Модернизация четырехосной цистерны модели 15-145

Технико-экономические показатели вагона прототипа (цистерны 15-145). Ходовые части, автосцепное и тормозное оборудование вагона. Расчет ходовых частей и кузова вагона на прочность. Расчет автосцепного устройства. Разработка модернизации цистерны.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ВАГОНОВ

1.1 ОБЗОР И АНАЛИЗ ВАГОНОВ ПРОЕКТИРУЕМОГО ТИПА, И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ КОНСТРУКЦИЙ

1.2 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВАГОНА ПРОТОТИПА (ЦИСТЕРНЫ 15-145)

1.3 ВПИСЫВАНИЕ ВАГОНА В ГАБАРИТ

1.4 КУЗОВ ВАГОНА

1.5 ХОДОВЫЕ ЧАСТИ ВАГОНА

1.6 АВТОСЦЕПНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

1.7 ТОРМОЗНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

2. РАСЧЕТ КУЗОВА ВАГОНА НА ПРОЧНОСТЬ

2.1 РАСЧЕТНАЯ СХЕМА И ОСНОВНЫЕ СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА КУЗОВ

2.2 МАТЕРИАЛЫ И ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

2.3 РАСЧЕТ НА ВЕРТИКАЛЬНЫЕ НАГРУЗКИ

2.4 РАСЧЕТ НА ПРОДОЛЬНЫЕ НАГРУЗКИ РАМЫ ЦИСТЕРНЫ МОДЕЛИ 15-1443

2.5 РАСЧЕТ ОТ СИЛ ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ

2.6 РАСЧЕТ НА РЕМОНТНЫЕ НАГРУЗКИ

2.7 РАСЧЁТНАЯ СХЕМА КОТЛА ЦИСТЕРНЫ И ПРИНЯТЫЕ ДОПУЩЕНИЯ

3. РАСЧЕТ ХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ ВАГОНА

3.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ. РАСЧЕТ ОСИ И КОЛЕСА

3.2 ВЫБОР БУКСОВЫХ ПОДШИПНИКОВ

3.3 РАСЧЕТ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ

3.3.1 Упругие элементы

3.3.2 Гасители колебаний

3.4 РАСЧЕТ РАМЫ И ДРУГИХ ДЕТАЛЕЙ ТЕЛЕЖКИ

3.5 РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ БОКОВОЙ РАМЫ ТЕЛЕЖКИ МОДЕЛИ 18-100

4. РАСЧЕТ АВТОСЦЕПНОГО УСТРОЙСТВА

4.1 РАСЧЕТ ПОГЛОЩАЮЩЕГО АППАРАТА

4.2 РАСЧЕТ АВТОСЦЕПКИ

4.3 РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ УПРЯЖИ

5. РАЗРАБОТКА МОДЕРНИЗАЦИИ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Современная экономическая ситуация требует постоянного повышения конкурентоспособности предоставляемых транспортных услуг, что может быть достигнуто за счет повышения их экономической эффективности. Железнодорожные перевозки наливных грузов вследствие своей специфики требуют особого подхода к повышению их эффективности.

Эксплуатируемые в настоящее время цистерны для перевозки нефтепродуктов являются универсальными и перевозят широкую номенклатуру грузов, плотности которых (а соответственно и масса перевозимого вагонами груза) значительно отличаются между собой - от 10% до 23%. Кроме того, принятая в СССР унификация параметров цистерн привела к тому, что подавляющее количество вагонов-цистерн для перевозки нефтепродуктов имеют длину по осям сцепления 12020 мм, что не позволяет в полной мере реализовать максимальную грузоподъемность.

Мировой практикой накоплен значительный опыт в создании транспортных средств, предназначенных для перевозки жидких грузов по железным дорогам.

В таблицах 1 - 3 приведена классификация вагонов-цистерн.

На основании рассмотрения конструктивных схем несущих конструкций вагонов-цистерн отечественного и зарубежного производства были выявлены их основные конструктивные признаки (рисунок 1).

Вагоны-цистерны с жестким опиранием котла на шкворневую балку

Данная силовая схема характерна для вагонов постройки США, где подвижной состав рассчитан на взаимодействие посредством центральной автосцепки со значительными продольными усилиями. При этом вагоны рамной конструкции эксплуатируются в США крайне мало, и используются они в основном для малоопасных грузов.

Вагоны-цистерны с опиранием котла на боковые балки консоли через диафрагмы.

Данный тип силовой схемы характерен для подвижного состава, предназначенного для эксплуатации на дорогах стран МСЖД, где вагоны взаимодействуют в основном посредством буферных комплектов и упряжи, для которых характерны меньшие продольные усилия взаимодействия и несколько иная схема приложения продольных нагрузок.

Отечественные железнодорожные перевозки, в отличие от американских и европейских, имеют свою специфику, а именно:

- высокие продольные нагрузки, возникающие в результате эксплуатации;

- вагонов на сортировочных горках, взаимодействия вагонов с повышенными;

- скоростями при спуске с горок, при неисправных замедлителях и т.п.;

- широкий диапазон температур вследствие климатических особенностей;

- территории, где производится эксплуатация вагонов-цистерн;

- ненормативная эксплуатация вагона с превышением рабочего давления, имеющая место при нарушении технологии погрузки-выгрузки.

Таким образом, при эксплуатации в данных условиях котел вагона-цистерны подвержен частым и значительным деформациям относительно рамы, и при использовании жесткой конструкции опирания в опорных зонах возникают высокие напряжения, приводящие к разрушению конструкции в месте крепления котла.

Технико-экономические параметры вагона влияют на возможность использования его для перевозки конкретных видов грузов, поэтому необходимо провести сравнительный анализ параметров существующих цистерн и оценить степень загруженности каждой модели вагона-цистерны при загрузки её каждым из приведенных выше грузов (рис. 2 - 4).



Вагон-цистерна модели 15-740

Грузоподъемность, т 56,8

Масса тары, т 27

Полный объем котла, м3 72,4

Внутренний диаметр котла, мм 3000

Коэффициент тары 0,47

Вагон- цистерна модели 15-5103

Грузоподъемность, т 58,1

Масса тары, т 27

Полный объем котла, м3 74

Внутренний диаметр котла, мм 3000

Коэффициент тары 0,46

Рис. 3.



Вагон-цистерна модели 15-145

Грузоподъемность, т 66,8

Масса тары, т 27,2

Полный объем котла, м3 90,0

Внутренний диаметр котла, мм 3200

Коэффициент тары 0,37

На рисунке 5 приведена сравнительная диаграмма грузоподъемности вагонов-аналогов.

Сравнительная диаграмма грузоподъемности вагонов-аналогов

На рисунке 6 приведена сравнительная диаграмма полного объема вагонов-аналогов.



Сравнительная диаграмма полного объема вагонов-аналогов

Резюмируя по проведенным исследованиям можно заключить, что наиболее перспективным вагоном - аналогом из существующего парка для перевозки оговоренной номенклатурной группы грузов является вагон-цистерна модели 15-145.

1. ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ВАГОНОВ

1.1 Обзор и анализ вагонов проектируемого типа, и обоснование основных предложений по совершенствованию конструкций

Котел цистерны, имеющей грузоподъемность 66 тонн и предназначенной для бензина и светлых нефтепродуктов, изготовляют из малоуглеродистой стали 09Г2Д, 09Г2СД. Внутренний диаметр котла 3000 мм. Полезный объем котла: 90.0, полный: 91.8. Все листы и днища соединены стыковыми швами. Тара цистерны - 27,2 тонны. Цистерна модели 15-145 предназначена для бензина и светлых нефтепродуктов.

Крепление котлов цистерн на рамах унифицировано. Котлы крепят в средине и по концам. Котел свободно укладывают нижним (броневым) листом на деревянные брусья опор, установленных на шкворневых балках рамы. В середине нижней части котла фасонные лапы, приваренные к броневому листу, соединяют призонными болтами с опорными планками, которые приварены к хребтовой балке рамы. Котел с каждого конца крепят к опорам на шкворневых балках двумя стяжными хомутами, которые, предотвращая вертикальное и поперечное сечения котла относительно рамы, допускают некоторое продольное перемещение концов котла относительно рамы при температурных деформациях. Натяжением хомутов стремятся предотвратить вибрацию котла. Такая связь препятствует сдвигам котла относительно рамы. Болтовые соединения предусмотрены для удобства ремонта, когда необходимо отделять котел от рамы.

Для обеспечения прочности опорных зон котла необходимо равномерно распределить нагрузку на опорные брусья. С этой же целью стремятся увеличить площадь опоры, угол охваты опорой цилиндрической части котла и расстояние от опоры до других мест концентрации напряжений в котле.

Особенностью конструкции рам цистерны является то, что их продольные балки почти не участвуют в восприятии основных вертикальных нагрузок. Это объясняется большой жесткостью котла по сравнению с жесткостью продольных балок рамы, вследствие чего почти вся нагрузка от котла передается на крайние его опоры, а от них - на тележки.

Шкворневые балки рамы нагружены вертикальными силами, и при приложении к их конам усилий, необходимых, например, для подъема кузова, в этих балках могут возникнуть значительные напряжения.

Хребтовая балка рамы подвержена главным образом действию ударно-тяговых (продольных) усилий.

Для повышения прочности и улучшения технологии изготовления ее целесообразно выполнять из двух усиленных зетов высотой 310мм.

1.2 Технико-экономические показатели вагона прототипа (цистерны 15-145)

Грузоподъемность, т 66,8