Расчет и проектирование цистерны

Горизонтальную проекцию зубьев, зева и выступающей части замка  называют контуром зацепления автосцепки.

Головная часть корпуса имеет упор 5 для передачи сжимающего усилия через розетку концевой балки рамы вагона после полного сжатия поглощающего аппарата и деформации упряжного устройства.

Хвостовик корпуса имеет отверстие 6 для клина, соединяющего корпус с  тяговым хомутом упряжного устройства. Для облегчения горизонтального перемещения корпуса автосцепки торцу хвостовика придана цилиндрическая форма.

1-большой зуб; 2-замкодержатель; 3-замок; 4-малый зуб; 5-упор; 6-отверстие для  клина.

Рисунок 7 – Автосцепка СА-3

Корпус автосцепки отливают из углеродистой стали мартеновского производства, которая, согласно ГОСТ 88-55, имеет углерода 0,17-0,27%, марганца 0,5-0,9%, кремния 0,17-0,37%, серы и фосфора не более 0,045% каждого. Минимальные  значения механических характеристик составляют: временное сопротивление 412 МПа, предел текучести 245 МПа и относительное удлинение 20-22%.

Корпуса, отлитые из такой стали, разрушаются при усилиях 2,2-2,9 МН, когда продольные оси автосцепок совмещены, и при усилиях 2,2-2,9 МН, когда эти оси смещены на 100 мм. Среднее значение разрушающего усилия составляет соответственно 3,1 и 2,9 МН, а начало текучести материала происходит при 2,1 и 1,8 МН.

 

 

4. Расчет на прочность  котла цистерны

1. Расчет котла от действия внутреннего давления

 

В котле цистерны, подверженному действию внутреннего давления , возникают напряжения, которые могут быть вычислены по формулам безмоментной теории оболочек. Такие оболочки, не испытывающие изгиба, называют мембранами, а напряжения в них, определяемые без учета изгиба–мембранными напряжениями.

Мембранные напряжения в цилиндрической части котла составляют:

в поперечном сечении I-I (рис.8):

 

;       (6)

 

в продольном сечении II-II (по образующей):

 

;       (7)

 

где  радиус и толщина секции цилиндрической части котла ( ).

Мембранные напряжения в сферическом  днище:

 

,       (8)

 

где  радиус и толщина стенки днища ( ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8–Расчетная схема котла

Расчетное давление принимаем  .

Тогда

 

 

 

2. Расчет на вертикальные нагрузки

 

Вертикальные нагрузки, действующие  на котел, могут рассматриваться  в качестве равномерно распределенных с общей интенсивностью (рис.9):

 

.     (9)

 

где  вес груза ( );

вес котла (

);

динамическая нагрузка (при расчете  по I расчетному режиму );

длина цилиндрической части котла ( ).

Тогда

 

 

Напряжения в поперечном сечении  котла составляют:

 

,       (10)

 

где  изгибающий момент в расчетном сечении котла;

момент сопротивления изгибу поперечного сечения котла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9–Расчетная схема для расчета цистерны на вертикальные нагрузки

 

Реакции

Изгибающий момент в шкворневом сечении I-I составляет:

 

 

 

Момент сопротивления изгибу поперечного  сечения котла:

 

 

Подставим эти значения в формулу (10):

 

 

 

5. Расчет  на прочность оси колесной пары

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10– Расчетная схема

 

Статическая нагрузка на ось от веса вагона , тогда:

 

вертикальная сила

 

горизонтальная сила

 

Диаметры оси:

 

шейки d₁ = 130 мм;

подступичной части d₂ = 194 мм;

средней части d₃ = 172 мм.

 

Материал оси – сталь Осв.

 

Допускаемые напряжения:

 

МПа;

МПа;

МПа.

1.Сечение 1-1 (шейка оси)

;

Момент в сечении 1-1:

 

 

 

Осево й момент сопротивления сечения:

 

м³

 

Тогда напряжение в сечении 1-1 будет  равно:

 

Мпа

 

<

 

2.Сечение 2-2 (подступичная часть):

 

Осевой момент сопротивления сечения:

 

м³;

 

Момент в сечении 2-2 находим по формуле:

 

 

Напряжение в сечении 2-2

 

МПа

 

<

 

3.Сечение 3-3 (средняя часть оси):

 

Осевой момент сопротивления сечения:

 

м³;

 

Момент в сечении рассчитываем по формуле:

 

,

 

где N₁ – вертикальная реакция рельсов для левого колеса.

 

 

тс×м

 

Тогда напряжение в сечении 3-3 будет  равно:

 

 

<

 

ВЫВОД:  Ось удовлетворяет условиям прочности по допускаемым напряжениям.

 

6. Устойчивость колесной пары

 

Согласно требованиям норм должно обеспечиваться устойчивое движение колес  по рельсовому пути. Однако при неблагоприятных условиях, когда горизонтальная сила динамического давления колеса на головку рельса велика, а вертикальная мала, то гребень колеса не будет скользить по головке рельса.

Поэтому для предупреждения сходов вагона в эксплуатации производится проверка устойчивости движения колеса по рельсу.

Коэффициент запаса устойчивости рассчитывается по формуле:

 

      (11)

 

где   ;

 коэффициент трения ( );

- угол наклона образующей  гребня колеса к горизонтальной  оси ( );

- горизонтальная сила динамического  давления колеса на головку  рельса;

- вертикальная составляющая  силы, возникающей при набегании  колеса на головку рельса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 11–Схема расчета устойчивости колес против схода с рельсов

 

Нагрузки, действующие на колесную пару:

 

     (12)

 

где  

 

      (13)

 

где   коэффициенты вертикальной и боковой динамики (согласно /3/ принимаем ).

 

Тогда

 

 

 

Составим сумму моментов относительно точки 1:

 

 

где   ;

рамное усилие (согласно /3/ принимаем );

;

радиус колеса по кругу катания.

 

Составим сумму моментов относительно точки 2:

 

Составим сумму проекций сил на вертикальную ось Y:

 

 

Подставляем найденные значения в  формулу (12):

 

 

ВЫВОД: Расчетный коэффициент запаса устойчивости больше нормативного . На основании этого можно сделать вывод, что устойчивость колеса при движении по рельсам обеспечена.

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Шадур Л.А. Вагоны.–М.: Транспорт,1973.–440с.
2. Смольянинов А.В. Вагоны и контейнеры. Методические указания по изучению тем программы, выполнению контрольных работ и курсового проекта.–Екатеринбург: Изд-во УрГАПС, 1995.-37с.
3. Вершинский С.В. Данилов В.Н. Хусидов В.Д. Динамика вагона.–М.: Транспорт, 1991-360с.