Технико экономические параметры вагона

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВАГОНОВ

Цель работы:ознакомиться с параметрами грузовых вагонов, характеризующими их технико-экономическую эффективность.

Краткие сведения из теории

Основными параметрами для технико-экономической оценки конструкции и эксплуатационных особенностей вагонов являются количество осей, грузоподъёмность, тара, удельный объём кузова, удельная площадь пола, коэффициент тары, нагрузка от колесной пары на рельсы, нагрузка на погонный метр пути.

По числу осей вагоны подразделяются на четырех-, шести-, восьми- и многоосные вагоны. Осность вагона определяет его грузоподъёмность.

Грузоподъёмность вагона – наибольшая масса груза, допускаемого к перевозке в грузовом вагоне исходя из прочности его конструкции и установленной конструкционной скорости.Чем больше грузоподъёмность, тем больше производительность вагона, т.е. количество груза, которое можно в нем перевезти за единицу времени.

Достоинствами вагонов с большой грузоподъемностью являются:

— меньшее удельное сопротивление движению, за счёт чего сокращается расход электроэнергии и топлива, потребляемых локомотивами;

— большая погонная нагрузка, за счёт которой возрастает масса поезда при неизменной длине станционных путей;

— сокращение металла на единицу грузоподъёмности на 10-15%;

— снижение затрат на маневровую работу, взвешивание вагонов.

Тара – масса порожнего вагона (без груза). Определяется взвешиванием вагона на специальных весах при постройке, а также проверяется при выпуске вагона из заводского ремонта. Сумма грузоподъёмности вагона (нетто) и его тары составляет массу брутто вагона. Снижение тары вагонов является одной из основных задач вагоностроения, так как при уменьшении тары может быть увеличена грузоподъёмность грузовых вагонов и тем самым повышена провозная способность железных дорог. Помимо этого, обеспечивается уменьшение металла, идущего на постройку вагонов, экономятся электроэнергия и топливо, расходуемые локомотивами при перевозке, снижается себестоимость перевозок.

Технический коэффициент тары представляет собой отношение веса тары вагона к грузоподъемности

, (1)

где – технический коэффициент тары;

P_к – конструкционная грузоподъемность вагона, кг;

Величина этого коэффициента показывает, какая часть тары приходится на каждую тонну его грузоподъёмности. Чем меньше коэффициент тары, тем вагон экономичнее.

Удельный объем кузова вагона – это отношение полного объема кузова к его конструкционной грузоподъемности:

, (2)

Увеличение объема достигается изменением линейных размеров кузова. При этом соотношения между линейными размерами кузова должны быть такими, чтобы обеспечивалась свободная его погрузка и выгрузка, наиболее рациональное размещение перевозимого груза, наименьший коэффициент тары, прочность и устойчивость вагона.

Кроме полного объема, различают погрузочный объем кузова, который определяется с учетом коэффициента загрузки по формуле

, (3)

где – погрузочный объём кузова, м 3 ;

– коэффициент загрузки геометрического объема кузова.

Коэффициент загрузки составляет для крытых вагонов и вагонов хопперов 1. С учетом этого удельный объем составит:

, (4)

где – удельный объём кузова, м 3 /т.

Удельная площадь пола платформы – отношение полной площади пола платформы к её конструкционной грузоподъемности:

, (5)

От величины удельных объёмов и удельных площадей зависит использование объёма и грузоподъёмности вагона, а, следовательно, себестоимость перевозок, размер и стоимость парка вагонов, необходимых для данного объёма перевозок.

Осевая нагрузка – нагрузка от колесной пары на рельсы,

, (6)

где P_к – конструкционная грузоподъемность вагона, кг;

Допустимая величина осевой нагрузки зависит, главным образом, от типа рельсов, количества шпал, уложенных на 1 км пути, состояния верхнего строения пути и скорости движения поезда, от конструкционных размеров оси колёсных пар. В настоящее время нагрузка от оси колёсной пары на рельсы для основных типов грузовых вагонов ограничена величиной 235 кН и 245 кН для оси РУ1Ш и РВ2Ш соответственно.

Погонная нагрузка – нагрузка от вагона на один метр пути, характеризует возможность пропуска вагонов по искусственным сооружениям и определяется делением массы брутто на его длину по осям сцепления автосцепок.

. (7)

где – погонная нагрузка, кН/м;

2L_об – общая длина вагона, измеренная по осям сцепления автосцепок, м.

Допускаемая погонная нагрузка определяется прочностью мостов и в настоящее время ограничена величиной 105 кН/м.

Грузовые вагоны характеризуются также своими линейными размерами и в первую очередь длиной, высотой, шириной и базой вагона.

Общая длина вагона определяется расстоянием между осями сцепления автосцепок данного вагона. Расстояние между центрами пятников тележечного вагона называется базой. Длина, ширина и высота кузова вагона обуславливаются, с одной стороны, заданной вместимостью, а с другой, – габаритом подвижного состава. При проектировании вагонов устанавливают геометрический объём кузова, а для платформ – площадь пола и затем по этим данным находят внутренние размеры вагонов.

Порядок выполнения работы

1. Выбрать из таблицы 3 исходные данные согласножурнальному списку.

2. Выполнить расчёт технико-экономических параметров грузовых вагонов по двум вариантам для одного рода и разных моделей вагона.

3. Сравнить полученные результаты расчёта и выбрать модель вагона с наилучшими технико-экономическими параметрами.

4. Ответить на контрольные вопросы.

5. Оформить отчёт о проделанной работе.

Технико-экономические параметры грузовых вагонов

Содержание отчета

1. По результатам проведенной работы составляется отчет в письменной форме (допускается и в печатной). Отчёт должен содержать: цель и дату работы; исходные данные; расчёт технико-экономических параметров грузовых вагонов; выводы.

2. Результаты расчёта технико-экономических параметров оформить в табличном виде по образцу, представленному в таблице 4.

Результаты расчёта технико-экономических параметров грузовых вагонов

3. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что показывает технический коэффициент тары?

2. Какова предельно допустимая нагрузка на рельсы от оси колёсной пары вагона?

3. Что показывает удельная площадь платформа?

4. Чем ограничивается погонная нагрузка на метр пути?

5. Поясните, что понимается под базой вагона.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник

Технико-экономические показатели вагонов

С числом осей связана грузоподъемность вагона — наибольшая масса груза, которая может быть перевезена, исходя из прочности конструкции вагона. Достоинства вагонов большой грузоподъемности таковы:

меньшее удельное сопротивление движению, за счет чего сокращается расход электроэнергии и топлива, потребляемых локомотивами;

большая погонная нагрузка, т. е. масса поезда возрастает при неизменной длине станционных путей;

снижение металлоемкости конструкции на единицу грузоподъемности на 10. 15 %;

сокращение расходов на ремонт и содержание вагонов на 10. 20%;

снижение затрат на маневровую работу, взвешивание вагонов и оформление перевозочной документации.

Сумма грузоподъемности вагона (масса нетто) и его тары составляет массу вагона брутто. Уменьшение тары вагонов, представляющее собой одну из основных задач вагоностроения, обеспечивает увеличение грузоподъемности грузовых вагонов и, следовательно, повышение провозной способности железных дорог, экономию металла, необходимого для постройки вагонов, электроэнергии и топлива, расходуемых локомотивами при перевозке, а также снижение себестоимости перевозок.

Наиболее важным показателем, характеризующим технико-экономическую эффективность вагона, является коэффициент тары

— тара вагона; Р — его грузоподъемность.

Этот коэффициент показывает, какая часть массы вагона приходится на каждую тонну его грузоподъемности. Чем меньше коэффициент тары, тем экономичнее вагон. Для пассажирских вагонов коэффициент тары определяется как отношение тары вагона к числу мест.

где V— вместимость кузова вагона; р — пл ощадь пола платформы.

Возрастание допустимой нагрузки позволяет при той же длине станционных путей увеличить массу поездов и, следовательно, повысить провозную способность железной дороги. Таким образом, допустимая нагрузка определяет и грузоподъемность вагонов.

При проектировании вагонов устанавливают исходя из заданного габарита подвижного состава объем кузова, а для платформ — площадь пола и затем по этим данным находят внутренние размеры вагонов.

При выборе длины вагона учитывают вынос его кузова в кривых участках пути и условия размещения в вагонах грузов и контейнеров.

Основные характеристики и технико-экономические показатели наиболее распространенных конструкций грузовых вагонов приведены в табл. 14.1, а пассажирских — в табл. 14.2.

Источник

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ВАГОНА

Снижения массы тары при одновременном повышении грузоподъем­ности и надежности вагонов достигается:

✓ путем уменьшения динамических сил, действующих на вагон, за счет совершенствования ходовых частей и автосцепного устройства;

✓ выбором целесообразных конструктивных форм нагонов и их эле­ментов;

✓ применением более прогрессивных материалов для элементов вагонов (низколегированных сталей, сталей повышенной прочности и коррозийной стойкости, высокопрочных алюминиевых сплавов и пластмасс);

✓ совершенствованием технологии изготовления и ремонта вагонов; совершенствованием методов расчета и испытаний нагонов.

• Эффективность снижения массы грузового вагона оценивается техническим коэффициентом тары Кт.

Этот коэффициент характеризует качество конструкции вагона: чем меньше Кт, тем меньше собственной массы вагона приходится на каж­дую тонну транспортируемого груза, а следовательно, меньше затраты на перевозку самого вагона и вагон экономически выгоднее. Поэтому при проектировании новых вагонов необходимо стремиться к снижению Кт. Для пассажирских вагонов коэффициент тары определяется как отношение массы тары к населенности вагона.

• Удельный объем кузова вагона представляет собой отношение полного объема кузова к его грузоподъемности. Для платформ опреде­ляется удельная площадь как отношение площади пола к грузоподъ­емности. От величин удельных объемов и удельных площадей зависит использование объема и грузоподъемности вагона, а следовательно, себестоимость перевозок и приведенные затраты народного хозяйства.

• Выбранный тип вагона должен обеспечивать выполнение перевозок с наименьшими эксплуатационными расходами при соблюдении уста­новленных правил безопасности движения.

В подраздел 8.2. «Определение технико-экономических параметров вагона» необходимо произвести расчеты технико-экономических параметров для заданного типа вагона по нижеприведенной методике. Производимые расчеты надо дополнить пояснениями о принятых решениях по изменению величин номинальной нагрузки и удельного объема.

Техническим коэффициентом тары грузового вагона называется от­ношение его тары к номинальной грузоподъемности:

Кт=

Учитывая, что технический коэффициент тары недостаточно полно раскрывает эксплуатационные качества вагона, вводят дополнительные коэффициенты.

Погрузочный коэффициент тары, учитывающий использование грузо­подъемности вагона, определяют по формуле

Кп=

погрузочный коэффициент тары; — коэффициент использования грузоподъемности; Qn.гр – фактическая грузоподъемность вагона, т.

Коэффициент использования грузоподъемности определяется:

Эксплуатационный коэффициент тары К_Э, учитывающий пробег вагона в груженом и порожнем состоянии, выражается формулой

Кэ=

динамическая нагрузка груженого вагона, тс.

Желательно, чтобы все коэффициенты тары при прочих равных условиях имели минимальное значение и разница в их величине была возможно меньшей.

Величина коэффициентов тары зависит от удельного объема и удельной площади.

Удельным объемом называют отношение объема кузова к его номинальной грузоподъемности

Vy=

Кроме полного объема, различают погрузочный объем кузова

У крытых и изотермических вагонов φ 1. С учетом этого удельный объем определяется

Vy=

Удельной площадью платформы называется отношение полной площади пола к его грузоподъемности:

Fy=

Оптимальные значения удельного объема и удельной площади пола определяется структурой перевозочного процесса для каждого типа ва­гонов. Зависимость между коэффициентом использования грузоподъ­емности и удельным объемом или удельной площадью приведена на рис. 3.

При проектировании вагона стремятся к максимальной его грузоподъемности в пределах допустимой нагрузки от колесной пары на рельсы и погонной нагрузке. Максимальное значение номинальной гру­зоподъемности вагона не должно превосходить следующей величины:

Qn=

В ходе проектирования необходимо определить максимальную гру­зоподъемность вагона с учетом осевой нагрузки установленной для же­лезных дорог России и возможность увеличения удельного объема или удельной площади пола по графику зависимости коэффициента исполь­зования грузоподъемности.

Экономичность вагона в значительной степени зависит от совершен­ства его конструкции, обеспечивающей наименьшую стоимость изготов­ления, удобство погрузки и выгрузки, сохранности грузов при перевоз­ках, минимальные расходы на содержание и ремонт вагонов в процессе их эксплуатации.

Основными линейными размерами вагона, определяющими его вме­стимость, являются длина, ширина и высота. При этом соотношение между линейными размерами кузова должны быть такими, чтобы обес­печивались свободная погрузка и выгрузка вагона, наиболее рацио­нальное размещение перевозимого груза, наименьший коэффициент тары, наименьшее сопротивление движению, прочность и устойчивость вагона.

Увеличение объема кузова достигается изменением его высоты, ширины или длины. Высота кузова ограничена возможностями габарита подвижного состава. Удлинение кузова ведет к уменьшению ширины кузова по условиям вписывания в тот же габарит. Кроме того, длина вагонов, предназначенных для перевозки массовых видов грузов, выбирается с учетом существующих сортаментов длинномерных грузов, условий размещения контейнеров и размеров погрузо-разгрузочных механизмов.

В выполняемом проекте увеличение объема кузова будет достигаться изменением ширины кузова.

9) Расчёт сопротивления движению вагона на руководящем подъёме 9‰

При движении поезда по руководящему подъёму вагон оказывает сопротивление движению, состоящему из основного w // _o и w // _доп (от подъёма i)

Под основным сопротивлением понимают сопротивление, которое оказывается движению поезда всегда, независимо от того, где движется поезд: по площадке, спуску или подъёму. Оно суммируется из следующих сопротивлений:

— качения колёс по рельсам;

— проскальзывания колёс по рельсам из-за возможной разницы в диаметрах колёс;

Удельная сила – это часть полной силы, приходящаяся на 1 кН веса (локомотива, вагона, состава). Её размерность Н/кН. Удельные силы основного сопротивления движению для локомотивов и вагонов w / _o и w // _o определяют по эмпирическим формулам, полученным опытным путём. Удельные силы зависят от скорости движения, типа подшипников букс, а также от загрузки вагонов и числа осей. Формулы по определению основного удельного сопротивления вагонов имеют вид:

Четырёхосные вагоны на подшипниках скольжения

w // _o4ck= ;

четырёхосные вагоны на подшипниках качения (на роликовых):

w // _o4kач = ;

w // _o6kач = ;

w // _o8kач = ;

где , , — масса, приходящаяся на одну колёсную пару соответственно 4-,6-,8-осного вагонов, т/ось.

Данные по грузоподъёмности, массе тары, осности для заданного типа вагона взять из технических характеристик (см. приложение).

Под дополнительным сопротивлением понимают сопротивление, которое оказывается движению поезда по подъёму, кривым, а также при ненормальных метеорологических условиях.

Удельное сопротивление от подъёма численно равно крутизне подъёма, выраженной в числе тысячных (‰). Одна тысячная подъёма (1‰) означает, что через каждую тысячу метров поезд поднимается относительно предыдущей отметки на 1 м. А величина уклона i есть тангенс угла ἀ наклон прямой (плоскости) над горизонталью. Таким образом на руководящем уклоне равном i = 9‰ на вагон будет действовать дополнительная удельная сила w // _доп= 9Н/кН (на каждый килоньютон веса вагона 9Н силы сопротивления)

Студент должен определить сопротивление движению заданного вагона при скорости движения V=25 км/ч (расчётная скорость тепловозов) или V=45км/ч (расчётная скорость электровозов) по выбору для полностью загруженного (с расчётной грузоподъёмностью) и порожнего вагона (вес только тары)

Пример: Четырёхосный вагон-хоппер на подшипниках качения. Грузоподъёмность 70,5 т, масса тары 23 т. Уклон i=10‰(рис.4). Удельное основное сопротивление порожнего вагона:

w // _o4пор= =1,9 Н/кН;

w // _o4гр= =0,9 Н/кН;

Полное сопротивление вагона на расчётном подъёме порожнего вагона:

где q=9,8 м/с 2 –ускорение свободного падения

Рис.4 К определению дополнительного сопротивления движению w // _доп

(w // _доп = )

10) Определение передаточного числа тягового редуктора.

Вращающий момент от двигателя к колесной паре у грузовых и маневровых тепловозов передается тяговым редуктором, состоящим из шестерни, насаженной на вал электродвигателя, и зубчатого колеса, напрессованного на ось колесной пары. У электровозов (за некоторым исключением) тяговый момент передаётся на ось двумя параллельными потоками через косозубые зубчатые передачи.

Студенту следует привести схему передачи вращающего момента от двигателя к колесной паре, обозначив силы и моменты, как показано на рис. 5.

.

В свою очередь момент, передаваемый колесной паре, M_к будет равен произведению силы P_з на радиус зубчатого колеса
(плечо силы P_з)

.

Выражая P_з через M_д и с учетом КПД зубчатой передачи, получим:

.

Отношение r_зк/r_ш называют передаточным числом редуктора i_ред.

,

где z_зк , z_ш — число зубьев соответственно зубчатого колеса и
шестерни;

w_д , w_к — угловая скорость соответственно вала двигателя и
колесной пары, рад/с;

Передаточное число редуктора можно рассчитать как отношение максимально допустимой угловой скорости вала двигателя к угловой скорости колесной пары при конструкционной скорости локомотива.

,

где w_{к max} — угловая скорость колесной пары при конструкционной скорости тепловоза.

.

w_{g max} — угловая скорость вала двигателя при максимально допустимой частоте вращения

Угловая скорость w рад/с, связана с частотой вращения n, 1/с, соотношением:

При максимально допустимых частотах вращения якорей двигателей

n_max = 37-38 1/c,

Скорость тепловоза v в км/ч связана с частотой вращения колесных пар n_к соотношением:

,

где Д_к — диаметр колеса. Для тепловозов ТЭП70 и 2ТЭ70 Д_к = 1,22 м,
для остальных Д_к = 1,05 м. Для всех электровозов Д_к=1,25 м.

Откуда частота вращения колесных пар при конструкционной скорости

.

Тогда .

Передаточное число i_ред (если принять w_{д max} = 233 рад/с, v_констр = 100 км/ч, Д_к = 1,05 м) равно

11) Расчёт и построение тяговой характеристики локомотива

Тяговая характеристика (графическая зависимость силы тяги от скорости движения) имеет два участка: ограничение силы тяги по мощности, приходящейся на тяговые электродвигатели, и ограничение силы тяги по сцеплению.

Для тепловоза, располагающего дизелем с ограниченной постоянной мощностью зависимость силы тяги от скорости определяется из выражения

, кВт=const

Касательная мощность, которую студент определил ранее для длительного (продолжительного) режима при движении тепловоза с расчётной скоростью будет оставаться постоянной и при скоростях выше расчётной вплоть до конструкционной. Задаваясь последовательно значениями скоростей V равными 20,40,60,80,100 и т.д. получим значения силы тяги F_k при этих скоростях из выражения

, кН.

По полученным данным построить зависимость F_k=f(v) – (кривая рис.6). Этот участок имеет вид гиперболы.

Для построения участка характеристики, ограничивающего силу тяги по сцеплению нужно воспользоваться зависимостью

Максимальное значение силы тяги F_к ограничивается силой сцепления колес с рельсами F_сц.

,

где P_сц — сцепной вес тепловоза (вес, передаваемый от движущихся
колес на рельсы), кН;

;

2П — масса локомотива, приходящаяся на одну движущуюся ось, т;

m — число движущихся осей;

— расчетный коэффициент сцепления.

Значения сцепного веса в кН или сцепной массы в т приведены в технических характеристиках заданного локомотива. Там же могут быть указаны значения нагрузки от колёсной пары на рельсы.

Правилами тяговых расчетов для поездной работы установлена следующая эмпирическая формула для определения :

,

где v — скорость движения, км/ч.

Величину F_сц вычисляют для нескольких значений скорости (0, 10, 20, 30, 40 км/ч).

Результаты расчетов свести в таблицу.

По точкам F_сц , v нанести на тяговую характеристику (см. рис. 6) кривую 1 ограничения силы тяги по сцеплению.

Источник