учебное пособие

УДК 629.46 К 738

Котуранов В.Н., Козлов М.П. Технологическая последовательность экспертных оценок рабочих качеств универсального грузового вагона (на примере цистерны модели 15-1443): Учебное пособие. – М.: МИИТ, 2013. – 147 с.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности “Подвижной состав железных дорог”.

В предлагаемой работе приводятся пример расчетных оценок технико-экономических и технических характеристик цистерны, в которой осуществляется перевозка грузов различной номенклатуры. Последовательность выполняемых расчетов относится к любым типам грузовых вагонов.

Целью данного учебного пособия является иллюстрация технологии экспертизы с учетом применения результатов анализа простейших математических моделей работы вагона.

Рецензенты:

Д.т.н., проф. кафедры «Подвижной состав железных дорог» БГТУ Кобищанов В.В.

Д.т.н., проф. кафедры «Высшая математика» МИИТ Корольков Е.П.

© МИИТ, 2013

-3-

Содержание

оценкой оптимальности линейных размеров, с учетом ограничений,

2. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

3.3. Вычисление коэффициента запаса устойчивости колеса от

6. ПРОВЕРКА СООТВЕТСТВИЯ «НОРМАМ…» ВЫБРАННОГО ТОРМОЗНОГО ОБОРУДОВАНИИЯ ПО УСЛОВИЯМ БЕЗОПАСНОЙ

7.1. Расчёт устойчивости вагона от вкатывания гребня колеса на рельс

7.2. Расчет устойчивости вагона от опрокидывания наружу и внутрь

-4-

Введение

В предлагаемой работе приводится пример расчетных оценок технико-экономических и технических характеристик вагона-цистерны, в которой осуществляется перевозка достаточно широкой номенклатуры грузов.

По нашему мнению, такие расчеты должны выполняться с целью экспертных оценок технических и экономических показателей, обеспечивающих целесообразность эксплуатации вагона с учетом требований безопасности движения, установленных нормативной документацией, и коммерческих соображений.

Цель примера заключается в иллюстрации технологии экспертизы и потому применяются результаты анализа простейших математических моделей работы вагона.

Экспертиза носит эскизный характер.

При применении более мощных моделей схема экспертизы сохраняет свою последовательность. Она остается приемлемой и для других типов универсальных грузовых вагонов. Поэтому приводится информация, характеризующая их работу.

Авторы хотели бы подчеркнуть, что грамотное принятие решений по конструкции вагона должно

-5-

основываться на выборе наиболее эффективных линейных размеров кузова. Они определяют погрузочные возможности вагона, его тару, основные инерционные характеристики, оказывающие доминирующее влияние на ходовые качества и безопасность движения. Конструкция ходовых частей должна быть подчинена этим характеристикам и потому безотносительная, не связанная с параметрами кузова, разработка ходовых частей грузового вагона малоэффективна. Работа по созданию одного типа тележки под все виды кузовов грузовых вагонов не имеет перспективы.

В идеальном случае и ударно-тяговые приборы и автотормозное оборудование должно согласовываться с характеристиками кузова вагона.

-6-

1. ОЦЕНКА ОПТИМАЛЬНОСТИ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ И ВПИСЫВАНИЕ ВАГОНА В ГАБАРИТ

1.1Исходные данные

1.Тип вагонов – грузовые вагоны (см. задание на КП).

2.Работа вагонов характеризуется следующими показателями:

Таблица 1.1

Характеристики основных грузов, перевозимых в вагонах

-7-

Для рассматриваемого примера:

3.Базовый объект (вагон-прототип) – цистерна для перевозки светлых нефтепродуктов модели 15-1443.

4.Норма осевой нагрузки: qo = 21,0 т/ось.

5.Грузоподъемность: Pв.п. = 60 т.

6.Габарит – 02-ВМ.

-8-

Рис. 1.1. Расчетная схема вагона

2Lсц – длина вагона по осям сцепления 2LсцI = 12,02 м; 2Lк – наружная длина кузова (длина по концевым балкам

рамы вагона), 2LкI = 10,8 м; 2ℓ – база вагона 2ℓI= 7,8 м;

2ℓт – база тележки, 2ℓт = 1,85м;

nк – длина консоли вагона, nкI = 1,5 м;

ат – толщина торцевой стенки (или днища цистерны), для цистерны модели 15-1443: ат = 0,01 м;

аб – толщина боковой стенки (или оболочки цистерны), для цистерны модели 15-1443: аб ≈ 0,01 м;

dк – диаметр колеса, dк = 0,95 м; Т – тара вагона, ТI = 24 т;

аа – вылет автосцепки, аа = 0,61 м;

qп – погонная нагрузка вагона брутто, qп = 6,988 тс/м.

-9-

1.2 Расчет технико-экономических характеристик, связанных с оценкой оптимальности линейных размеров, с учетом ограничений, накладываемых на конструкции грузовых вагонов

При экспертных оценках грузовых вагонов необходимо учитывать ряд обязательных ограничений. Прежде всего, к ним относятся допустимые уровни осевых и погонных нагрузок, но не менее важно такое ограничение, как габарит подвижного состава.

Для оценки эффективности использования кузовом вагона погрузочных возможностей рассмотрим три его конструктивных исполнения: для номинальных линейных размеров (длина вагона по осям сцепления автосцепок такая же как у вагона-прототипа) и два варианта с измененной длиной (2LсцI + 0,5 м и 2LсцI – 0,5 м).

Таким образом, 2LсцII =12,52 м, 2LсцIII =11,52 м.

Для пересчета линейных размеров вагона с увеличенной и уменьшенной длиной воспользуемся следующими формулами:

Длина вагона по раме:

2Lк = 2Lсц – 2·аа.

2LкII = 11,3 м, 2LкIII = 10,3 м.

-10-

Длина базы вагона:

2 2L2к .

2ℓII = 8 м, 2ℓIII = 7,28 м.

1.2.1 Вписывание вагона в габарит

Линейные размеры вагона и габарит подвижного состава, требованиям которых должен удовлетворять каждый вагон, вновь проектируемый и находящийся в эксплуатации, взаимосвязаны между собой. Габариты накладывают ограничения на линейные размеры вагона, от которых зависит его производительность.

При вписывании вагона в габарит определяется наибольшая ширина строительного очертания вагона на высоте Н от уровня головок рельсов.

Ограничение полуширины вагона для любого поперечного сечения, расположенного между направляющими (шкворневыми) сечениями:

Ев = Sк – dг + q + w + [k2(l2 – x2) + k1 – k3] – k, (1.1)

где: Sк – максимальная полуширина колеи в кривой расчётного радиуса, мм;

dг – половина минимального расстояния между наружнымигранямипредельноизношенныхгребнейколёс, мм; Sк – dг – максимальный разбег изношенной колесной пары между рельсами, мм; Sк – dг = 27 мм;