Описание типов вагонов, их узлов и деталей. Тенденции и перспективы их развития, а также совершенствование конструкций

 

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ МИНИСТЕРСТВА ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

 

Кафедра «Эксплуатация железных дорог»

 

 

 

             

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине Нетяговый подвижной состав

«Описание типов вагонов, их узлов и деталей. Тенденции и перспективы их развития, а также совершенствование конструкций.»

 

 

     

  

     

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

                    шифр 1133 п/ЭЖс- 8896

                 Гаврюшин А.А

                                                                                             

                                                                                          Проверил: Дровнина Л.В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструкция, совершенствование конструкции котлов цистерны.

Специализированные цистерны применяются для перевозки различных кислот, сжиженных газов под давлением и пищевых продуктов (см. табл. 4.7), а также для перевозки пылевидных и затвердевающих грузов. Цистерны для перевозки кислот отличаются от универсальных цистерн меньшим диаметром котла (2,0—2,6 м) и, следовательно, меньшим объемом из-за большего удельного веса кислот. Котлы кислотных цистерн изготавливаются из стойких к агрессивным свойствам грузов металлов (нержавеющие стали, алюминиевые сплавы, углеродистые стали, облицованные с внутренней стороны котла резиной или специальными синтетическими материалами). Цистерны имеют также специальные устройства для верхнего налива и слива кислот, а иногда и для защиты рамы и других частей цистерны от возможного разбрызгивания кислот. Вследствие повышенной опасности перевозки кислот, могущих вызвать ожоги обслуживающего персонала, взрывы, интенсивную коррозию металла и т.п. предусматривается окраска котлов таких цистерн, резко отличная от окраски других типов вагонов. Вдоль котла кислотной цистерны нанесены желтые полосы шириной 0,5 м с обеих сторон цилиндрической части и квадраты размером 1 х 1 м на днищах котла, на которых указано назначение цистерны и опасность перевозимой кислоты. 

 

          Эксплуатация цистерн для перевозки сжиженного газа под большим давлением регламентируется специальными правилами Гостехнадзора. Для защиты от нагрева солнечными лучами применяются теневые защитные кожухи, окрашенные в светлый цвет и расположенные над верхней частью котла (рис. 4.20). 

 

          Большое давление сжиженного газа внутри котла (2,5—3,0 Мпа) обуславливает значительную толщину стенок котла (24—30 мм). Налив и слив сжиженного газа в газовых цистернах производится через вертикально расположенные трубы, укрепленные внизу в поддоне, предназначенном для обеспечения полноты разгрузки. Сливо-наливная арматура расположена наверху котла и защищена специальными дугами безопасности для предотвращения ее от повреждений при крушениях цистерн. Кроме того, для предотвращения пробоя днища котла корпусом автосцепки при крушении перед ним на определенном расстоянии на консольной части рамы цистерны установлен защитный щит безопасности, который воспринимает на себя удар расцепившегося корпуса автосцепки при крушении. 
           Котлы газовых цистерн снабжены яркими отличительными полосами на цилиндрической части и кругами на днищах. Например, полосы шириною 0,3 м красного цвета имеют цистерны для перевозки пропана, желтого аммиака, защитного хлора и т.п. 
           Основные технические характеристики специализированных цистерн для перевозки кислот, сжиженных газов и пищевых продуктов приведены в табл. 4.7. 
           Цистерна для перевозки концентрированной азотной кислоты (рис. 4.21) имеет котел из алюминиевого сплава М или Д1. Она снабжена колпаком 3, штуцером 1 для отбора проб, предохранительно впускным клапаном 2 и штуцером 4 для крепления сливо-наливной трубы 7. Для защиты рамы и деталей автотормоза от случайно пролитой кислоты имеются предохранительные щиты 6, а для нейтрализации пролитой кислоты используется известь, помещенная в ящик 5. 

 

          Восьмиосные безрамные цистерны (рис. 4.22) грузоподъемностью 120 т, массой тары 53,5т и с объемом котла 62 м3 (диаметр 2,315 м, длина 15,7 м) для перевозки концентрированной фосфорной кислоты строились Азов машем совместно с фирмой «Фридрих Уде» (Германия). Котел цистерны имеет наружную изоляцию из пенополеуретана толщиной 180 мм и внутренний защитный резиновый слой. 

 

           Цистерна-термос с тележками 11 модели 18-100, автосцепкой 10, автотормозом 13, ручным тормозом 16 предназначена для перевозки молока (рис. 4.23). Она имеет котел 1 из алюминиевых сплавов, разделенный на три секции 8, 9 объемом по 10,08 м3 с люками 4, имеющими сверху теплоизоляцию 3, и откидными крышками 5. Котел, опирающийся на раму 12 через опоры 17, 18, покрыт теплоизоляционным слоем 6 толщиной 300 мм из мипоры для углеродистой или нержавеющей стали или стекловолокна МРТ-75 для алюминиевого сплава. Теплоизоляция защищена стальным кожухом 7. На котле снаружи укреплены лестница 15 с поручнями 14 и помостом с ограждениями 2 для безопасной работы обслуживающего персонала. 

 

         Основные технические характеристики специальных цистерн для перевозки пылевидных и затвердевающих грузов приведены в табл. 4.8. 

 

       Котел цистерны для перевозки цемента (рис. 4.24) отличается тем, что для облегчения выгрузки цемент взрыхляют сжатым воздухом (избыточное давление 0,2 МПа), который подводится к желобам (аэролоткам) 1 и шлангу, присоединенному к разгрузочному устройству 2, для лучшего подвода цемента к которому имеются рассекатели 4 и боковые откосы 3. Для выравнивания давления воздуха в загруженной цементом верхней части котла и под откосном пространстве имеется труба 6. На котле имеются загрузочный люк 7, предохранительный клапан и два штуцера 5 для слива конденсата. 
           Цистерна для перевозки кальцинированной соды (рис. 4.25) имеет устройство, подобное цистерне для перевозки цемента, отличаясь от последней большим количеством загрузочных 2 и разгрузочных 3 патрубков, а также аэролотков и деталей воздушной коммуникации 4.Дальнейшее совершенствование цистерн для перевозки сыпучих грузов осуществлено в конструкциях с двухсекционным котлом для перевозки поливинилхлорида (рис. 4.26). Для лучшей выгрузки груза секции расположены наклонно. 

 

          Цистерна для перевозки жидкой серы имеет электрические нагреватели и наружную изоляцию котла, изготовленного из листов двухслойной стали ВСт.Зсп2 + 12Х18Н10Т. Изоляция котла рассчитана на сохранение серы в жидком состоянии (серу заливают в котел при температуре 150 °С) в течение четырех суток при температуре наружного воздуха 25 °С. Перед сливом серу разогревают до температуры 120 °С. Котел цистерны изготовлен из углеродистой стали с термоизоляцией для перевозки жидкого пека и рассчитан на температуру загружаемого пека 300 °С. При температуре налива пека 250 °С и окружающей среды 30°С пек сохраняется в жидком состоянии без дополнительного подогрева в течение пяти суток. Система электрообогрева позволяет нагревать пек до 180 °С. 
           Разновидностью цистерн, предназначенных для перевозки легко затвердевающих грузов, является цистерна для перевозки капролактама с системой обогрева горячей водой и паром. Котел сделан из стали марки С8Х22Н6Т. Грузоподъемность цистерны 50 т, полезный объем котла 49,5 м³, масса тары 26 т. 
           Дальнейшее совершенствование специализированных цистерн может быть достигнуто путем увеличения грузоподъемности, осности, перехода к безрамным цистернам, применения новых материалов. Например, применение стеклопластика для изготовления котла позволяет снизить массу тары четырехосной цистерны на 5,5 т и соответственно увеличить ее грузоподъемность. В 1964 г. Тверским заводом пластмасс была построена опытная цистерна с котлом из стеклопластика объемом 25 м³ и толщиной многослойной стенки 10 мм, обладающим необходимой жесткостью и прочностью. Однако сложность изготовления и высокая стоимость цистерн с котлом из стеклопластика сдерживает пока широкое применение таких цистерн.

 

 

 

Вибрационные испытания 

          Вибрационные испытания вагонов проводятся с целью определения усталостной прочности (долговечности) вагона и его отдельных деталей и узлов на специальных стендах для получения абсолютных или сравнительных данных по долговечности. В первом случае конструкция вагона или отдельных элементов подвергается воздействию вибрационных нагрузок, эквивалентных по повреждающему действию всем эксплуатационным нагрузкам, вызванным колебаниями обрессоренных и необрессоренных частей вагона. Во втором случае режим опытных (испытательных) нагрузок обычно является форсированным, но при условии сохранения физической природы разрушения конструкции вагона в целом или отдельных его узлов и элементов. При сравнительных вибрационных испытаниях в равныхусловиях проверяются два или более узлов соединения и сопоставляется их долговечность. При этом целесообразно сравнивать новую конструкцию, новую конфигурацию вагона с серийной, хорошо зарекомендовавшей себя в эксплуатации. 
           Вибрационные испытания на долговечность вагона в целом требуют особенно тщательного обоснования методики и режимов испытания; обычно такие испытания, как правило, являются сравнительными и проводятся на специальных стендах, например, во ВНИИЖТе или на вагоностроительных заводах в Нижнем Тагиле Свердловской области, в Барнауле (Алтайский вагоностроительный завод), в Твери, Мариуполе и Кременчуге. 
           Особенно распространены вибрационные испытания отдельных узлов и элементов вагона, например, рамы, кузова, надрессорной балки, боковой рамы грузовой тележки, рамы пассажирской тележки, рессорного комплекта. При этих испытаниях обычно используются типовые испытательные машины и стенды для испытания на усталость, например, прессы с гидропульсаторами или специальные электромагнитные возбудители вибраций, работающие, как правило, в резонансном режиме. Исходными данными для разработки методики таких испытаний являются статические закономерности изменения нагрузок и напряжений, действующих в рассматриваемом узле или элементе вагона во время его эксплуатации. 
           Вследствие того, что в настоящее время нормируются показатели надежности для многих элементов вагонов, особое значение имеет внедрение соответствующих вибрационных испытаний на вагоностроительных заводах. Эти испытания, как правило, проводятся по достаточно малой выборке статических данных, объем которой зависит от заданной точности определения показателей надежности вагона. 
           Для вибрационных испытаний вагона в целом применяется вибрационный стенд, показанный на рис. 14.22. Стенд состоит из пульсаторов в фундаментных нишах. В нижней части тележек установлены плиты 4 для возбуждения колебаний кузова 3 вагона. В начале вибрационных испытаний включаются в работу возбудители 1 с регулируемой частотой возбуждения, которые при взаимодействии с плитами 4 возбуждают колебания кузова 3 вагона. После этого включаются в работу пневматические пульсаторы 2 и производятся длительные вибрационные испытания отдельных узлов вагона и элементов кузова, тележки, а также электродвигателей, компрессоров, устройств кондиционирования воздуха в пассажирских вагонах и других агрегатов с неполностью уравновешенными силами инерции вращающихся колес.

           Для вибрационных испытаний рессорных комплексов грузовой тележки модели 18-100 применяется вибростенд, показанный на рис. 14.23. Стенд имеет станину 1 с закрепленными на ней стойкой 2 и шарнирной балкой 3 с грузом 4, имитирующим массу кузова вагона. Привод стенда с помощью катка и толкателя 5 имитирует воздействие железнодорожного пути по оси буксового проема на боковую раму тележки 6. В другом буксовом проеме боковой рамы тележки и на надрессорной балке тележки установлены измерительные устройства 7. Привод стенда возбуждает вынужденные колебания груза 4, а измерительные устройства 7 регистрируют амплитудно-частотные характеристики, по которым определяются динамическая нагруженность рессорного комплекса и техническое состояние упругих и демпфирующих элементов (фрикционный клин и фрикционная планка) рессорного комплекта.

 

           Процесс затухания свободных колебаний внешне проявляется в уменьшении амплитуд отклонения груза 4 от его равновесного положения вследствие рассеивания кинетической энергии колебания фрикционными гасителями колебаний тележки. Анализ полученной вибратограммы (рис. 14.24) позволяет определить частоту колебаний ωс по формуле:

 

 

           где сп — жесткость упругих элементов (пружин) рессорного подвешивания те         лежки; 
           тпч — масса надрессорных частей (надрессорная балка и 1/3 часть рессорных комплектов); 
           Тк — период колебаний.

 

          По измерению уменьшения амплитуд колебаний Δ z. за один период колебаний можно определить коэффициент поглощения механической энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используемая литература

      Материалы по вагонному хозяйству, опубликованные в журналах «Железнодорожный транспорт», «Железные дороги мира», «Депо», выпуски «Локомотивостроение и

вагоностроение», «Техническая эксплуатация подвижного состава и тяга поездов», Экспресс информация ЦНИИ ТЭИ «Железнодорожный транспорт» серия «Вагоны и вагонное хозяйство», из средств Интернет и т.д.