Тележка 18-100. Расчет технико-экономических параметров

1 История проектирования и этапы развития тележек вагонов
Первые грузовые вагоны, строившиеся на Александровском заводе для Петербург-Московской железной дороги, имели двухосные тележки 1103, с. 1831. К буксам обеих колесных пар снизу при помощи болтов присоединялись боковые балки, выполненные из полосовой стали. Расстояние между центрами осей колесных пар (база тележки) составляло 1228 мм. На верхние стенки корпусов букс, имевшие углубления, опирались концы продольно расположенных и выгнутых вверх рессор с сечением листов 102х12,5 мм. На эти рессоры опирался поперечный деревянный армированный стальными листами брус. Такой брус обычно называют надрессорным. Его концы присоединялись к хомутам рессор. В центре бруса имелось отверстие для шкворня, а по краям – скользуны. На этот брус опирался кузов вагона, имевший для этого надтележечный брус.
Как указано выше, тележка имела чугунные колеса. Их диаметр составлял 915 мм. Подшипники букс были медными.
…

2 Классификация тележек вагонов
Тележки – ходовые части вагона. Они должны обеспечивать безопасность движения вагона по рельсовому пути с необходимой плавностью хода и наименьшим сопротивлением движению.
В конструкциях трех- и четырехосных тележек возможно наличие и других частей – соединительной балки, шкворневой балки, балансиров и др.
Тележки вагонов классифицируются по следующим признакам: назначению, числу осей, устройству рессорного подвешивания, способу передачи нагрузки от кузова на ходовые части, а также от надрессорной балки на раму тележки, устройству буксовой связи и конструкции рамы.
По назначению тележки делятся на грузовые и пассажирские. Тележки пассажирских вагонов обычно отличаются от тележек грузовых вагонов наличием люлечного устройства и двух ступеней подвешивания.
По числу осей тележки бывают двух-, трех-, четырехосные и многоосные. Наибольшее распространение получили двухосные тележки.
…

3 Особенности конструкции и элементы конструкции тележки модели 18-100
Подавляющее большинство грузовых вагонов парка РФ, стран СНГ и Балтии, а также предприятий-собственников подвижного состава эксплуатируются на двухосных тележках модели 18-100. До 1972 г. эта тележка имела наименование – ЦНИИ-ХЗ, т. е. разработчиком ее был Центральный научно-исследовательский институт МПС, изобретатель – инженер Ханин, а цифра 3 – третий вариант.
Общий вид и схема тележки 18-100 приведены на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Тележка модели 18-100: 1 – колесная пара; 2 – боковая рама; 3 – фрикционный клин (гаситель колебаний); 4 – надрессорная балка; 5 – буксовый узел; 6 – тормозная передача; 7 – подпятник; 8 – скользун.
Тележка включает: две колесные пары с буксовыми узлами; две литые боковые рамы; два рессорных комплекта; литую надрессорную балку с подпятником, шкворнем и скользунами; навесную рычажную тормозную передачу.
Рассмотрим общие виды составных элементов конструкции тележки 18-100.
…

4 Расчет технико-экономических параметров
Основной тип двухосной тележки грузовых вагонов – тележка модели 18-100. Эта тележка подкатывается под все грузовые четырехосные магистральные вагоны, кроме изотермических, с осевыми нагрузками до 230 кН (23,5 тс) и скоростями движения до 120 км/ч.
Технические характеристики тележки 18-100 представлены в таблице 4.1.
Таблице 4.1 – Характеристики тележки 18-100.
Число осей
2
Масса, т
4,8
База, мм
1850
Конструктивная скорость, км/ч
120
Расстояние от уровня головок рельсов до опорной поверхности подпятника, м
0,806
Тип рессорного подвешивания
Одинарное центральное
Гибкость рессорного подвешивания, м/МН
0,125
Статический прогиб от массы брутто, мм
48

Технико-экономические параметры являются основной характеристикой эксплуатации грузовых вагонов, определяют эффективность их использования. Основными требованиями, предъявляемыми к грузовым вагонам, являются сохранность грузов и себестоимость перевозок.
…

4.1 Определение грузоподъемности, тары и внутреннего объема кузова вагона
Задаемся величиной удельного объема кузова проектируемого вагона.
Значение данной величины можно принять согласно данным вагона-прототипа, либо по рекомендованным значениям. Исследования показывают, что для различных типов вагонов оптимальные значения удельного объема кузова различны.
Для полувагона целесообразно устанавливать следующее значение:
Vу опт = 1,1 м3/т.
Принимаем значение технического коэффициента тары – это отношение веса тары вагона к его грузоподъемности. Значения коэффициента тары изменяется в интервале от 0,2681 до 0,3034, примем это значение равным:

Чем меньше коэффициент тары вагона, тем выше эксплуатационные качества вагона и тем меньше мертвый (бесполезный) вес поезда.
С увеличением грузоподъемности коэффициент тары вагона снижается.
…

4.2 Определение линейных размеров вагона.
Габарит (ГОСТ 9238-2013) принимаем 1–Т. Ширина габарита 1–Т в верхней части мм.
Ориентировочные ограничения ширины вагона примем: 2E = 180 мм.
От ширины габарита в его верхней зоне вычитается значение ориентировочно принимаемых ограничений (отклонений) из условия вписывания вагона в габарит:

где 2В0 — ширина габарита подвижного состава в верхней зоне; Е — предварительно принимаемые ориентировочные ограничения ширины вагона на основе конструкций вагонов, учитывающие наличие лестниц и прочих устройств.

Ширина кузова внутри определяется из условий уменьшения ширины вагона на толщину боковых стенок кузова:

где абок — толщина боковых стенок кузова вагона (.

Высота кузова вагона устанавливается по условиям вписывания его в габарит или по аналогии с существующими типами вагонов.
Принимаем внутреннюю высоту кузова равной Нвн = 2320 мм на основе анализа конструкций грузовых вагонов, применяемых тележку 18-100.
…

4.3 Расчёт оси колёсной пары
Колесной парой называется сборочная единица ходовых частей (тележек), состоящая из оси с напрессованными колесами на ее подступичные части. Колесная пара является одной из основных частей, определяющих безопасность движения вагона и его техническую пригодность к выполнению перевозочного процесса. Она направляет движение вагона по рельсовой колее и воспринимает все нагрузки, передающиеся от вагона на рельсы и обратно. Поэтому колесную пару можно рассматривать и как наиболее ответственный узел вагона, составляющие элементы которого — ось и колеса, нагружены наиболее интенсивно, а ось колесной пары, как основной ее элемент, к тому же в эксплуатации испытывает сложный вид нагружения — изгиб с вращением, что дополнительно снижает срок службы осей. Поэтому в соответствии с эпюрой изгибающих моментов наименьший диаметр имеют шейки, а наибольший — подступичные части.
…

4.4 Расчёт и выбор подшипников качения
На данном этапе необходимо подобрать подшипники качения, обеспечивающие необходимую динамическую грузоподъемность для модернизируемого вагона, соответствующие действующим нормативным документам.
Роликовые подшипники являются главной составной частью буксового узла, а все остальные элементы предназначены для обеспечения их надежной работы.
Схемы подшипников приведены на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 – Подшипники качения и общий вид деталей подшипника: а – на горячей посадке; б – с цилиндрическими роликами на втулочной посадке; в – со сферическими роликами на втулочной посадке; 1 – наружное кольцо; 2 – ролики; 3 – внутреннее кольцо; 4 – сепаратор.
Каждый подшипник состоит из внутреннего и наружного колец. Между кольцами помещаются ролики, которые с помощью сепаратора (клетки) удерживают их на одинаковом расстоянии друг от друга.
…

4.5 Расчёт цилиндрической витой пружины
Рессорным подвешиванием (комплектом) называется устройство, состоящее из упругих элементов (например, пружин или других типов), гасителей колебаний (демпферов) и ограничителей перемещений, обеспечивающих необходимую плавность хода вагона.
Каждая двухрядная пружина состоит из наружной и внутренней пружин, имеющих разную навивку — правую и левую соответственно, чтобы пружины не сцеплялись между собой.
При проектировании рессорного подвешивания основным показателем, определяющим его параметры, является жесткость. Жесткость упругого элемента при его конструировании определяется теоретическим путем при помощи зависимостей, учитывающих его геометрические параметры. После изготовления опытных образцов упругих элементов их обычно испытывают на специальных стендах с целью установления действительной жесткости.
…

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной курсовой работе изучены история проектирования и этапы развития конструкций тележек грузовых вагонов. Также описаны особенности конструкции тележки модели 18-100 и её элементов конструкции.
В процессе расчетов была разработана конструкция грузового вагона с улучшенными технико-экономическими показателями с учётом требований безопасности движения поездов, надёжности и долговечности конструкции в эксплуатации, норм расчёта вагонов на прочность, унификации конструкций путём применения стандартных и типовых узлов и деталей.
Были определены следующие основные технико-экономические параметры:
– фактическая тара Т = 20,6 т;
– фактическая грузоподъёмность Р = 73,4 т;
– объем кузова V = 80,74 м3;
– база 2l = 8,540 м.
Выполнен расчёт подшипников качения, согласно полученным значением выбраны подшипники с цилиндрическими роликами: 3042226Л2, 3232226ЛЗ.
…