Реферат: Проектирование восьмиосной цистерны модели 15-1500
Введение.
Основной задачей транспорта являетсяполное и своевременное удовлетворение потребностей народного хозяйства инаселения в перевозках, повышение эффективности и качества работы транспортнойсистемы.
К опасным грузам относятся вещества ипредметы, которые при транспортировании, погрузочно-разгрузочных работах ихранении могут послужить причиной взрыва, пожара, а также гибели,травмирования, отравления, ожогов, облучения или заболевания людей и животных.
Опасные грузы по железным дорогамтранспортируются в универсальном или специальном подвижном составе. Допускаемыетипы вагонов для перевозок конкретных видов опасных грузов устанавливаютсятехническими условиями, стандартами для конкретной продукции, и правилами перевозокгрузов.
Жидкие, сжиженные и опасныегазообразные грузы в случаях, предусмотренных правилами перевозок,транспортируются в вагонах-цистернах.
Вагоны-цистерны проектируются сучетом свойств опасных грузов, для перевозок которых они предназначены, исоответственно оснащаются специальными устройствами для выполнениясливоналивных операций и обеспечения безопасности перевозок.
В зависимости от вида перевозимыхгрузов вагоны-цистерны подразделяются на цистерны общего назначения испециальные. К цистернам общего назначения относятся цистерны для перевозкиширокой номенклатуры жидких нефтепродуктов, не требующих подогрева при наливе исливе в диапазоне климатических изменений температуры груза. Цистерны общегоназначения составляют основную часть парка вагонов-цистерн.
Для каждого типа цистернызаводом-изготовителем в составе технической документации разрабатываетсяинструкция по эксплуатации, сливу и наливу перевозимого продукта, учитывающаяконструктивные особенности конкретной модели.
На железнодорожном транспортенеобходимо осуществлять техническое перевооружение, обеспечить увеличениепропускной и провозной способности железных дорог на грузонапряженныхнаправлениях, значительно повысить скорости движения поездов, а такженаращивать мощность железнодорожных станций и узлов.
Для решения поставленной задачинеобходимо изменить конструкцию проектируемого вагона в сторону улучшения егоосновных показателей. Увеличение удельного объема цистерны, уменьшения массытары и увеличение грузоподъемности — это благотворно влияет
Данныйдипломный проект посвящен проектированию восьмиосной цистерны с осевойнагрузкой 216 кН по габариту 1-Т, грузоподъемностью 125т, предельной нагрузкойна 1 метр пути 81 кН/м. В данном дипломном проекте произведен расчет осиколесной пары на выносливость, расчет котла цистерны. Дана экономическая оценкаэффективности от внедрения новой тормозной рычажной передачи на восьмиоснойцистерне модели 15-1500. Разработаны мероприятия по охране труда приизготовлении цистерны и безопасность перевозки светлых нефтепродуктов.
1. Техническое описание конструкции цистерны
модели15-1500
1.1. Типовые узлы иэлементы конструкции
Основнымизготовителем цистерн является ПО «Азовмаш» (бывшее ПО «Ждановтяжмаш», городМариуполь) Министерства тяжелого и транспортного машиностроения.
Вконструкции цистерн используются типовые узлы автосцепного устройства, автотормозногооборудования и ходовые части.
Восьмиосныецистерны оборудуются усиленной полужесткой автосцепкой СА-3М с ограничителемвертикальных перемещений и поглощающим аппаратом Ш-2-Т с ходом 105мм.
Цистернамодели 15-1500 оснащена модернизированным автосцепным устройством СА-3М. Вотличие от СА-3 толщина стенок корпуса 1 данной конструкции увеличена в среднемна 30%, здесь применены внутренние ребра, что повысило его надежность. В связис увеличением базы и консолей, а следовательно, возникновением значительныхвертикальных смещений автосцепок, в замке модернизированной конструкции былавведена специальная вставка, обеспечивающая увеличение вертикальное зацеплениедо 250мм вместо 150…180мм у автосцепки АС-3. Впоследствии вместо вставки замкана корпусе снизу был предусмотрен специальный прилив 11, ограничивающийвертикальные смещения корпусов автосцепок в допустимых пределах. Этообеспечивает прохождение без саморасцепов горбов сортировочных горок. С цельюуменьшения вертикальных сил центрирующая балочка 2 подпружинена. Совместно ссферической формой хвостовика и вкладыша 4 это позволяет отклоняться корпусуавтосцепки в вертикальной плоскости, не вызывая больших усилий. Автосцепкаснабжена торсионным отклоняющим устройством для обеспечения автоматическойсцепляемости на кривых участках пути малого радиуса.
С1988 г. на восьмиосные цистерны устанавливается пружинно-фрикционный поглощающийаппарат ПМК-110А с металлокерамическими фрикционными элементами.
ПМК-110А Энергоемкость, кДж Сила сопротивления при сжатии, МН Полный ход аппарата, мм 35…85 2 110Поглощающиеэлементы предназначены гасить часть энергии удара, уменьшая продольныерастягивающие и сжимающие усилия. Принцип их действия основан на возникновениив аппарате сил сопротивления и преобразования кинетической энергии,соударяющихся масс, в другие виды энергии. В целях повышения энергоемкости истабильности характеристик в качестве фрикционных элементов здесь примененыметаллокерамические пластины.
Установкаавтосцепного устройства выполняется в соответствии с ГОСТ 3475-81.
Вавтотормозном оборудовании используются воздухораспределители № 483М, регуляторырычажной передачи типа 574Б, РТРП 675 и авторежимы типов 265А-1.
Тормозноеоборудование грузовых вагонов обеспечивает накопление и пропуск сжатоговоздуха, подаваемого от локомотива, а также восприятие, реализацию и передачу(трансляцию) сигналов управления процессами торможения и отпуска, поступающихпо тормозной магистрали (ТМ). Тормозное оборудование состоит из магистральноговоздухопровода диаметром 1 1/4”, сообщенного через тройник № 573 иразобщительный кран № 372 подводящей трубой диаметром 3/4”, илисоединительным рукавом Р35, Р36 с двухкамерным резервуаром № 295М-001. Последнийсвязан трубами диаметром 3/4”с запасным резервуаром типа Р7-135 объемом 135л иавторежимом № 265А-1, установленным на одной из тележек вагона и сообщенным стормозным цилиндром № 519Б. На двухкамерный резервуар устанавливаются главная №270-023 и магистральная № 483-001 части.
Длямежвагонных соединений используются соединительные рукава типа Р17, подключаемыек трубе (ТМ) концевыми кранами № 190 (или №4304) и повернутыми на 60о относительногоризонтальной оси. Это исключает удары головок рукавов о горочные замедлителии 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 этомуровень давления в ТЦ соответствует глубине разрядки ТМ и грузовому режимуторможения на ВР.
Использование воздухораспределителей№ 483М повышает надежность тормозов, достигается максимально возможная скоростьраспространения тормозной волны, минимальное влияние длины магистральноговоздухопровода на процессы наполнения сжатым воздухом цилиндров при торможении.По сравнению с другими воздухораспределителями грузового типа, используемыйвоздухораспределитель № 483М обеспечивает наибольшие, короткие тормозные пути инаименьшие продольные силы в поезде при торможении. Кроме того, воздухораспределительдолжен обеспечивать достаточно легкий бесступенчатый отпуск. При следованиипоезда по участковому пути с уклоном до 18‰ и ступенчатый отпуск для следованияпоезда по затяжным крутым спускам с уклонами более 18‰. Для обеспеченияплавности торможения скорость тормозной волны при экстремальном торможениидолжна достигаться наибольшей и не менее 290 м/с.
Конструкциявоздухораспределителя № 483М позволяет поддерживать при торможении минимальныйтемп разрядки ТМ в хвостовой части длинно составного поезда через свои каналы,что ускоряет процесс наполнения ТЦ этих вагонов и сокращает тормозной путь. Засчет высокой скорости тормозной волны 290-300 м/с, повышенных свойств мягкости(до 1 кгс/см2 мин), стандартности действия(независимым от различныхфакторов и уменьшенным временем наполнения ТЦ) и ряда других положительныхособенностей, ВР № 483М обеспечивает возможность вождения поездов весом до 8тыс.тс.
Все грузовые вагоны,оборудованы автоматическими регуляторами одностороннего действия № 574Б,предназначенными для стягивания рычажной передачи и компенсации износатормозных колодок. Принцип действия и конструкция регуляторов РТРП 675 и № 574Баналогичны, а внешнее отличие заключается в наличии у первого удлиненнойшестигранной крышки корпуса со стороны привода. Применение регуляторовпозволяет устранить ручную регулировку рычажных передач и поддерживать выходштока тормозного цилиндра в установленных пределах. За счет этого обеспечиваетсяправильное взаимное расположение рычагов и тяг, стабильный коэффициентполезного действия рычажной передачи и высокую тормозную эффективность.Наибольшее передаваемое через регулятор усилие составляет 8,0тс.
Основным преимуществомрегулятора РТРП – 675 является повышенный рабочий ход винта, позволяющийприменять утолщенные композиционные колодки и ускоренное сокращение рычажнойпередачи, обеспечивающее быстрое восстановление выхода штока ТЦ, особеннонеобходимое на затяжных крутых спусках при значительном износе тормозныхколодок.
При установке регулятора№ 574Б на грузовом вагоне используется рычажный привод, который передает емупри торможении запас энергии, вызывающий сжатие пружин и необходимый длястягивания рычажной передачи. После установки на вагоне всех новых тормозныхколодок размер «а» (от контрольной стяжки на стержне г до торца защитнойтрубы д) для данного регулятора должен быть не менее 500мм. Расстояние«А» определяет величину выхода штока тормозного цилиндра и ориентировочнодолжно составлять при композиционных колодках 35-50мм, а при чугунных 40-60мм.
Авторежим предназначендля регулирования давления в тормозном цилиндре в зависимости от степенизагрузки вагона. Он устанавливается на хребтовой балке над одной из тележек,оборудованной опорной балочкой и сообщается с воздухораспределителем и тормознымцилиндром для коррекции давления, подаваемого в последний.
Авторежим № 265А-1состоит из двух основных частей: демпферной (измерительной) и реле давления(регулирующей) с кронштейнами для соединения с трубами от ВР и ТЦ.
Если вагон оборудованчугунными колодками, то переключатель режимов ВР переводится в положение«груженый», а при композиционных колодках, в «средний» режим торможения изакрепляется.
При правильной установкеавторежима на порожнем вагоне зазор α между упором и плитой не долженпревышать 5мм, а на груженом вагоне его не должно быть.
Использование авторежимовна подвижном составе повышает его тормозную эффективность, снижает уровеньпродольно-динамических усилий в поездах, исключает ручной труд при переключениигрузовых режимов на ВР и случаи заклинивания колес из-за их неправильноговключения.
Тормозныецилиндры (ТЦ) предназначены для преобразования потенциальной энергии сжатоговоздуха в механическое усилие на штоке, которым через систему тяг и рычаговтормозные колодки прижимаются к колесам. На данной цистерне применяютсятормозные цилиндры с жесткой связью поршня со штоком посредством пальца.
Тележкамодели 18-101 (рис.1.1). Имеет две двуосные тележки 1 модели 18-100, связанныемежду собой соединительной балкой 2. Наиболее рациональная конструкция, по сравнениюс литой, — штампосварной вариант соединительной балки (рис.1.2.)- состоит издвух штампованных элементов из стали марки 09Г2Д: верхнего листа толщиной 16мми нижнего 2 толщиной 20мм, подкрепленных продольными 3 и поперечными 7 ребрамижесткости. Снизу по концам балки вварены крайние пятники 4, которыми онаопирается на подпятники двухосных тележек, а сверху – центральный подпятник 8,посредством которого нагрузка от кузова передается на четырехосную тележку. Кспециальным крыльям по концам балки снизу приварены крайние скользуны 5,которые располагаются над скользунами двухосных тележек. В средней части такжена крыльях размещены центральные скользуны, над которыми расположены скользуныкузова вагона.
Чтобыуменьшить 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 существеннооблегченной связью 3 (0,5 вместо 2,0т).
Входовых частях восьмиосных цистерн четырехосные тележки модели 18-101. Основныехарактеристики тележки приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1.
Основныехарактеристики тележки цистерны модели 15-1500
Наименование показателя Значение показателей Модель 18-101 Число осей 4 Изготовитель ПО «Азовмаш» Масса, т 12,0 База, мм 3200 Статический прогиб рессорного комплекта, мм 46-50 Гибкость рессорного комплекта, м/МН 0,13-0,232 Высота опорной поверхности пятника над головкой рельса, мм 853Восьмиосныецистерны изготовляются безрамной конструкции и котел в них является несущимэлементом, воспринимающим все действующие на вагон нагрузки, как от веса грузаи внутреннего давления, так и передаваемые через автосцепку продольные силы,возникающие при движении в поезде и маневровых работах, а также вертикальные идинамические силы, передаваемые через пятник, возникающие в результате движенияпо неровностям пути.
Котелпредставляет собой цилиндрическую емкость сварной конструкции, состоящую изобечаек и эллиптических днищ, подкрепленную шпангоутами для повышения несущейспособности и жесткости цилиндрической оболочки.
Вконцевых частях котла размещаются опоры (рис.1.1), представляющие собой элементрамной конструкции, включающий хребтовую 7, шкворневую 6, состоящую из листов2,4 и облегченную концевую балку 9 и боковую обвязку 8, а также систему ребер идиафрагм жесткости 3. К хребтовой балке крепится пятник и упоры автосцепногоустройства.
Пятникопоры котла (рис.1.2) соединяется с центральным подпятником соединительнойбалки четырехосной тележки.
Втабл.1.2 приведены основные технические характеристики восьмиосной цистернымодели 15-1500 (рис1.1).
Таблица 1.2.
Техническиехарактеристики базового вагона модели 15-1500
Наименование параметра Значение параметра Назначение (основной груз) Светлые нефтепродукты Тип вагона 798 Грузоподъемность, т 125 Масса вагона (тара), т 51,0Нагрузка:
От оси колесной пары на рельсы, кН (тс)
На один погонный метр пути, кН/м (тс)
216 (22)
81 (8,3)
Количество осей 8 Габарит 1-ТВысота центра тяжести цистерны:
Порожней, мм
Груженой, мм
1542
2418
Параметры котла:
Объем полный, м3
Полезный объем, м3
Удельный объем, м3/т
Диаметр внутренний, мм
Длина наружная, мм
161,6
156,3
1,25
3200
20650
Толщина листов обечайки:
Верхних, мм
Средних (боковых), мм
Нижнего, мм
Толщина днищ, мм
9
9
12
12
Материал котлаСт09Г2, 09Г2С, 09Г2Д-12
09Г2СД
Год начала серийного производства 19881.2. Унифицированныеузлы и элементы
Унифицированныеузлы и элементы нефтебензиновых цистерн включают люк-лаз для загрузки продуктаи технического обслуживания и доступа внутрь котла, сливной прибор для сливагруза, предохранительный клапан для ограничения избыточного давления в котлепри повышении температуры груза и предохранительно-выпускной клапан для защитыкотла от вакуума при охлаждении груза и конденсации его паров. В настоящеевремя цистерны выпускаются с предохранительно-выпускным клапаном, в конструкциикоторого объединены предохранительный клапан избыточного давления ипредохранительно-выпускной (вакуумный) клапан. Нижний лист котла цистерны имеетуклон к сливному прибору для обеспечения полного слива продукта.
Восьмиосныецистерны имеют по два люка-лаза, сливных прибора и предохранительно-выпускныхклапана.
Люк-лаз4 (рис 1.3) диаметром 570 мм герметично закрывается крышкой 1. В новыхконструкциях применяется крышка с ригельным запором, включающим ригель 6,откидной болт 5 и предохранительную скобу 2. Эта конструкция обеспечиваетнадежность уплотнения, удобство и безопасность обслуживания. В горловине люкаприварены сегменты 3 для контроля уровня наполнения и прикреплена внутренняялестница для доступа обслуживающего персонала внутрь котла.
Принахождении цистерны в эксплуатации на путях МПС люк-лаз всегда должен бытьопломбирован. Пломбирование крышки люка производится перед каждым выходом цистернына пути МПС как в груженом, так и в порожнем состояниях.
Этацистерна оборудуется универсальным сливным прибором (рис.1.4). Вороток 1,шарнирно соединительный с винтовой штангой 2 управления сливным прибором,расположен в горловине люка-лаза.
Нанижнем конце штанги закреплен клапан 3 с уплотнительным кольцом 9, который привращении воротника поднимается или опускается на седло 10, обеспечивая, такимобразом, открытие или закрытие сливного прибора. Труба сливного прибора 5снаружи закрывается откидной крышкой 6, прижимаемой к торцу трубы нажимнымвинтом 7. Кольцевой наконечник 8 сливной трубы обеспечивает возможностьгерметичного присоединения сливного рукава. Корпус сливного прибора оборудованкожухом 4, который может при сливе продукта заполняться паром для обогрева взимнее время.
Предохранительно-выпускнойклапан (рис.1.5) имеет раздельную регулировку усилия затяжки пружины 1 клапанамаксимального давления 2 и пружины 3 вакуумного клапана 4. Регулировка клапановпроизводится на избыточное давление 0,15 Мпа (1,5 кгс/см2) и на разряжение0,01-0,02 Мпа (0,1-0,2 кгс/см2). Для предотвращения нарушения регулировкина предохранительно-выпускной клапан устанавливается две пломбы.
Котелцистерны подвергается испытаниям на прочность гидравлическим давлением 0,4 Мпа(4 кгс/см2).
Уплотнительныепрокладки и кольца крышки люка, сливного прибора и предохранительно-выпускногоклапана изготавливаются из маслобензиностойкой резины.
Предохранительно-выпускнойклапан не обеспечивает защиты котла от возникновения недопустимого вакуумапосле разогрева груза паром, пропарки котла или при сливе продукта при закрытыхкрышках люков.
2. Выбор оптимальныхпараметров восьмиосной цистерны
модели 15-1500
2.1.Вписывание вагона в габарит
Ширинавагона 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 габаритограничение 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 расчетногорадиуса, 1541мм.
dr –минимальное расстояние междунаружными гранями предельно изношенных граней колес 1489мм;
Величину максимальногобокового смещения предельно изношенной колесной пары (Sк – dr) в кривой расчетного радиуса принимаем (Sк – dr) = 52 мм.
q – наибольшеевозможное поперечное перемещение в направляющем сечении рамы тележкиотносительно колесной пары вследствие наличия зазора при максимальных износах вбуксовом узле и узле сочленения рамы тележки с буксой, 3мм;
w – наибольшеевозможное поперечное перемещение в направляющем сечении из центральногоположения в одну сторону кузова относительно рамы тележки вследствие зазоровпри максимальных износах и упругих колебаниях в узле сочленения кузова и рамы тележки,для четырехосной тележки, состоящей из двухосных модели 18-100, 32 мм;
Величину горизонтальныхпоперечных смещений (q+w) для рамы вагона и укрепленных наней частей принимаем (q+w) = 35 мм;
n – расстояние отрассматриваемого поперечного сечения кузова до его ближайшего направляющегосечения вагона, для концевого сечения 3м (для среднего сечения 6,00);
к –величина на которую допускается выход подвижного состава за очертание данногогабарита 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 – базавагона, 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 вквадратных скобках оказалась отрицательной, принимаем ее равной нулю.Отрицательная сумма свидетельствует о недоиспользовании имеющего в кривойуширения габарита приближения к строению. В этом случае расположение вписываниявагона в кривой может не приводить к максимальному ограничению его ширины,поэтому в формулы для определения Ев и Е0необходимоподставлять наибольшую ширину колей не кривого, а прямого участка. Максимальнаяширина 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)
/>
Рассчитаемширину строительного очертания котла восьмиосной цистерны на некоторой высотенад 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 - полуширинагабарита 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 цистернымодели 15-1500 с учетом ограничений полуширины кузова показана на рис.2.2.
Габаритная рамка вагона/>
Ен=85,4мм Ев=53,5мм
/>
/>/>/>/>/>
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> /> />Рис. 2.1.
2.2. Выбор оптимальных параметроввагона.
К конструкции проектируемой цистерныприменяются жесткие требования. Поэтому важной задачей, решаемой на стадиипроектирования грузовых вагонов, является выбор основных оптимальныхпараметров, определяющих экономическую эффективность конструкции.
Выбор основныхгеометрических параметров: длина вагона по осям сцепления 2Lоб, базы 2l, ширины 2В, высоты кузова Н, и других позволяет установитьнаилучшее для вагона величины грузоподъемность Р, тары Т, объема кузова V, средней статической />и динамической />нагрузок, коэффициентаиспользования грузоподъемности />,погонной нагрузки />.
При выборе типов и параметров вагоновособенно важными факторами являются объем и состав грузооборота, а такжеобеспечение сохраняемости грузов, безопасности движения поездов.
Критерием эффективностивагона обычно является приведенные затраты народного хозяйства Спр.В условиях рыночных отношений ведущую роль занимает конкурентоспособностьвыпускаемой конструкции вагона.
Поэтому экономическинаиболее выгодным будет вагон, постройка и эксплуатация которого обеспечиваетминимум приведенных народнохозяйственных затрат при наиболее высоком уровнеконкурентоспособности.
При выборе параметровгрузовых вагонов, важно выбирать какой-либо из его размеров, от которогозависели бы все остальные. При оптимизации параметров в качестве аргументацелесообразно выбирать длину вагона по осям сцепления 2Lоб.
При проектированииучитываются ограничения, накладываемые на вагон. Для данной цистерны дляперевозки светлых нефтепродуктов: допустимая осевая нагрузка Р = 22 тс/ось,допускаемая погонная нагрузка вагона qп = 10,5тс/м, габарит вагона 1-Т, число осей вагона m0=8.
Минимальнодопустимая 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.
Основныеразмеры вагона.
/>
Рис 2.2.
Наружнаядлина кузова вагона:
2L = 2Lоб-2аа. (2.2)
где2аа – расстояние от оси сцепления автосцепок до наружной поверхноститорцевой стены вагона, 2аа = 0,565 м.
2L = 16.76 — 0,565×2 = 15.63 м.
/>м,
где 2Lв – внутренняя длина кузова вагона;
аТ– толщина торцевой стенки котла цистерны, =0,01м.
Технико-экономическиепараметры вагона будут наилучшими, если при проектировании вагона использованиегабарита подвижного состава по ширине и высоте будет наиболее эффективным.Тогда основные параметры вагона могут быть выражены в виде функции одногоаргумента внутренней длины кузова вагона 2Lв.
/>,
где Т – тара проектируемоговагона, т;
nо – постоянная масса частей вагона, не зависящая отизменений длины кузова (масса тележек, автосцепного устройства, тормозногооборудования, 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.
/>т
/>,
где Р – грузоподъемностьпроектируемой цистерны, т.
Р =22×8-24,5-1,3×15,63 = 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.
/>
Рассмотримтехнико-экономические показатели.
СтатическаянагрузкаPci = 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 вагонанеобходимо обеспечить Рci ≤ P.При Vу > Vуг применяется Рci = P.
Статическая нагрузка определяетколичество груза, которое загружается в вагон.
Значения величин, необходимых дляопределения /> берется из табл.2.1.
Таблица 2.1.
Структураперевозимых в вагоне грузов
Перевозимые грузы
Объем перевозок, ai, усл.ед.
Удельный объем груза Vуг, м3/Т
Средняя дальность перевозок L, км
Коэффициент использования грузоподъемности
Гексан 219 1,515 1650 0,84 Бензин 25200 1,379 620 0,95 Керосин 12800 1,27 1290 0,98Р –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 статическаянагрузка для вагона в котором перевозятся различные грузы определяется поформуле:
/> (1.24)
где аi – абсолютная количество или доля i-го груза в общем объеме грузов перевозимыхв вагоне;
/>
/>
/>
/>
Рассмотрениеперевозки грузов учитывается средней динамической нагрузкой вагона, величинакоторой вычисляется по формуле:
/> (1.25)
где li – среднее расстояние перевозки i-го груза.
/>
В наибольшей степени характеризует конструкциюпроектируемого вагона средней погрузочный коэффициент тары, определяемого повыражению:
/> (1.26)
где Т – таравагона.
/>
Одним изглавных показателей эффективности вагона является величина средней погоннойнагрузки, нетто, вычисляется по формуле:
/> (1.27)
где 2Lоб – минимальная допустимая длинавагона, 2Lоб = 16,76 м.
/> (1.28)
Приведенныезатраты народного хозяйства определяются по формуле:
/> (1.29)
гдепостоянные 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-экономическихпоказателей 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 вагонапо осям сцепления 2lоб на 1м, вычисляем технико-экономическиепоказателя для каждого варианта. Результаты расчетов приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1.
№ в.2Lоб, м
21, мVу м3/т
Т, т Р, т/>
/>
/>, т/м
Спр
1 17,76 16,63 1,09 46 129,9 107 0,39 6,02 218 2 18,76 17,63 1,16 47,4 128,6 113 0,36 6,03 204 3 19,76 18,63 1,24 48,7 127,3 119 0,38 6,06 202 4 20,76 19,63 1,32 50 126 125 0,39 6,02 199 5 21,76 20,63 1,4 51,3 124,7 127 0,41 5,8 201По результатам расчетовприведенных в табл. 1.1. строим график зависимости основныхтехнико-экономических показателей от длины вагона, 2Lоб. По полученной графической зависимости затраты народногохозяйства, Спр и длины вагона выбираем оптимальную длину вагона прикоторой Спр минимальна.
/>/>/>/>Рс, Р
/>
/>/> 230 0,41
/>1,4
/>/>/>/>130 50
/> /> /> /> /> /> <td/> /> />/>/>/> 0,4
/>/>/>125 6 49
1,3
220
/>/>/>/>/>/>/>120 48 0,39
/>/> 1,2
115 5,9 47
/> 0,38
/> 210
/>/>110 46 1,1
/> . 0,37
/>105 5,8 45
/>/> 1
200
100 />44 . 0,36
/> 16,762 17,762 18,762 19,762 20,762 21,762
3. Выбор принципиальной схемыавтотормоза восьмиосной цистерны модели 15-1500
3.1. Оценкаэффективности типового тормоза
При описании конструкции восьмиоснойцистерны для светлых нефтепродуктов, модели 15-1500 в первой части ужеговорилось о том, что пневматическая часть, включающая авторежимы в условияхдлительных торможений, при использовании последнего не дает желаемогорезультата. Были случаи заклинивания колесных пар обезгруженной четырехосной тележки.При этом достаточно сложная регулировка и низкий уровень технического обслуживанияпривели к тому, что в цистернах авторежимы не всегда используются.
Существует целый ряд идругих существенных недостатков типовой схемы автотормоза, к которым следуетотнести:
1) низкий коэффициентполезного действия тормозной рычажной передачи;
2) большоеколичество рычагов и тяг, увеличивающих общую массу тары вагона;
3) наличиеклиновидного износа тормозных колодок, обуславливающего их повышенный расход;
4) дополнительноесопротивление в движении, обусловленное особенностью механизма;
5) сложность вобслуживании и регулировке;
6) завышенныепередаточные числа рычажной передачи, что особенно важно при расчетеобеспеченности подвижного состава тормозными средствами. Определимнеобходимость поиска альтернативных систем автотормоза.
3.2. Оценкапринципиальных схем усовершенствования рычажной передачи восьмиосной цистерны
В результате научных исследований,проведенных МИИТом, ВНИИЖТом, ВНИИВом была предложена схема автотормоза,основанная на принципе индивидуального привода на каждую четырехосную тележку,то есть система с двумя тормозными цилиндрами. При этом может быть достигнуто:
1) Уменьшение массыпродольных элементов механизма, рычажной передачи тормоза;
2) Упрощениеконструкции рычажной передачи и повышение коэффициента полезного действиятормозной рычажной передачи до 0,92;
3) Исключениекасания колодок о колеса во время тяги, и тем самым уменьшение энергетическихзатрат на движение поезда, а также существенное снижение расхода тормозныхколодок;
4) Повышениеэффективности торможения и эксплуатации восьмиосных вагонов с тормознымиколодками из различных фрикционных материалов;
5) Снижениетрудоемкости содержания и регулировки рычажной передачи.
Вместе с этим, появляетсявозможность реализации меньших передаточных чисел.
Ознакомление снаучно-исследовательскими работами в области совершенствования автотормозногооборудования показало, что на сегодняшний день имеется несколько принципиальныхсхем автотормозов, в основе которых лежит принцип индивидуального привода.Рассмотрим их с точки зрения возможного применения на заданный вагон.
Накопленный опыт попроектированию восьмиосных цистерн для перспективных условий эксплуатациипозволил сформулировать следующие технические требования для тормозной системывосьмиосных вагонов:
1) тормозная системадолжна удовлетворять действующим нормативам МПС;
2) механическаячасть тормозной системы может иметь несколько отдельных рычажных передач,кинетически не связанных между собой, а КПД отдельной рычажной передачи долженбыть не менее 0,9;
3) рычажная передачатормоза должна размещаться на различных типах магистральных вагонов, то естьбыть унифицированной;
4) структурарычажной передачи механизма тормоза должна соответствовать требуемойподвижности звеньев и исключать избыточные связи и излишнюю многозвенность;
5) отвод тормозныхколодок от колеса в отпущенном состоянии тормоза должен быть полным, а приналичии специального механизма отвода колодок, последний не должен ухудшатькинематику и изменять силовые характеристики рычажной передачи;
6) между элементамирычажной передачи и осями колесных пар должен быть обеспечен гарантированныйзазор, исключающий их взаимодействие.
На основе этих требованийбыла разработана схема тормоза с индивидуальным приводом, содержащая вконсольной части узел в виде горизонтального тормозного вала 9 с равноплечнымирычагами 10 и 11, короткой трехзвенной тягой 6, соединяющей нижний рычаг 11этого вала с рычажной передачей тормоза за наружной двухосной тележкой(рис.3.1.). Однако опыт эксплуатации цистерны с такой тормозной системой выявилконструктивные недостатки усовершенствованной тормозной рычажной передачи. Вчастности оказалось, что при прохождении вагоном сортировочной горки, а такжеизносов деталей или прогибе рессорных комплектов, в консольной части возможныкасания торцом вертикального рычага горизонтального вала оси крайней колеснойпары.
По полученным нормативам[3] зазор у крайней колесной пары должен составлять 190мм, однако, достижениеуказанного гарантированного зазора в восьмиосной цистерне с горизонтальнорасположенным валом в усовершенствованной передаче автотормоза без изменениятиповой конструкции консольной части вагона не представляется возможным. Крометого, такую схему индивидуального привода автотормоза на каждую четырехоснуютележку невозможно использовать на восьмиосном полувагоне, что не отвечаеттребованиям унификации. Тем более, такой вариант не может быть использован вконструкции вагона.
СХЕМА