Определение параметров проектируемой цистерны

Выбор параметров проектируемых цистерн сводится к определению их оптимальных значений, при которых обеспечивается минимум приведенных народнохозяйственных затрат. Алгоритм решения такой задачи на ЭВМ

Типа ЕС-1022.

Для лучшего освоения технологического процесса расчета при курсо­вом проектировании рекомендуется работу выполнять на микро-ЭВМ, а оптимальные знамения параметров заимствовать из параметрического ря­да цистерн.

Грузоподъемность цистерны

, т.

,т.

где Р - грузоподъемность, т; Р0 - допускаемая осевая нагрузка, кН; m_о - число осей цистерны; k_Т- технический коэффициент
тары; g - ускорение свободного падения, g = 9.81 м /с².

При выполнении прочностных расчетов грузоподъемность переводится в грузоподъемную силу, выражаемую и ньютонах (Н), килоньютонах (кН) или меганьютонах (МН).

На стадии эскизного проектирования технический коэффициент тары kT рекомендуется принимать по паспортным данным новейшей модели цис­терны аналогичного типа и конструктивной схемы с корректировкой на вносимые изменения:1920

,

где k_Т, - технический коэффициент тары проектируемой цистерны; k_ТБ -технический коэффициент тары базовой цистерны (аналога); км - коэффи­циент, учитывающий влияние материала на изменение тары цистерны. При применении в металлоконструкции новых материалов с пределом прочнос­ти на 10 - 15 % большим, чем предел прочности материала элемента ба­зового вагона, модно уменьшить массу этого элемента на 2 - 3 %; к -коэффициент, учитывающий изменение линейных размеров элементов цис­терны. В каждом конкретном случае автор самостоятельно решает эту за­дачу, значения k_ТБ серийно выпускаемых цистерн приведены в табл. 2.

Масса тары вагона

 

,

т.

Масса брутто вагона, т,

,

,т.

Мacca кузова, т,

,т.

где - мacca тележки вагона для тележки модели 18-100 (ЦНИИ-Х-3-0)
= 4,8 т, для 4-осной тележки модели 18-101, -масса автосцепного устройства одной стороны вагона для 4 - осной цистер­ны =0,5 т, для 8-осной m_а=0,6т, m_TO- мacca тормозного oбoрудования, закрепленного на кузове для 4-осной цистерны m_TО=0,6т, для8-осной m_то=0,6т.

 

Масса брутто кузова, т,

m_бр.кз=m_бр.-2m_т

,т.

Обьем котла

Полный объем котла, обеспечивающий реализацию грузоподъемности, находят из зависимости

,

где v_y - оптимальный удельный объем, .Для нефтеналивных цистерн по рекомендации МПС оптимальное значение выби­рается равным: для перевозки бензина _Vy = 1,36 м³/т, для светлых нефтепродуктов v_y = 1,2 м³/т и для вязких нефтепродуктов v =1,08 м³/т.

 

 

Объем

,

где v_ц - обьем цилиндрической части котла, м³, v_Д - объем днища,м³; v_л - объем люка, м³.

Объём цилиндрической части котла

,

где D₁ - внутренний диаметр котла, м; L_ц - длина цилиндрической части, м.

Объем днища

,

,

где v₀ - обьем овалоидной части,

,

,

R₂ - внутренний радиус днища, R₂=(0,5...1,1) D₁ - внутрен­няя высота овалоидной части днища, h₀ = 0,48... 0,53 м; v - обь­ем цилиндрической части днища, м; v_ЦД- объем цилиндрической части днища.

,м.

- высота цилиндрической части днища, = 0,06…0,08 м.

Объем люка

,

где - диаметр люка, = 0,57 м; h - высота люка, м.

Погрузочный объем котла , где , - коэффициент геометрического использования объема котла, =0,98.

Внутренний диаметр котла D1выбирается исходя из габарита подвижногосостава, плотности перевозимого груза и целесообразности сохранения типовой рамы. В 4-осных цистернах типовая рама имеетдлину и базу 2l= 7,8 м.

Линейные размеры цистерны.

Внутренняя длина котла определяетеся из зависимости

,м.

,м.

где - длина цилиндрической части котла, м; Нд - высота днища, м.

,

Высота днища у существующих котлов = 550…610 мм.

Наружная длина котла

,м.

,м.

где - толщина днища, м.

Длина рамы по концевым балкам

,м.

м.

где а_т- расстояние от наружной поверхности котла до лобового листа

концевой балки, м; а_т= -250... +425 мм. У 8-осных цистерн котел вы­ступает за раму до 250 мм, а у 4-осных он либо равен длине рамы, либо не доходит до лобового листа от 90 до 425 мм.

 

База цистерны

, м.

, м.

Длина консольной части рамы

м .,

,м.

Длина вагона но осям сцепления автосцепок

,м.

,м.

 

где а_а - вылет автосцепки, а_а =0,61 м.

Полная высота цистерны

,мм.

мм.

где -расстояние от головки рельсов до нижней опорной точки кот­ла на раму; 1290 мм у 4-осных цистерн и 1134 мм - у 8-осных;

D_Н - наружный диаметр котла, м; -внутренний диаметр котла, м; б₁ и б₃ - толщина соответственно верхнего и нижне­го листов котла, м; hлк - высота люка с крышкой, м.

 

Статическая и погонная нагрузки.

Статическая нагрузка на вагон, кН,

,

,

где - средний коэффициент использования грузоподъемности, = 0,86; g – ускорение свободного падения тела, g = 9,81 .

Статическая нагрузка на ось, кН,

,

,

где - число осей в вагоне

Погонная нагрузка от полезного груза и тары цистерны (брутто)

 

,

.кН.

Погонная нагрузка от полезного груза (нетто)

,кН.

,кН.

 

Результаты полученных вычислений занесем в таблицу.

Таблица 2 - Техническая характеристика.

Показатели	Восьмиосная цистерна для светлых нефтепродуктов
15-1500
Грузоподъемность, т	139,1
Тара, т	57,03
Полный объем котла, м^3	182,25
База вагона	15,3
Длина, м:
по осям сцеплений автосцепок	22,82
по концевым балкам рамы	21,6
Ширина кузова максимальная, м	3,27
Наружная длина котла, м	21,12
Внутренний диаметр котла, м	3,3
Высота цистерны от уровня головок рельс	-
Коэффициент тары	0,37
Удельный объем котла, м^3/т	1,20
Нагрузка на рельсы, кН т колесной пары	215,8
Конструкционная скорость, км/ч
Габарит по ГОСТ 9238	1-Т

ВПИСЫВАНИЕ ВАГОНА В ГАБАРИТ

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: длина рамы вагона 2L_р =21,6м; база вагона 2l =15,3м; длина консоли n_к =3,15м; база четырехосной тележки р₁ =3,2м; база двухосной тележки модели 18-100, входящей в конструкцию четырехосной, р₂ =1,85м.

 

Величины S, d, К₁, К₂, К₃

 

Величины
Т, 1-Т, 0-Т (1-ВМ)
S, мм
S^n, мм
d, мм
К1, мм	0,625 р^2
К2	2,5
К3, мм

 

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

 

,

 

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. 2.

Таблица 2

Величины горизонтальных параллельных поперечных смещений, мм

Величины	Тележка модели 18-100	Тележка модели 18-101	Тележки пассажирских вагонов
Q
W

 

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

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,

 

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

 

наружного, расположенного в конце кузова,

.

 

В формулах:

S – максимальная ширина колеи в прямом S_пр или кривом S_кр участке пути расчетного радиуса, S_пр=1526 мм; S_кр=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 восьмиосной цистерны n_к=3,15 м, для среднего n_с=6,3.

м;

 

мм;

 

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

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, Е_В и Е_Н для верхнего очертания габарита 1-Т:

 

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

 

Е_в = 0,5·(1541 – 1489) + 3 + 32 + [2,5 (15,3– 6,3) 6,3+ 8,5 – 180] = 61 + [–29,75] мм;

 

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 абсолютному значению не превышающим 8 мм или мм. При несоблюдении этих условий квадратные скобки принимаются равными нулю, а вписывание вагона производится в габарит прямого участка пути, как это требуется в данном примере, т.е.

 

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

 

мм.

 

Таким образом, окончательное ограничение полуширины кузова восьмиосного полувагона составляет:

 

Е₀=54 мм; Е_В=54 мм; Е_Н=75,52 мм.

 

2. Рассчитаем ширину строительного очертания кузова восьмиосного полувагона 2В_с на некоторой высоте над уровнем верха головок рельсов:

в направляющем и среднем сечениях

2В₀ = 2В_В = 2·(1875–54) = 3642 мм;

 

в концевом сечении

2В_Н = 2·(1875–75,52) = 3600 мм.

 

По полученным значениям строим горизонтальную габаритную рамку строительного очертания вагона

 

Hк=3072

hв=7650

2L=15300

2Lp=21600

 

 

 

Рисунок 11- 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.