Расчет на прочность котла цистерны

4    Расчет на прочность котла цистерны

4.1      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

4.2      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.