Дипломная (вкр): Выбор линейных размеров 4-осной цистерны для перевозки сжиженных газов

Учитывая, что текущий отцепочный ремонт отражает общий механизм возникновения повреждений элементов конструкции вагонов в эксплуатации, можно считать, что снижение числа действующих на вагон сверхнормативных сил обеспечит сокращение объема работ и трудоемкости планового деповского ремонта вагонов на такую же величину, как и при текущем ремонте.

Таким образом, применение эластомерных поглощающих аппаратов на вагонах-цистернах обеспечит снижение частоты поступления вагонов в текущий отцепочный ремонт и сокращение объема и трудоемкости текущего отцепочного и планового деповского ремонта.

Помимо приведенной оценки снижения повреждаемости вагонов, необходимо иметь в виду, что применение эластомерных поглощающих аппаратов обеспечит значительное снижение степени повреждений при действии остальных 15% сверхнормативных сил, которые не будут снижены до уровня нормативных. Доля энергии удара, приходящаяся на повреждение конструкции, будет значительно снижена за счет увеличения количества энергии воспринятой поглощающим аппаратом, будет снижена тяжесть последствий воздействия сверхнормативных сил и их уровень, а также вероятность возникновения и тяжесть последствий чрезвычайных ситуаций, в том числе экологических.

Эксплуатационные испытания эластомерных поглощающих аппаратов на газовых цистернах, проводившиеся на сети дорог СНГ в течение двух лет, подтвердили высокую эксплуатационную надежность этих аппаратов. Цистерны с опытными аппаратами эксплуатировались в широком спектре климатических условий, в том числе, в зимнее время в зонах низких температур. За время испытаний не было ни единого случая отказа опытных аппаратов. Контрольные статические испытания показали, что аппараты сохранили свои характеристики.

Итак, по сравнению с фрикционно-пружинными и гидравлическими аппаратами, эластомерные поглощающие аппараты характеризуются следующими преимуществами:

         большая энергоемкость при низкой концевой силе, переносимой на конструкцию вагона, положительно влияет на живучесть конструкции и защиту перевозимого груза;

         большая стабильность характеристики в широком диапазоне рабочих температур с -60°С до +60°С;

         отсутствие заклинивания, характерного для пружинно-фрикционных аппаратов, а также запозданий в возвращении в исходное положение, после прекращения действия наружной силовой энергии (нагрузки) появляющейся в гидравлических аппаратах;

         лёгкий монтаж и демонтаж при использовании до сих пор применяемых приборов;

         лёгкая консервация и уход.

Проведенный комплекс испытаний эластомерных поглощающих аппаратов подтвердил высокие технические и эксплуатационные характеристики этих аппаратов и позволяет рекомендовать их для широкого применения на вагонах-цистернах с укороченной розеткой и, в первую очередь, на цистернах для перевозки опасных и экологически вредных грузов.

5. Расчёт котла цистерны от внутреннего давления

При расчёте котлов цистерн необходимо учитывать влияние внутреннего давления. Значение давления паров перевозимого продукта принимается в соответствии с техническими требованиями к цистерне. Кроме того, сила инерции жидкости, воздействующая на днище при переходных режимах, приводится к давлению, которое принято условно считать линейно убывающим от максимума на днище со стороны удара (или с противоположной - при рывке) до нуля у противоположного днища.

Максимум этого давления определяется по формуле

, (5.1)

где    ,  - соответственно масса жидкости и масса вагона;

 - продольная сила «удара-рывка», приложенная к автосцепке, или тормозная сила вагона.

В зонах оболочки, отстоящих на небольшом расстоянии от каких-либо зон, нарушающих регулярность в геометрии срединной поверхности (зоны краевого эффекта), внутреннее давление вызывает безмоментное напряжённое состояние, поэтому расчет производится по безмоментной теории. В основе формул лежит уравнение Лапласа.

Внутреннее давление в котле цистерны, предназначенной для перевозки пропана, бутана и углеводородных газов составляет р=20кг/см².

Нормальные напряжения в цилиндрической оболочке котла цистерны

.        Продольные напряжения, кг/см²

, (5.2)

где    - радиус внутреннего диаметра котла цистерны,  см;

 - толщина оболочки котла цистерны,  см;

 - давление внутри котла цистерны,  кг/см².

 кг/см².

.        Окружные напряжения, кг/см²

, (5.3)

 кг/см²

Нормальные напряжения в эллиптическом днище котла цистерны

1.      Продольные напряжения, кг/см²

, (5.4)

где    - номер сечения, ;

 - коэффициент

, (5.5)

где    - малая полуось эллиптического днища (его высота)

, (5.6)

где    - внутренний диаметр котла цистерны,  см.

 см,

.

 - угол, отсчитываемый от центра эллиптического сечения в сторону стыка с цилиндрической частью котла;

, (5.7)

где         с интервалом 15 см;

,

,

,

,

,

.

 кг/см²,

 кг/см²,

 кг/см²,

 кг/см²

 , кг/см²,

 , кг/см².

2.      Окружные напряжения, кг/см²

, (5.8)

 кг/см²,

 кг/см²,

 кг/см²,

 кг/см²,

 кг/см²,

 кг/см².

Эквивалентные напряжения в цилиндрической оболочке котла цистерны кг/см²

 кг/см², (5.9)

 кг/см².

Эквивалентные напряжения в эллиптическом днище котла цистерны кг/см²

 кг/см², (5.10)

 кг/см²,

 кг/см²,

 кг/см²,

 кг/см²,

 кг/см²,

 кг/см².

Строим эпюры нормальных напряжений.

.        Эпюра продольных напряжений , кг/см²

2.      Эпюра окружных напряжений , кг/см²

3.      Эпюра эквивалентных напряжений , кг/см²

Проверяем устойчивость оболочки цистерны от вакуума.

В котлах цистерн может образовываться разряжение, и их оболочки оказываются под воздействием сжимающей нагрузки из-за внешнего избыточного давления. Такое нагружение способно вызвать потерю устойчивости цилиндрической части котла. Хлопок при потере устойчивости сопряжён с катастрофическими последствиями. Поэтому оболочки котлов должны обладать определённым запасом устойчивости.

Для расчёта устойчивости оболочки от вакуума используем формулу Папковича

, (5.11)

где    - критическое давление для цилиндрической оболочки, кг/см²;

 - модуль упругости второго рода,  кг/см²;

 - толщина оболочки котла цистерны, равная 2,4см;

 - длина цилиндрической части котла цистерны;

, (5.12)

 см,

 - средний радиус внутреннего диаметра котла, см.

 кг/см².

Оболочка цистерны может потерять устойчивость, если её продольные напряжения

, (5.13)

.

Вывод: Так как , то оболочка цистерны устойчивость не потеряет.

6. Оценка соответствия ходовых качеств вагона требованиям «Норм»

6.1    Расчёт двухрядных витых пружин

Необходимая жёсткость двухрядной пружины:

, (6.1)

где    - масса тележки 18-100 вагона, =4500 кг;

 - тара вагона,  кг;

 - грузоподъёмность вагона,  кг;

 - масса надрессорной балки,  кг;

 - статический прогиб по «Нормам», для грузовой тележки модели 18-578 УВЗ  см;

 - количество двухрядных пружин под вагоном, .

 кг/см.

Максимальный прогиб:

, (6.2)

где    - коэффициент запаса прогиба, .

 см.

Наибольшая сила, действующая на двухрядную пружину:

, (6.3)

 кг.

Коэффициент, учитывающий кривизну витков:

, (6.4)

где    - индекс пружины, .

.

Расчёт двухрядной пружины приводят к расчёту эквивалентной однорядной.

- диаметр прутка эквивалентной однорядной пружины:

, (6.5)

где    - допускаемые касательные напряжения,  кг/см².

 см.

средний диаметр эквивалентной однорядной пружины:

, (6.6)

 см.

число рабочих витков эквивалентной однорядной пружины:

, (6.7)

где    - модуль упругости второго рода,  кг/см².

.

Расчёт наружной пружины.

- диаметр прутка наружной пружины: