатации, сливу и наливу перевозимого продукта, учитывающая конструктивные особенности конкретной модели.

На железнодорожном транспорте необходимо осуществлять техническое перевооружение, обеспечить увеличение пропускной и провозной способности железных дорог на грузонапряженных направлениях, значительно повысить скорости движения поездов, а также наращивать мощность железнодорожных станций и узлов.

Для решения поставленной задачи необходимо изменить конструкцию проектируемого вагона в сторону улучшения его основных показателей.
Увеличение удельного объема цистерны, уменьшения массы тары и увеличение грузоподъемности - это благотворно влияет

Данный дипломный проект посвящен проектированию восьмиосной цистерны с осевой нагрузкой 216 кН по габариту 1-Т, грузоподъемностью 125т, предельной нагрузкой на 1 метр пути 81 кН/м. В данном дипломном проекте произведен расчет оси колесной пары на выносливость, расчет котла цистерны.
Дана экономическая оценка эффективности от внедрения новой тормозной рычажной передачи на восьмиосной цистерне модели 15-1500. Разработаны мероприятия по охране труда при изготовлении цистерны и безопасность перевозки светлых нефтепродуктов.

1. Техническое описание конструкции цистерны

модели 15-1500

1. Типовые узлы и элементы конструкции

Основным изготовителем цистерн является ПО «Азовмаш» (бывшее ПО
«Ждановтяжмаш», город Мариуполь) Министерства тяжелого и транспортного машиностроения.

В конструкции цистерн используются типовые узлы автосцепного устройства, автотормозного оборудования и ходовые части.

Восьмиосные цистерны оборудуются усиленной полужесткой автосцепкой
СА-3М с ограничителем вертикальных перемещений и поглощающим аппаратом Ш-2-
Т с ходом 105мм.

Цистерна модели 15-1500 оснащена модернизированным автосцепным устройством СА-3М. В отличие от СА-3 толщина стенок корпуса 1 данной конструкции увеличена в среднем на 30%, здесь применены внутренние ребра, что повысило его надежность. В связи с увеличением базы и консолей, а следовательно, возникновением значительных вертикальных смещений автосцепок, в замке модернизированной конструкции была введена специальная вставка, обеспечивающая увеличение вертикальное зацепление до 250мм вместо
150…180мм у автосцепки АС-3. Впоследствии вместо вставки замка на корпусе снизу был предусмотрен специальный прилив 11, ограничивающий вертикальные смещения корпусов автосцепок в допустимых пределах. Это обеспечивает прохождение без саморасцепов горбов сортировочных горок. С целью уменьшения вертикальных сил центрирующая балочка 2 подпружинена. Совместно с сферической формой хвостовика и вкладыша 4 это позволяет отклоняться корпусу автосцепки в вертикальной плоскости, не вызывая больших усилий.
Автосцепка снабжена торсионным отклоняющим устройством для обеспечения автоматической сцепляемости на кривых участках пути малого радиуса.

С 1988 г. на восьмиосные цистерны устанавливается пружинно- фрикционный поглощающий аппарат ПМК-110А с металлокерамическими фрикционными элементами.

Поглощающие элементы предназначены гасить часть энергии удара, уменьшая продольные растягивающие и сжимающие усилия. Принцип их действия основан на возникновении в аппарате сил сопротивления и преобразования кинетической энергии, соударяющихся масс, в другие виды энергии. В целях повышения энергоемкости и стабильности характеристик в качестве фрикционных элементов здесь применены металлокерамические пластины.

Установка автосцепного устройства выполняется в соответствии с ГОСТ
3475-81.

В автотормозном оборудовании используются воздухораспределители №
483М, регуляторы рычажной передачи типа 574Б, РТРП 675 и авторежимы типов
265А-1.

Тормозное оборудование грузовых вагонов обеспечивает накопление и пропуск сжатого воздуха, подаваемого от локомотива, а также восприятие, реализацию и передачу (трансляцию) сигналов управления процессами торможения и отпуска, поступающих по тормозной магистрали (ТМ). Тормозное оборудование состоит из магистрального воздухопровода диаметром 1 1/4” , сообщенного через тройник № 573 и разобщительный кран № 372 подводящей трубой диаметром 3/4” , или соединительным рукавом Р35, Р36 с двухкамерным резервуаром № 295М-001. Последний связан трубами диаметром 3/4”с запасным резервуаром типа Р7-135 объемом 135л и авторежимом № 265А-1, установленным на одной из тележек вагона и сообщенным с тормозным цилиндром № 519Б. На двухкамерный резервуар устанавливаются главная № 270-023 и магистральная №
483-001 части.

Для межвагонных соединений используются соединительные рукава типа
Р17, подключаемые к трубе (ТМ) концевыми кранами № 190 (или №4304) и повернутыми на 60о относительно горизонтальной оси. Это исключает удары головок рукавов о горочные замедлители и улучшает их работу в кривых участках пути.

Воздухораспределители (ВР) предназначены для изменения давления в тормозных цилиндрах (ТЦ) транспортных средств, в зависимости от изменения давления в тормозной магистрали (ТМ), а также для зарядки из последней запасных резервуаров (ЗР). При этом уровень давления в ТЦ соответствует глубине разрядки ТМ и грузовому режиму торможения на ВР.

Использование воздухораспределителей № 483М повышает надежность тормозов, достигается максимально возможная скорость распространения тормозной волны, минимальное влияние длины магистрального воздухопровода на процессы наполнения сжатым воздухом цилиндров при торможении. По сравнению с другими воздухораспределителями грузового типа, используемый воздухораспределитель № 483М обеспечивает наибольшие, короткие тормозные пути и наименьшие продольные силы в поезде при торможении. Кроме того, воздухораспределитель должен обеспечивать достаточно легкий бесступенчатый отпуск. При следовании поезда по участковому пути с уклоном до 18‰ и ступенчатый отпуск для следования поезда по затяжным крутым спускам с уклонами более 18‰. Для обеспечения плавности торможения скорость тормозной волны при экстремальном торможении должна достигаться наибольшей и не менее
290 м/с.

Конструкция воздухораспределителя № 483М позволяет поддерживать при торможении минимальный темп разрядки ТМ в хвостовой части длинно составного поезда через свои каналы, что ускоряет процесс наполнения ТЦ этих вагонов и сокращает тормозной путь. За счет высокой скорости тормозной волны 290-300 м/с, повышенных свойств мягкости (до 1 кгс/см2 мин), стандартности действия(независимым от различных факторов и уменьшенным временем наполнения ТЦ) и ряда других положительных особенностей, ВР № 483М обеспечивает возможность вождения поездов весом до 8 тыс.тс.

Все грузовые вагоны, оборудованы автоматическими регуляторами одностороннего действия № 574Б, предназначенными для стягивания рычажной передачи и компенсации износа тормозных колодок. Принцип действия и конструкция регуляторов РТРП 675 и № 574Б аналогичны, а внешнее отличие заключается в наличии у первого удлиненной шестигранной крышки корпуса со стороны привода. Применение регуляторов позволяет устранить ручную регулировку рычажных передач и поддерживать выход штока тормозного цилиндра в установленных пределах. За счет этого обеспечивается правильное взаимное расположение рычагов и тяг, стабильный коэффициент полезного действия рычажной передачи и высокую тормозную эффективность. Наибольшее передаваемое через регулятор усилие составляет 8,0тс.

Основным преимуществом регулятора РТРП – 675 является повышенный рабочий ход винта, позволяющий применять утолщенные композиционные колодки и ускоренное сокращение рычажной передачи, обеспечивающее быстрое восстановление выхода штока ТЦ, особенно необходимое на затяжных крутых спусках при значительном износе тормозных колодок.

При установке регулятора № 574Б на грузовом вагоне используется рычажный привод, который передает ему при торможении запас энергии, вызывающий сжатие пружин и необходимый для стягивания рычажной передачи.
После установки на вагоне всех новых тормозных колодок размер «а» (от контрольной стяжки на стержне г до торца защитной трубы д) для данного регулятора должен быть не менее 500мм. Расстояние «А» определяет величину выхода штока тормозного цилиндра и ориентировочно должно составлять при композиционных колодках 35-50мм, а при чугунных 40-60мм.

Авторежим предназначен для регулирования давления в тормозном цилиндре в зависимости от степени загрузки вагона. Он устанавливается на хребтовой балке над одной из тележек, оборудованной опорной балочкой и сообщается с воздухораспределителем и тормозным цилиндром для коррекции давления, подаваемого в последний.

Авторежим № 265А-1 состоит из двух основных частей: демпферной
(измерительной) и реле давления (регулирующей) с кронштейнами для соединения с трубами от ВР и ТЦ.

Если вагон оборудован чугунными колодками, то переключатель режимов
ВР переводится в положение «груженый», а при композиционных колодках, в
«средний» режим торможения и закрепляется.

При правильной установке авторежима на порожнем вагоне зазор ? между упором и плитой не должен превышать 5мм, а на груженом вагоне его не должно быть.

Использование авторежимов на подвижном составе повышает его тормозную эффективность, снижает уровень продольно-динамических усилий в поездах, исключает ручной труд при переключении грузовых режимов на ВР и случаи заклинивания колес из-за их неправильного включения.

Тормозные цилиндры (ТЦ) предназначены для преобразования потенциальной энергии сжатого воздуха в механическое усилие на штоке, которым через систему тяг и рычагов тормозные колодки прижимаются к колесам. На данной цистерне применяются тормозные цилиндры с жесткой связью поршня со штоком посредством пальца.

Тележка модели 18-101 (рис.1.1). Имеет две двуосные тележки 1 модели 18-100, связанные между собой соединительной балкой 2. Наиболее рациональная конструкция, по сравнению с литой, - штампосварной вариант соединительной балки (рис.1.2.)- состоит из двух штампованных элементов из стали марки 09Г2Д: верхнего листа толщиной 16мм и нижнего 2 толщиной 20мм, подкрепленных продольными 3 и поперечными 7 ребрами жесткости. Снизу по концам балки вварены крайние пятники 4, которыми она опирается на подпятники двухосных тележек, а сверху – центральный подпятник 8, посредством которого нагрузка от кузова передается на четырехосную тележку.
К специальным крыльям по концам балки снизу приварены крайние скользуны 5, которые располагаются над скользунами двухосных тележек. В средней части также на крыльях размещены центральные скользуны, над которыми расположены скользуны кузова вагона.

Чтобы уменьшить массу четырехосной тележки и повысить плавность хода, разработана новая схема с опиранием кузова на скользуны 1 двухосных тележек (рис.1.3), исключающая несущую конструкцию соединительной балки, заменив ее существенно облегченной связью 3 (0,5 вместо 2,0т).

В ходовых частях восьмиосных цистерн четырехосные тележки модели 18-
101. Основные характеристики тележки приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Основные характеристики тележки цистерны модели 15-1500

Восьмиосные цистерны изготовляются безрамной конструкции и котел в них является несущим элементом, воспринимающим все действующие на вагон нагрузки, как от веса груза и внутреннего давления, так и передаваемые через автосцепку продольные силы, возникающие при движении в поезде и маневровых работах, а также вертикальные и динамические силы, передаваемые через пятник, возникающие в результате движения по неровностям пути.

Котел представляет собой цилиндрическую емкость сварной конструкции, состоящую из обечаек и эллиптических днищ, подкрепленную шпангоутами для повышения несущей способности и жесткости цилиндрической оболочки.

В концевых частях котла размещаются опоры (рис.1.1), представляющие собой элемент рамной конструкции, включающий хребтовую 7, шкворневую 6, состоящую из листов 2,4 и облегченную концевую балку 9 и боковую обвязку 8, а также систему ребер и диафрагм жесткости 3. К хребтовой балке крепится пятник и упоры автосцепного устройства.

Пятник опоры котла (рис.1.2) соединяется с центральным подпятником соединительной балки четырехосной тележки.

В табл.1.2 приведены основные технические характеристики восьмиосной цистерны модели 15-1500 (рис1.1).

Таблица 1.2.

Технические характеристики базового вагона модели 15-1500

|Наименование параметра |Значение параметра |
|Назначение (основной груз) |Светлые нефтепродукты |
|Тип вагона |798 |
|Грузоподъемность, т |125 |
|Масса вагона (тара), т |51,0 |
|Нагрузка: | |
|От оси колесной пары на рельсы, кН |216 (22) |
|(тс) |81 (8,3) |
|На один погонный метр пути, кН/м | |
|(тс) | |
|Количество осей |8 |
|Габарит |1-Т |
|Высота центра тяжести цистерны: | |
|Порожней, мм |1542 |
|Груженой, мм |2418 |
|Параметры котла: | |
|Объем полный, м3 |161,6 |
|Полезный объем, м3 |156,3 |
|Удельный объем, м3/т |1,25 |
|Диаметр внутренний, мм |3200 |
|Длина наружная, мм |20650 |
|Толщина листов обечайки: | |
|Верхних, мм |9 |
|Средних (боковых), мм |9 |
|Нижнего, мм |12 |
|Толщина днищ, мм |12 |
|Материал котла |Ст09Г2, 09Г2С, 09Г2Д-12 |
| |09Г2СД |
|Год начала серийного производства |1988 |

2. Унифицированные узлы и элементы

Унифицированные узлы и элементы нефтебензиновых цистерн включают люк-лаз для загрузки продукта и технического обслуживания и доступа внутрь котла, сливной прибор для слива груза, предохранительный клапан для ограничения избыточного давления в котле при повышении температуры груза и предохранительно-выпускной клапан для защиты котла от вакуума при охлаждении груза и конденсации его паров. В настоящее время цистерны выпускаются с предохранительно-выпускным клапаном, в конструкции которого объединены предохранительный клапан избыточного давления и предохранительно- выпускной (вакуумный) клапан. Нижний лист котла цистерны имеет уклон к сливному прибору для обеспечения полного слива продукта.

Восьмиосные цистерны имеют по два люка-лаза, сливных прибора и предохранительно-выпускных клапана.

Люк-лаз 4 (рис 1.3) диаметром 570 мм герметично закрывается крышкой
1. В новых конструкциях применяется крышка с ригельным запором, включающим ригель 6, откидной болт 5 и предохранительную скобу 2. Эта конструкция обеспечивает надежность уплотнения, удобство и безопасность обслуживания. В горловине люка приварены сегменты 3 для контроля уровня наполнения и прикреплена внутренняя лестница для доступа обслуживающего персонала внутрь котла.

При нахождении цистерны в эксплуатации на путях МПС люк-лаз всегда должен быть опломбирован. Пломбирование крышки люка производится перед каждым выходом цистерны на пути МПС как в груженом, так и в порожнем состояниях.

Эта цистерна оборудуется универсальным сливным прибором (рис.1.4).
Вороток 1, шарнирно соединительный с винтовой штангой 2 управления сливным прибором, расположен в горловине люка-лаза.

На нижнем конце штанги закреплен клапан 3 с уплотнительным кольцом
9, который при вращении воротника поднимается или опускается на седло 10, обеспечивая, таким образом, открытие или закрытие сливного прибора. Труба сливного прибора 5 снаружи закрывается откидной крышкой 6, прижимаемой к торцу трубы нажимным винтом 7. Кольцевой наконечник 8 сливной трубы обеспечивает возможность герметичного присоединения сливного рукава. Корпус сливного прибора оборудован кожухом 4, который может при сливе продукта заполняться паром для обогрева в зимнее время.

Предохранительно-выпускной клапан (рис.1.5) имеет раздельную регулировку усилия затяжки пружины 1 клапана максимального давления 2 и пружины 3 вакуумного клапана 4. Регулировка клапанов производится на избыточное давление 0,15 Мпа (1,5 кгс/см2) и на разряжение 0,01-0,02 Мпа
(0,1-0,2 кгс/см2). Для предотвращения нарушения регулировки на предохранительно-выпускной клапан устанавливается две пломбы.

Котел цистерны подвергается испытаниям на прочность гидравлическим давлением 0,4 Мпа (4 кгс/см2).

Уплотнительные прокладки и кольца крышки люка, сливного прибора и предохранительно-выпускного клапана изготавливаются из маслобензиностойкой резины.

Предохранительно-выпускной клапан не обеспечивает защиты котла от возникновения недопустимого вакуума после разогрева груза паром, пропарки котла или при сливе продукта при закрытых крышках люков.

2. Выбор оптимальных параметров восьмиосной цистерны модели 15-1500

2.1.Вписывание вагона в габарит

Ширина вагона определяется из условия вписывания вагона в габарит:

2В = 2((В0 – Е) (2.6) где 2В0 – ширина соответствующего габарита по высоте Н,

2В0 = 3400 мм.

(Е0, Ев) – одно из ограничений полуширины вагона. Обычно при вписывании вагона в габарит ограничение полуширины по длине определяется для двух основных сечений:

- Е0 – направляющего;

- Ев – внутреннего (среднего).

Расчет ограничения полуширины габарита для котла цистерны:

Е0 = 0,5(Sк – dг )+ q + w + [к1 – к3] (2.7) где Sк – максимальная полуширина колеи в кривой расчетного радиуса,

1541мм. dr –минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных граней колес 1489мм;

Величину максимального бокового смещения предельно изношенной колесной пары (Sк – dr) в кривой расчетного радиуса принимаем (Sк – dr) =
52 мм. q – наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении рамы тележки относительно колесной пары вследствие наличия зазора при максимальных износах в буксовом узле и узле сочленения рамы тележки с буксой, 3мм; 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 колебаниях в узле сочленения кузова и рамы тележки, для четырехосной тележки, состоящей из двухосных модели 18-100, 32 мм;

Величину горизонтальных поперечных смещений (q+w) для рамы вагона и укрепленных на ней частей принимаем (q+w) = 35 мм; n – расстояние от рассматриваемого поперечного сечения кузова до его ближайшего направляющего сечения вагона, для концевого сечения 3м (для среднего сечения 6,00); к – величина на которую допускается выход подвижного состава за очертание данного габарита в кривой радиусом закругления 250 м.

Для габарита 1-Т, к = 0;

(2.8) где к1 – величина дополнительного поперечного смещения в кривой расчетного радиуса R=200м тележечного вагона, к1 = 8.5 мм;

21т – база вагона, 14,59 м; к2 – коэффициент, зависящий от расчетного радиуса, к2 = 2.5 мм;

(2.9) к3 – величина геометрического смещения расчетного вагона в кривой R

= 200 м, к3 = 180;

21 – база вагона.

(2.10)

Ен =

Сумма получившаяся в квадратных скобках оказалась отрицательной, принимаем ее равной нулю. Отрицательная сумма свидетельствует о недоиспользовании имеющего в кривой уширения габарита приближения к строению. В этом случае расположение вписывания вагона в кривой может не приводить к максимальному ограничению его ширины, поэтому в формулы для определения Ев и Е0 необходимо подставлять наибольшую ширину колей не кривого, а прямого участка. Максимальная ширина колеи в прямом участке, S =
1526мм.

Енпр = (0,5(Sк – dr )+ q + w) (1.10)

Еопр = 0,5(Sк – dг )+ q + w + [к1 – к3]

(1.11)

Рассчитаем ширину строительного очертания котла восьмиосной цистерны на некоторой высоте над уровнем верха головок рельсов.

2Вснс = 2( В0 – Еопр ) (1.12)

2В = 2(1700 – 53.5) = 3293 мм.

где 2Вснс – ширина строительного очертания в направляющем и среднем сечении, мм;

В0 - полуширина габарита подвижного состава 1-Т на рассматриваемой высоте, В0=1700мм.

2Вск = 2( В0 – Енпр ) (1.12)

2В = 2(1700 – 85.4) = 3229,2 мм.

где 2Вск – ширина строительного очертания в концевом сечении, мм;

Габаритная рамка восьмиосной цистерны модели 15-1500 с учетом ограничений полуширины кузова показана на рис.2.2.

Габаритная рамка вагона

Ен=85,4мм Ев=53,5мм

Рис. 2.1.

2.2. Выбор оптимальных параметров вагона.

К конструкции проектируемой цистерны применяются жесткие требования. Поэтому важной задачей, решаемой на стадии проектирования грузовых вагонов, является выбор основных оптимальных параметров, определяющих экономическую эффективность конструкции.

Выбор основных геометрических параметров: длина вагона по осям сцепления 2Lоб, базы 2l, ширины 2В, высоты кузова Н, и других позволяет установить наилучшее для вагона величины грузоподъемность Р, тары Т, объема кузова V, средней статической и динамической нагрузок, коэффициента использования грузоподъемности , погонной нагрузки .

При выборе типов и параметров вагонов особенно важными факторами являются объем и состав грузооборота, а также обеспечение сохраняемости грузов, безопасности движения поездов.

Критерием эффективности вагона обычно является приведенные затраты народного хозяйства Спр. В условиях рыночных отношений ведущую роль занимает конкурентоспособность выпускаемой конструкции вагона.

Поэтому экономически наиболее выгодным будет вагон, постройка и эксплуатация которого обеспечивает минимум приведенных народнохозяйственных затрат при наиболее высоком уровне конкурентоспособности.

При выборе параметров грузовых вагонов, важно выбирать какой-либо из его размеров, от которого зависели бы все остальные. При оптимизации параметров в качестве аргумента целесообразно выбирать длину вагона по осям сцепления 2Lоб.

При проектировании учитываются ограничения, накладываемые на вагон.
Для данной цистерны для перевозки светлых нефтепродуктов: допустимая осевая нагрузка Р = 22 тс/ось, допускаемая погонная нагрузка вагона qп = 10,5 тс/м, габарит вагона 1-Т, число осей вагона m0=8.

Минимально допустимая длина вагона.

(2.1) где Ро – осевая нагрузка, т/ось; mo – количество осей; qo – погонная нагрузка, (qп =9,0 или 10,5 т/м).

т/ось, где Т – тара вагона, Т=51т;

Р – грузоподъемность вагона, Р=125т.

м.

Основные размеры вагона.

Рис 2.2.

Наружная длина кузова вагона:

2L = 2Lоб-2аа. (2.2) где 2аа – расстояние от оси сцепления автосцепок до наружной поверхности торцевой стены вагона, 2аа = 0,565 м.

2L = 16.76 - 0,565Ч2 = 15.63 м.

м, где 2Lв – внутренняя длина кузова вагона; аТ – толщина торцевой стенки котла цистерны, =0,01м.

Технико-экономические параметры вагона будут наилучшими, если при проектировании вагона использование габарита подвижного состава по ширине и высоте будет наиболее эффективным. Тогда основные параметры вагона могут быть выражены в виде функции одного аргумента внутренней длины кузова вагона 2Lв.

, где Т – тара проектируемого вагона, т; nо – постоянная масса частей вагона, не зависящая от изменений длины кузова (масса тележек, автосцепного устройства, тормозного оборудования, днищ и колпаков цистерны), т; n1- вес одного метра изменяемой длины кузова вагона, n1=1,3 т.

, где nТ – масса тележки модели 18-100, т; nа - масса автосцепного оборудования автосцепка

СА – 3М, nа =1,5т; nторм - масса тормозного оборудования, nторм =0,5т; nд - масса двух днищ и люков цистерны, nд =3,0 т.

, где Р – грузоподъемность проектируемой цистерны, т.

Р = 22Ч8-24,5-1,3Ч15,63 = 131,2т

, где V – объем котла проектируемой цистерны, м3; d1 – внутренний диаметр котла, d1= 3,2м;

V2 – увеличение объема котла за счет днищ, V2=0,06V, м3.

Рассмотрим технико-экономические показатели.

Статическая нагрузка

Pci = P( (1.20)

Где Vу=V/P – удельный объем кузова вагона;

Vуг - удельный объем груза.

Эта формула справедлива при Vу ? Vуг, так как из условий прочности вагона необходимо обеспечить Рci ? P. При Vу > Vуг применяется Рci = P.

Статическая нагрузка определяет количество груза, которое загружается в вагон.

Значения величин, необходимых для определения берется из табл.2.1.

Таблица 2.1.

Структура перевозимых в вагоне грузов
|Перевозимые |Объем |Удельный |Средняя |Коэффициент |
|грузы |перевозок, |объем груза |дальность |использования|
| |ai, усл.ед. |Vуг, м3/Т |перевозок L, |грузоподъемно|
| | | |км |сти |
|Гексан |219 |1,515 |1650 |0,84 |
|Бензин |25200 |1,379 |620 |0,95 |
|Керосин |12800 |1,27 |1290 |0,98 |

Р – грузоподъемность вагона, Р = 131,2 т.

Рс1 = 131,2(= 87,81 т.

Рс2 = 131,2(= 96,47 т.

Рс3 = 131,2(= 104,75 т.
Средняя статическая нагрузка для вагона в котором перевозятся различные грузы определяется по формуле:

(1.24) где аi – абсолютная количество или доля i-го груза в общем объеме грузов перевозимых в вагоне;

Рассмотрение перевозки грузов учитывается средней динамической нагрузкой вагона, величина которой вычисляется по формуле:

(1.25) где li – среднее расстояние перевозки i-го груза.

В наибольшей степени характеризует конструкцию проектируемого вагона средней погрузочный коэффициент тары, определяемого по выражению:

(1.26) где Т – тара вагона.

Одним из главных показателей эффективности вагона является величина средней погонной нагрузки, нетто, вычисляется по формуле:

(1.27) где 2Lоб – минимальная допустимая длина вагона, 2Lоб = 16,76 м.

(1.28)
Приведенные затраты народного хозяйства определяются по формуле:

(1.29) где постоянные коэффициенты:

А1 = А1с + 0,15А1к (1.30)

А2 = А2с + 0,15А2к (1.31)

В1 = В1с + 0,15В1к (1.32)

В2 = В2с + 0,15В2к (1.33)

F0 = Fс + 0,15Fк (1.34)

D = Dc (1.35)

Где Аic, Bic, Dc, Aiк, Вiк, Fк – постоянные коэффициенты, не зависящие от технико-экономических показателей вагона.

А1 = (3628+0,15(9079)1,1 = 5488,835.

А2 = (121+0,15( 157)1,1 = 159,005.

В1 =(5102+0,15( 5301)1,1 = 6486,865.

В2 = (143+0,15( 149)1,1 = 181,885.

F0 = (112+0,15(52) 1,1 = 131,78.

D = Dc = 64·1,1=70,4

Увеличивая длину вагона по осям сцепления 2lоб на 1м, вычисляем технико- экономические показателя для каждого варианта. Результаты расчетов приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1.
|Число осей в вагоне m0, шт |8 |
|Высота центра тяжести вагона над уровнем осей колесных |1,85 |
|пар hц, м | |
|Расчетная скорость v, м/с |33,3 |
|Масса половины боковой рамы тележки mр, кг |195 |
|Масса колесной пары mкп, кг |1200 |
|Масса колеса mк, кг |400 |
|Масса буксы и связанных с ней необрессоренных масс mб, |113 |
|кг | |
|Масса консольной части оси до круга катания mш, кг |53 |
|Масса средней части оси между кругами катания mс, кг |319 |
|Масса необрессоренных частей жестко связанных с шейкой |361 |
|оси, включая саму шейку m( = mр + mш + mб , кг | |
|Удельное давление ветра на боковую поверхность кузова |500 |
|W, Н/м2 | |
|Непогашенное ускорение в кривой jц, м/с2 |0,7 |
|Коэффициент трения колеса о рельс при скольжении в |0,25 |
|поперечном направлении (. | |
|Коэффициент, учитывающий восприятие сил инерции диском |0,7 |
|колеса за счет ее упругости (. | |
|Коэффициент использования грузоподъемности вагона (. |1 |
|Статический прогиб рессорного подвешивания вагона fст, |0,05 |
|м | |
|Радиус колеса r, м |0,475 |
|Диаметр шейки оси d1, м |0,135 |
|Диаметр подступичной части оси d2 м |0,194 |
|Диаметр средней части оси d3, м |0,165 |
|Расстояние между серединами шеек оси 2b2, м |2,036 |
|Расстояние между кругами катания колес 2s, м |1,58 |
|Расстояние от середины шейки оси до круга катания колес|0,228 |
|12, м | |
|Расстояние от середины шейки оси до задней галтели |0,1 |
|шейки 13,м | |
|Расстояние от середины шейки оси до внутренней кромки |0,073 |
|заднего роликового подшипника 16, м | |
|Расстояние от середины оси до равнодействующей сил |0,263 |
|инерции средней части оси 17, м | |

5.2. Расчет оси колесной пары на выносливость

Определение расчетных нагрузок.
Статическая нагрузка на шейку оси с учетом коэффициента использования грузоподъемности вагона

Коэффициент вертикальной динамики

Динамическая нагрузка:
От вертикальных колебаний кузова на рессорах

от центробежных сил в кривых

от силы ветра

Расчетная вертикальная нагрузка:
На левую шейку оси

на правую шейку оси

Ускорение буксового узла:
Левого

Правого

Ускорение левого колеса

Вертикальная сила инерции, действующая:
На левую шейку оси

на правую шейку оси

От левого колеса на рельс (на правом колесе Рнк=0)

Вертикальная сила инерции массы средней части оси

Коэффициент горизонтальной динамики

горизонтальная сила, действующая от колесной пары на рельс, (рамная сила)

Вертикальная реакция рельса, действующая на левое колесо
на правое колесо

Вертикальная реакция действующая
На левую опору оси

на правую опору оси

Поперечная составляющая силы трения правого колеса о рельс

боковая сила

Изгибающий момент от инерционных сил, действующий в сечении

Под левой опорой оси

под правой опорой оси

Изгибающие моменты и напряжения в расчетных сечениях.

От расчетных нагрузок.

где WI,WII,WIII,WIV – моменты сопротивления изгибу расчетных сечений оси.
Для круглого сечения

От статической нагрузки

Коэффициенты перегрузки оси

Максимальные

Минимальные

Для накатанных осей в сечении I-I 150 мН/м2, в сечении II-II 150 мН/м2, в сечении III-III 135 мН/м2, в сечении IV-IV 180 мН/м2.
Результаты расчета оси колесной пары на усталостную прочность приведены в табл. 5.3.
Значение коэффициента запаса усталостной прочности n находим по номограмме в зависимости от максимальных и минимальных значений коэффициента перегрузки оси [1, стр. 115].
Получили следующие значения запаса усталостной прочности: n1 = 2.5 > [n]; n2 = 1.9 = [n]; n3 = 2.5 > [n]; n4 = 2.2 > [n];

Таким образом, во всех рассматриваемых сечениях оси получено n > [n], следовательно, образование трещин в осях будет наблюдаться не чаще, чем у надежно эксплуатируемых колесных пар, ось имеет повышенную долговечность, то есть срок службы больше или равен принятому сроку службы в расчетах.

Таблица 5.2.

Таблица 5.3.

Результаты расчета оси.
|Изгибающие моменты, кНм: | | |
| |МI |10,0109 |
| |МII |12,8674 |
| |МIII |39,65103 |
| |МIV |38,779 |
|от расчетных нагрузок | | |
|от статической нагрузки |МI |7,63069 |
| |МII |10,453 |
| |МIII-МIV |23,8328 |
|Моменты сопротивления, м3 |WI-WII |0,000241 |
| |WIII |0,000582 |
| |WIV |0,000402 |
|Напряжения, МПа: | | |
| |(I |41,539 |
| |(II |53,3917 |
| |(III |68,1288 |
| |(IV |96,467 |
|От расчетной нагрузки | | |
|от статической нагрузки |(I |31,662 |
| |(II |43,37371 |
| |(III |40,949 |
| |(IV |59,2855 |
|Коэффициенты перегрузки оси: | | |
| |(I |3,111968 |
| |(II |3,111968 |
| |(III |4,754204 |
| |(IV |4,77466 |
|Максимальные | | |
|Минимальные |(I |2,602168 |
| |(II |1,899583 |
| |(III |2,142789 |
| |(IV |1,825388 |

6. Охрана труда при изготовлении цистерны

1. Технология изготовление котла цистерны

Процесс изготовления котла разделяется на следующие стадии: заготовка листов для цилиндрической части котла и днищ; сборка и сварка листов; вальцовка, сборка и сварка цилиндрической части; изготовление днищ; общая сборка и сварка котла; контрольные испытания.

Сборка и сварка листов цилиндрической части котла производится на стенде (рис.6.1). Заготовленные листы раскладывают на плите стенда, совмещают их стыки, устанавливают и прихватывают к стыкам листов технологические планки для вывода сварного шва и прижимают листы к плите.
Одновременно снизу прижимается к сварным листам флюсовая подушка.
Продольные швы выполняются автоматическими сварочными головками АБС, смонтированными на устройствах продольного типа.

Сварное полотно при помощи кантователя поворачивают на 1800, после чего его транспортируют на второй стенд для наложения швов с обратной стороны. Этот стенд в отличие от первого не имеет флюсовых подушек.
Одновременно со сваркой полотна собирают и сваривают контрольную пластину на тех же режимах и теми же сварочными материалами.

По окончании сварки готовое полотно по рольгангу передают на вальцовку в трех- или четырехваликовых гибочных машинах (вальцах) для придания ему формы цилиндра (обечайки). Затем обечайку мостовым краном транспортируют на специальный стенд для сварки замыкающего стыка цилиндра, который укладывают на опорные ролики 4 (рис. 6.2, а), а замыкающий стык – на балку 5 с магнитными прижимами и флюсовой подушкой, сварка осуществляется сварочным трактором 3 ТС-17М, который перемещается по направляющим внутри обечайки 2. По окончании наложения швов обечайку на опорных роликах поворачивают замыкающим стыком вверх и выполняют сварку с наружной стороны автоматической головкой 1, смонтированной на портальном устройстве. Режимы сварки при наложении наружных и внутренних швов такие же, как при сварке полотна.

Металлургическая промышленность поставляет листовой прокат ограниченной длины, поэтому цилиндрическую часть котла цистерны грузоподъемностью 120т сваривают встык из двух обечаек. С обеих сторон кольцевого шва располагаются шпангоуты для увеличения жесткости котла.
Затем в цилиндрической части котла вырезают отверстия под горловину колпака или крышку люка и сливные приборы, срезают технологические планки и зачищают торцы.

Днища котла штампуют на прессе в холодном и горячем состоянии с помощью вытяжных штампов. Применяются вертикальные прессы усилием 30000 –
50000 кН. Этот способ высокопроизводителен, но связан с использованием дорогостоящих прессов и штампов, поэтому может быть рекомендован для крупносерийного или массового производства.

Взрывная штамповка в холодном состоянии в специальных установках с использованием бризантных вз

Вернуться