Расчет прочности вагона-цистерны для пентана, модель 15-1208

1 Задача расчета

1.1 Настоящий расчет выполнен с целью определения прочности вагона-цистерны для пентана, модель 15-1208 (далее по тексту вагона-цистерны) на соответствие требованиям «Норм для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)»,  [1] (далее по тексту «Нормы…»).

2 Эскиз и описание конструкции

2.1 Все геометрические параметры вагона-цистерны были приняты в соответствии с комплектом чертежей 1208.00.00.000.

2.2 Эскиз конструкции вагона - цистерны показан на рисунке 1.

Рисунок 1– Эскиз конструкции вагона-цистерны

3 Исходные данные

3.1 Исходные данные для расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные для расчета

Продолжение таблицы  1
Наименование параметра	Обозначение, формула	Значение	Примечание
Грузоподъемность, т	Qгр	55,1	[2]
Масса вагона брутто,т	Qбр	94	[2]
Длина по осям сцепления автосцепок, м	2Lc	15,28	[2]
База, м	2l	11,06	[2]
Конструкционная скорость, км/ч	V	120	[2]
Максимальный коэффициент вертикальной динамики	Кдв	0,35	[1]
Ускорение свободного падения , м/с2	g	9,81	[3]
Радиус расчетной кривой, м	R	250	[1]
Расстояние между задними упорными плитами автосцепок, м	2Lз	12,030	[2]
Расстояние между передними упорными плитами автосцепок, м	2Lп	13,33280	[2]
Длина корпуса автосцепки, м	а	1	[1]
Возможное боковое перемещение шкворневого сечения       рамы, м	del	0,04	[1]
Разность уровней осей сцепленных вагонов, м:	e		[1]
- по I расчетному режиму;		0,1
- по III расчетному режиму		0,05
Длина жесткого стержня, образованного двумя сцепленными автосцепками, по условным шарнирам в точках опоры на вагоны А и Б, м:	b		[1]
- при растяжении;		1,81
- при сжатии		2
Конструктивный вылет автосцепки за плоскость лобового бруса, м	с	0,61	[1]
Полный ход поглощающего аппарата, м	h	0,12	[1]
Расстояние точки приложения поперечной составляющей квазистатическоц силы от плоскости лобового бруса, м:	а=b/2-c±h		[1]
- при растяжении;		0,175
- при сжатии		0,51
Давление паров груза, МПа	Рпар	0,2513	-
Внутренний диаметр       котла, мм	D	3000	[2]

4 Условия расчета

4.1 Согласно рекомендации п.6.2 «Норм…», расчет был выполнен с использованием  специализированного программного вычислительного комплекса, реализующего метод конечных элементов (МКЭ) на ПЭВМ стандарта IBM-PC.

4.2 Подготовка данных о топологии конечно-элементной расчетной схемы, вычисление напряжений в элементах, распределение нагрузок в конструкции, а также рисование расчетных схем производились с использованием специально разработанного прикладного программного комплекса.

4.3 Для описания подкрепляющих и несущих элементов конструкции вагона  были использованы пространственные пластинчатые  восьмиузловые конечные элементы, представленные соответственно на рисунке 2.

Рисунок 2–пространственные пластинчатые восьмиузловые конечные элементы

4.4 В качестве глобальной системы координат при составлении расчетной схемы была выбрана правая Декартова система с центром на продольной оси вагона в плоскости среднего сечения котла. Ось «X» системы координат направлена вдоль продольной оси вагона, ось «Z» – вертикально вниз.

4.5 Общий вид расчетной модели с сеткой конечных элементов приведен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Общий вид расчетной модели с сеткой конечных элементов

4.6 Расчет выполнен для действия каждой из составляющих нагрузок согласно «Норм…».

4.7 В качестве кинематических граничных условий в расчетных случаях были приняты следующие:

-  в узлах расчетной модели, соответствующих опиранию на пятник, были введены закрепления от перемещений в направлении поперечной оси «Y», продольной оси «X» и поворота относительно вертикальной оси «Z»;

-  при расчете от действия продольной нагрузки в узлах расчетной схемы, соответствующих ударным поверхностям упоров автосцепного устройства, с неударной стороны были введены закрепления в направлении продольной оси «X»;

-  при расчете от действия сил первого ремонтного режима (подъем груженого вагона под концы шкворневой балки c одного конца полурамы вагона) согласно п. 2.16 «Норм…» были введены закрепления от перемещений в направлении вертикальной оси «Z» узлов расчетной схемы, соответствующих зонам опирания домкратов шкворневой балки с одного конца вагона, и всех линейных перемещений в узлах расчетной схемы, соответствующих шкворню, с другого конца вагона;

-  при расчете от действия сил второго ремонтного режима (подъем груженого вагона под концы шкворневых балок с обеих сторон рамы вагона) согласно п. 2.16 «Норм…» были введены закрепления от перемещений в направлении вертикальной оси «Z» узлов расчетной схемы, соответствующих зонам опирания домкратов шкворневых балок с обоих концов вагона, и в направлении продольной оси «X» в узлах расчетной схемы, соответствующих ударной поверхности упора автосцеп­ного устройства, с одного конца вагона;

-  при расчете от действия сил третьего ремонтного режима (подъем груженого вагона под один конец шкворневой балки) подъемка под один конец шкворневой балки осуществляется для смены элементов рессорного комплекта или коробки бокового скользуна тележки)) согласно п. 2.16 «Норм…» были введены закрепления от перемещений в направлении вертикальной оси «Z» узлов расчетной схемы, соответствующих зоне опирания домкрата, с одной стороны шкворневой балки с одного конца вагона, поперечной оси «Y» в узлах расчетной схемы, соответствующих шкворням и в направлении продольной оси «X» в узлах расчетной схемы, соответствующих ударной поверхности упора автосцеп­ного устройства, с другого конца вагона.