Проектирование восьмиосной цистерны модели 15-1500 (стр. 7 из 13)
На основании всесторонних исследований характеристик пневматической части даны рекомендации, заключающиеся в том, что схема с одним воздухораспределителем может быть использована на восьмиосных цистернах с нагрузкой на ось не выше 220 кН. Ограничением является использование груженого режима. В качестве более перспективной, при повышении давления на ось, предлагается схема с реле давления.
Однако, выбор пневматической части автотормоза неразрывно связан с характеристиками механической части, поэтому лучшим вариантом является подвод тормозной рычажной передачи наружной двухосной тележки к тормозному цилиндру с внутренней стороны этой тележки.
4. Расчет котла цистерны
В приближенном методе расчета котла цистерны безрамной конструкции от действия внешних сил, согласно [4], рассматривается расчетная схема, приведенная на рисунке 4.1.
(4.1)где q – равномерно распределенная нагрузка, кГ/м;
Рст – сила тяжести груза, Рст =120·103 кГ;
Тк – собственная сила тяжести кузова, кГ;
2Lк – длина кузова вагона, 2Lк =19,632 м.
(4.2)где Т – тара вагона, Т=50·103 кГ;
nт – масса тележки модели 18-100, nт = 4,5·103 кГ;
nа – масса автосцепного оборудования, nа =1,5т кГ;
nторм – масса тормозного оборудования, nторм =0,5 ·103 кГ.
где R– реакция в опоре, действующая на пятник кузова со стороны подпятника тележки, кГ.
где М1– изгибающий момент от равномерно распределенной нагрузки, кГ·м;
nк – длина консоли кузова, nк =3,1 м.
где М2– изгибающий момент от равномерно распределенной нагрузки в середине кузова, кГ·м;
L – половина базы вагона, L =9,816 м.
(4.6)где МN– изгибающий момент от действия продольной нагрузки N, кГ·м;
Z – расстояние от центра тяжести поперечного сечения кузова до линии действия продольных сил N, Z =1,871 м.
Давление паров жидкости внутри котла Рп принимают 0,15 Мпа или 1,5 кГ/см2.
(4.7)где Nи– сила, создающая гидравлический удар в зоне днища, кГ;
N – продольная сила, приложенная по оси автосцепки в соответствии с расчетным режимом, для 3-го расчетного режима N = 250·103 кГ;
тж– масса жидкости, тж= 120·103 кГ;
тбр– масса брутто цистерны, кГ.
(4.8)где Р – грузоподъемность цистерны, Р =126·103 кГ;
Т – тара вагона, кГ;
(4.9)где Рид – давление от гидравлического удара вблизи днища, Мпа;
Rв – внутренний радиус котла, Rв = 1,6 м.
(4.10)где Рд – суммарное расчетное давление вблизи днища, Мпа.
(4.11)где Р1 – суммарное расчетное давление над опорами, МПа.
Р3 = РП+ 0,5Рид =0,15+0,5·0,212=0,256 МПа (4.12)
где Р3 – суммарное расчетное давление в середине котла (сечение Ⅲ-Ⅲ), МПа.
(4.13)где N1.1 – горизонтальная сила, направленная перпендикулярно к сечению Ⅰ-Ⅰ от действия внутреннего давления на площадь вертикальной проекции днища, кГ.
(4.14)где σ1.1 – нормальные напряжения в сечении Ⅰ-Ⅰ материала котла, кГ/см2;
h1 – средняя толщина котла (оболочки) в сечении Ⅰ-Ⅰ, см.
(4.15)где N1.2 – нормальная сила, действующая на верхнюю и нижнюю половины котла от действия внутреннего давления в сечении Ⅰ-Ⅰ, кГ.
(4.16)где σ1.1 – нормальные напряжения, вызванное внутренним давлением над опорами котла в сечении Ⅰ-Ⅰ, МПа;
(4.17)где σ3.1 – напряжение на поперечных площадках в сечении Ⅲ-Ⅲ, МПа;
(4.18)где σ3.2 – напряжение на продольных площадках в сечении Ⅲ-Ⅲ, МПа;
h3 – средняя толщина оболочки котла в сечении Ⅲ-Ⅲ, см.
(4.19)где W1 – момент сопротивления изгибу, см3;
F1 – площадь поперечного сечения кузова, определяется с учетом рабочей части обшивки, см3.
(4.20)где R – наружный радиус обшивки котла, см;
r – внутренний радиус, см.
(4.21) 
где
– суммарные напряжения на продольных площадках для I расчетного режима, МПа.Прочность материала котла соблюдается, если выполняется условие (4.22).
(4.22)где [σ] – допускаемое напряжение материала кузова, Мпа.
(4.23)где σТ – предел текучести материала, МПа.
Устойчивость оболочки котла от внешнего давления при разряжении в котле соблюдается, если выполняется условие (4.24)
(4.24)где Рк – критическое давление, Мпа;
Рр - расчетное давление, Рр = 0,05 Мпа.
(4.25)где Е – модуль упругости, Е=2,1·106 кГ/см2;
2Lц - длина цилиндрической части котла, 2Lц =1963см;
h1 – средняя толщина оболочки котла, h1 =1,2 см.
Так как 1,5 > 1,05 условие устойчивости оболочки котла от внешнего давления при разряжении в котле соблюдается.5. Расчет оси колесной пары
Ось колесной пары вагона работает в режиме знакопеременных деформаций. Число циклов нагружения за срок службы весьма велико, а нагруженность носит вероятностный характер. В последние годы условия работы вагонов становятся все более тяжелыми, повышается скорость движения поездов, повышаются осевые нагрузки, появляются новые конструкции тележек. Таким образом, расчет оси на усталостную прочность производится по критериям теории вероятности и математической статистики. Для этого необходимы кривые распределений амплитуд и напряжений, а также функции статического распределения пределов выносливости оси в ее расчетных сечениях.
Расчет производится с учетом нестационарности режима нагружения оси колесной пары. Критерием оценки прочности принимается величина коэффициента запаса прочности оси, но отношению к ее пределу усталости. Схема приложения сил и опорных моментов к оси колесной пары приведена на рис 5.1.