3. Определение основных линейных размеров цистерны и их уточнение по результатам вписывания в габарит

3.1 Расчет проектных размеров цистерны

Проектируется цистерна для перевозки нефтепродуктов на базе вагона-аналога модели 11-150. Вагон будет изготавливаться из аналогичных материалов и по той же технологии. Определим удельный объем кузова исходя из необходимости перевозки светлых нефтепродуктов:

(3.1)

Зная наливную плотность грузов, по формуле (3.1) определим удельный объем кузова для каждого рода груза:

;

.

Удельный объем кузова найдем по формуле:

,

(3.2)

где – доля перевозимого груза в общем грузообороте.

По формуле (3.2):

Зная удельный объем и грузоподъемность цистерны, определим погрузочный объем котла по формуле:

(3.3)

По формуле (3.3):

При определении диаметра и полного объема котла цистерны, следует учесть, что при повышении температуры, происходит расширение груза, соответственно потребный объем следует увеличить на 2 ˗ 3 %, т.е.

Ориентировочный диаметр котла четырехосной цистерны может быть определен по формуле:

Полученное значение диаметра котла округляем до стандартного значения в большую сторону: принимаем D = 3,2 метра.

Котел цистерны состоит из цилиндрической части и двух днищ. Длина цилиндрической части котла цистерны может быть вычислена по формуле:

, (3.6)

где V_полн – полный объем котла, равный 87,38 м³;

V_д – объем днища котла, м³;

По таблице 2 для D = 3,2 м и толщине днища 16 мм, объем днища составляет 4,75 м³ [1].

По формуле (3.6):

Так как цилиндрическая часть котла цистерны изготавливается из прокатных листов стандартной длины 10 м, то длину цилиндрической части условно принимаем равной 10 м.

Наружная длина котла равняется:

(3.7)

где – внутренний объем днища;

геометрические размеры днища (рисунок 2).

Рисунок 2 – Параметры днища

Длина рамы проектируемой цистерны определяется по формуле:

(3.8)

где – разница между длиной рамы по концевым балкам и наружной длиной котла, принимается по аналогу.

По формуле (3.8):

Наружная ширина вагона рассчитывается по формуле:

(3.9)

где а_б – толщина среднего листа котла, равна 16 мм;

База вагона равна:

(3.10)

Длина вагона по осям сцепления:

(3.11)

где а_А = 610 мм – вылет автосцепки, т. е. расстояние от оси сцепления до концевой балки, принимается по аналогу.

Длина консольной части:

(3.12)

.

3.2 Уточнение линейных размеров по результатам вписывания в габарит. Строительные размеры цистерны.

Размеры цистерны уточняем путем проверки на вписывание в габарит 02 - ВМ по ГОСТ 9238 – 83.

Рисунок 3 – Габарит подвижного состава 02-ВМ

Для вписывания в габарит 02-ВМ определяем допустимую ширину строительного очертания вагона по формуле:

(3.13)

где 2В₀ – ширина габарита 02-ВМ;

2Е_j – соответствующее ограничение цистерны по ширине.

Максимально допустимые горизонтальные строительные размеры получаются путем уменьшения соответствующих размеров габарита на величину Е, Е_в, Е_к – ограничения поперечных сечений подвижного состава.

Для вычисления ограничения полуширины платформы в направляющем (по пятнику) сечении:

мм (3.14)

Для направляющих сечений вагона, расположенных между его направляющими сечениями ограничение определяют по формуле:

мм (3.15)

Для сечений расположенных снаружи (по консоли) вагона ограничение:

мм (3.16)

где максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса (1543 мм);

минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колесной пары (1487 мм);

суммарное наибольшее поперечное перемещение в направляющем сечении в одну сторону из центрального положения рамы тележки, относительно колесной пары вследствие наличия зазоров при максимальных износах в буксовом узле и узле сочленения рамы тележки с буксой, ();

то же, но кузова относительно рамы тележки вследствие зазоров при максимальных износах и упругих колебаний в узле сочленения кузова и рамы тележки, ();

расстояние между направляющими сечениями вагона (база вагона), (9), м;

расстояние от рассматриваемого поперечного сечения вагона до его ближайшего направляющего сечения, (n(E_в) = 4, 5 м);

n(Е_к ) =1,874) м;

величина дополнительного поперечного смещения в кривой расчетного радиуса R = 200 м;

коэффициент, зависящий от величины расчетного радиуса кривой ();

уширение габарита приближения строений в расчетной кривой (для верхней зоны габарита 02-ВМ мм).

Величину дополнительного поперечного смещения определяем для верхней зоны габарита 0-ВМ определяем по формуле:

(3.17)

где l_т – полубаза двухосной тележки 18-100 (0,925 м).

По формуле 3.11:

По формуле 3.14:

где максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса (1543 мм);

По формуле 3.9:

По формуле 3.10:

Так как при расчете ограничений полуширины вагона в различных сечениях, а именно для направляющих по пятнику получилось отрицательное значение, то произведем расчет ограничений Е₀, Е_В, Е_Н из условия вписывания в габарит на прямом участке пути по формулам:

(3.18)

где , , – ограничение полуширины соответствующих сече-

ний в прямой, мм;

–максимальная ширина колеи в прямой, 1528 мм [4].

(3.19)

По формуле 3.12:

– максимальная ширина колеи в прямой, 1528 мм

По формуле 3.13:

По формуле 3.7 ограничения:

По данным, полученным в результате расчета, строим горизонтальную габаритную рамку (рисунок 4):

Рисунок 4 – Горизонтальная габаритная рамка

Максимально возможная ширина, следующая из рисунка 4 равняется 2В_К = 3005 мм. С другой стороны, ширина цистерны, вычисленная в пункте 2 равняется 2В_Н=3232 мм. Сравнивая эти значения, видим что вагон не вписывается в заданный габарит 02-ВМ (т.к. 3232 больше, чем 3005 мм), поэтому принимаем линейные размеры по аналогу.

Для получения наименьшего допустимого возвышения кузова и укрепленных на нем частей над уровнем головки рельса, необходимо к размерам по высоте соответствующей габаритной рамки (рисунок 4) прибавить величину возможного понижения этих частей (износ колес, букс, пятник-подпятник, статический прогиб рессорного комплекта, понижение кузова).

(3.20)

где – размер по высоте соответствующей габаритной рамки;

–сумма ниже расшифрованных величин:

• уменьшение толщины обода колеса в результате обточек его при ремонтах, проката и наличия местных выбоин на поверхности катания. Итоговая величина этого понижения определяется как разность между проектной толщиной обода нового колеса и допустимой в эксплуатации наименьшей толщиной обода колеса, (53 мм) [2];

• понижение за счет износов опорных поверхностей, жестко опирающихся непосредственно на буксы частей (боковые рамы тележек, балансиры и т.п.), (2 мм) [2];

• равномерной статической осадки рессорных комплектов центрального подвешивания у порожнего подвижного состава вследствие старения пружин и рессор, (10 мм) [2];

• равномерного прогиба центрального подвешивания от расчетной нагрузки, 50 мм;

• износа по толщине пятника и подпятника (или скользунов, при опирании котла на скользуны) и элементов подвески, (4 мм) [2].

По формуле 12:

С учетом всех возможных понижений кузова вагона строим нижнее очертание габарита для проектируемого вагона:

Рисунок 5 – Нижнее очертание габарита 02-ВМ для обрессоренных частей кузова вагона