Proiectarea unui vagon de marf descoperit pe 4 osii pentru transport huil . Date ini iale: -sarcina pe osie -tara vagonului -ampatamentul vagonului -categoria liniei pe care circul -ecartamentul c ii -viteza maxim de circula ie Con inutul proiectului: 1. Alegerea tipului de boghiu i descrierea solu iei constructive 2. Calculul dimensiunilor principale ale vagonului 3. Verificarea nscrierii n gabarit 4. Calculul de verificare la oboseal a osiei montate 5. Calculul de verificare la asiului 1. Alegerea tipului de boghiu i descrierea solu iei constructive Pentru acest tip de vagon alegem un boghiu Y-25 Cs. Acest tip de boghiu este reprezentat n figura urm toare: 2Q=20 tf T=14,5 t a=13,6 m C4 e=1435 V=100 km/h

Cadrul boghiului este rigid fiind compus din longeroanele 1 i longrinele intermediare 2, asamblate, prin sudur de traversa principal 3 (pe care se afl crapodina 4 i glisierele 5) i de dou treverse frontale 6. longeroanele Profil dublu T) i traversa crapodinei (sec iune nchis ) au n l imea variabil i sunt daN mm 2 A i W c ! 25 ? daN mm 2 A, n din platbande de o el cu W r ! 42 ?

construc ie sudat , la care nu se face detensionare sau normalizare. Cutiile de osie 7, din o el turnat sunt prev zute cu consolele 8, pe care reaz m arcurile elicoidale 9, suspensia din grupuri de cte dou arcuri elicoidale concentrice i de n l imi diferite are elasticitatea 3 10 1 ?mm kN A pn la sarcina de 136 ?kN A i 1 10 1 ?mm kN A peste aceasta. Fiecare cutie e prev zut cu amortizor cu fric iune 10, cu amortizare variabil cu sarcina (de tip LENOIR). Jocurile longitudinale sunt practic nule, iar jocurile laterale de 10 mm. For a orizontal anuleaz jocul longitudinal al cutiei de osie ntre f lci i ghiare. n acest fel prin rigidizarea osiilor fa de longeron, se mic oreaz lungimea de und a mi c rii de erpuire i se poate asigura o bun stabilitate a circula iei pn la viteza de 110 [KM/h]. Masa boghiului este de cca. 4400 [kg]. Boghiul poate fi utilizat i la vagoanele cu cupl automat i este apt de a primi osii pentru ecartament larg. 2. Calculul dimensiunilor principale ale vagonului a) Calculul sarcinii utile T G max ! 2Q n n-num rul de osii b) Verificarea coeficientului tehnic de tarT kt ! k ! 0,40 G k t -este cuprins ntre 0.37...0.48 pentru vagoanele cu 4 osii G ! 2Q n T G ! 36,25?tf A

c) Lungimea minim peste tampoane Lt minLt

lt

ai

2a

Lt min !

T G maxm

!

2Q n ! 10m m

m- este greutatea pe metru liniar de cale Pentru liniile de tip C4, m=8tf/m nc -este distan a n consol i n general este 1.9 m lt -lungimea tamponului este 0.6 m 2a * -12.05 m pna la 0.45 m a i -grosimea peretelui frontal 2Q n Lt min ! m 2.4 Calculul volumului specific V0V0 ! V 1 ! ! 0,97 m 3 / tf G N K

?

A

N ! 1.12 z 1.15 coeficientul de utilizarea vagonului K ! 0.5 z 2.5 greutatea specific a nc rc turii ( pentru cereale 0.8; huil =0.9;

cocs=0.5; c rbune=0.2; sare=1; nisip=1.8 ) 1 V0 ! N K 2.5 Calculul volumului geometric al cutiei VV ! G N K

?m A! 35,19?m A3 3

2.6 Lungimea peste tampoaneLt ! 2a * 2nc lt 2ai u Lt min Lt ! 19,5m

2.7 Lungimea interioar a cutiei Li ?mALi ! V ! 17,4m H li

unde: V-volumul geometric H-n l imea interioar a cutiei vagonului li 2730 z 2740 ?mmA li ! 2.74 ?mA Li ! LC 2ai ! ? a * 2nC ai A 2ai ! 2a * 2nC 2 2.8 n l imea de nc rcare util H ?mAH ! V 101.75 ! ! 0,8 ?mA Li li 16.3 2.74

3. Verificarea nscrierii n gabarit 3.1 Cazul circula iei n curbe situat n plan orizontal

ei -deplasarea interioar care este deplasarea vehiculului nspre interiorul curbei ee -deplasarea exterioar la capetele acestuia 3.1.1 Calculul deplas rii interioare eiei ! n a* n es d p2 2 q k W } 0,2365m ?mA 2R 2 8R 2a * n! ! 6,8m 2

R-raza curbei i se pot lua urm toarele valori: 35, 70, 200, 250, 350, 400, 700 e s -este supral rgireaes ! e S ! 1,46m

e=1435 S=25 mm q-jocul dintre fus i lag r q=0.03 m k-dep irea maxim admis fa de gabaritul k=0.075 m pentru p r ile situate mai sus dect cota inei cu 430 mm k=0.025 m pentru p r ile situate mai jod de 430 mm p-reprezint ampatamentul boghiului 1800 mm W=0.03 m -jocul admis n traversa dansant d-distan a dintre suprafa ele exterioare ale buzelor bandajelor. La curbe uzual 1425 mm 3.1.2 Calculul deplas rii exterioareee !* 2 nc a* nc es d p2 2n 2a W q c * k ! 0,124 m 2R 2a 8R 2

nc ! 1.9 3.2 L imea maxim peste tampoane

Lmax t ! G 2ee ! 2,9m

G=3150mm

4. Calculul de verificare la oboseal a osiei montate4.1. For ele care ac ioneaz asupra osiei montate. For e generate de masa vehiculului. Asupra osiei ac ioneaz , n primul rnd, for e generate de masa vehiculului care pot fi for e verticale statice i dinamice , for e orinzontale (laterale) date de for ele de iner ie la circula ia n curbe , la care se pot adauga cele produse de presiunea vntului. n afar de acestea , n exploatare intervin for ele i momentele care iau nastere la frnarea sau cele dezvoltate de motorul de trac iune. Aceste for e ac ioneaz pe fusurile osiei i n suprafe ele de contact dintre ro i i ine , precum i la periferia coroanei din ate i pe fusurile lag relor motoarelor de trac iune ale osiilor motoarelor. Masa vehicului poate exercita asupra osiei , prin intermediul fusurilor i

ro ilor orizontale i verticale care sunt prezentate n figura urm toare: 4.1.1 Sarcina static vertical Ps[daN] Aceasta este sarcina vertical care ac ioneaz asupra ambelor fusuri ale osiei n timpul sta ionarii vehiculului pe o linie n palier i alianiament ; n majoritatea cazurilor aceasta se mparte egal pe cele dou fusuri , dar poate fi i inegal repartizat .

Sarcina static ce revine fiec rui fus n parte se poate stabilii cu rela ia :m1 g ! 5240daN 2 unde : m1 g - reprezint sarcina vertical trasmis osiei prin intermediul Ps !

suspensiei osiei.m1 g ! Gv 4 m2 g ! 10480daN 4

unde : m2 g - reprezint greutatea osiei montate i a boghiului.Gb 2 Gb ! 4,4 ? A - greutatea boghiului m2 g ! 2,2 ?tf A tf m2 g !

4.1.2 Suprasarcina vertical dinamic Acesta apare n timpul mersului datorit oscila iilor verticale ale vehiculului i care depind de nereguralita iile c ii i de caracteristicile suspensiei:Pd ! m1 g E m1 g 2 E ! 0,25 - coeficientul dinamic conform raportului ORE B 136/RP11 10480 2620 ! 11790 ?daN A Pd ! 2

4.1.3 Sarcinile orizontale transversale a) For a centrifug necompensat Cs [daN] V2 h s ! 7021,6?daN A Cs ! m1 g 2 2 3,6 g R 2S c v viteza n regim S v ! 100 km h Rc raza curbei Rc ! 250 ?mA

? A

Hs supranc rcarea inei hs ! 0,12 z 0,17 ?mA adopt m hs ! 0,15 ?mA 2S distan a dintre planele cercurilor de rulare 2S ! 1500 ?mmA! 1,5 ?mA

b) For a dat de presiunea vntului Ws [daN] -ac ioneaz pe suprafa a lateral a p r ii suspendate i este dat de rela ia:

Ws ! As ! Z As ! H L0 ! 18 0,8 ! 14,4 m2 - aria suprafe eilaterale Z ! 50 daN / m - presiunea vntului Ws ! 14,4 50 ! 720 ?daN A2

?

A

? A

c) For a orinzontal H [daN] - reprezint rezultanta for elor de la punctul a) i b) reduse la centrul de greutate a vehiculului.H ! F m1 g ! 0,15 10480 ! 1572 ?daN A unde F ! 0,15 - coeficientul pentru osiile vehiculelor din convoi.

4.1.4 Reac iunile y1 i y2 ale inei exterioare Aceasta la circula ia n curb , ac ioneaz la buza bandajului i sunt date de rela iile:y1 ! f1 m1 g y 2 ! f 2 m1 g

unde f1 ! 0,3 i f 2 ! 0,5 - reprezint s ge iile suspensiilor pentru osiile vehiculelor din convoi. 4.1.5 Reac iunile verticale ale inelor Q1 i Q2 Cunoscnd Ps , H , y1 , y2 avem urm toarele expresii ale sarciniilor pe fusuri.F h1 m1 g 1 P1 ! E 2 b F h2 m1 g P2 ! E 1 b 2 y1 ! 0,3 10480 ! 3144 ?daN A y2 ! 0,15 10480 ! 1572 ?daN A

b = 1m = 1000 mm h1 ! 1270 mm - reprezint distan a de le axa osiei la centrul de greutate a cutiei. E = 0,25 coeficientul dinamic0,15 1270 10480 1 ! 7545,6 ?daN A P ! 0,25 1 1000 2 0,15 1270 104800 1 ! 5554,4 ?daN A P2 ! 0,25 1000 2

Reac iuniile verticale ale inelor sunt:P b S P2 b S y1 y2 r Q1 ! 1 ! 8375,26 2S Q2 ! 7379,66?daN A

unde S = 750 mmr! D 950 ! ! 475 - raza ro ii pe cercul de rulare. 2 2

4.2 Alegerea osiei boghiului

Osia are forma unei bare drepte cu sec iunea circular , cu por iuni de diametre diferite corespunzatoare solicit rilor la care sunt supuse i destina iei acestora. Principalele p r i ale osiei sunt: - corpul osiei care reprezint partea central cuprins ntre ro i - por iunile de c lare pe care se preseaz cele 2 ro i - fusurile pe care se monteaz cutiile de osie. Spre a micsora efectul de concentrare a tensiunilor ntre diferitele sec iuni ale osiei sunt prevazute racord ri cu raze de 15-75 mm , iar ntre fus i por iunea de calare s-a prev zut o zon intermediar numit um rul osiei. n cazul vagonului de proiectat se va folosi tipul de osie pentru lag re cu rulmen i cu simbolul OR1 care este reprezentat schematic n figura urm toare.

4.3 Calculul osiilor Osia este solicitat la ncovoierea n principal de sarcinilor generate de masele suspendate dar i de for ele de trac iune i frnare , for ele de reac iunilor de la sistemul de antrenare , for elor de conducere de la buza bandajului. n plus osia este solicitat la torsiune , n special datorit sistemului de antrenare , dar i alte cauze cum sunt diametrele inegale ale cercurilor de rualre , lungimile inegale ale inelor n curbe for e de frnare inegale pe cele dou ro i. Solicit rile suplimentare apar datorit ocurile primite de la ine , care sunt dependente de vitez . La proiectare , pentru un calcul ct mai mai exact se determin pentru fiecare caz de ncarcare considerat diagramele momentelor Mv de ncovoiere n

plan vertical i Mh n plan orizontal , produse de for ele ncovoietoare Mi rezultate i a momentelor de torsiune Mt. La calculul de verificare la oboseal a osiei montate adoptate se vor urm ri etapele metodei de calculul recomandat de ORE. Metoda de calcul recomandat de ORE cuprinde: - determinarea for elor aplicate - calculul momentelor i tensiunilor de ncovoiere i r sucire - stabilirea rezistentelor admisibile n diferite sec iuni ale osiilor - inventarierea celor mai bune solu ii privind forma osiei. 4.3.1 For elor care trebuie luate n considerate la calcului osiei Aceast metod recomandat s se ia n considerare att for ele generate de masa vehiculului ct i cele produse de masa vehiculului. P1 = 7545,6 daN P2 = 5554,4 daN For ele trasversale H = 1572 daN y1 = 3144 daN y2 = 1572 daN Reac iunile inelor Q1 = 8375,26 daN Q2 = 7379,66 daN b) Fortele produse n regim de frnare. La frnare asupra osiei montate ac ioneaz for ele de aderen dintre ro i i ine precum i for ele orizontale de iner ie trasmise prin cutiile de osie de la asiul boghiului. For a de aderen dintre raot i in esteFd ! Q Q Q ! 0,3 - coeficient de frecare

Valorile for elor Ph care ac ioneaz asupra fusurilor depind de dizpozitivul de frnare. n cazul frn rii simetrice cu doi sabo i pe fiecare roat , avem:Ph ! 0,3 Q T G 14,5 36,25 Q! ! ! 6,34 ? A tf 8 8 Ph ! 0,3 6,34 ! 1,903 ?tf A ! 1903 ?daN A

4.3.2 Sec iunile de calcul Sunt recomandate cinci sec iuni de calcul S1.S5 care sunt prezentate n figura urm toarele , fiind plasate la urm toarele distan e fa de planul de aplicare a sarcinii P1: Lungimile Diametrele Tronsoanelor L1 = 80 mm d1 = 120 mm L2 = 165 mm d2 = 146 mm

L3 = 360 mm L4 = 412 mm L5 = 1000 mm

d3 = 185 mm d4 = 160 mm d5 = 160 mm

Sec iunile S1 , S2 , S4 sunt situate la nceputul racord rile. n aceste cazuri coeficien i de concentrare vor fi:KW 1 ! 1,02 ; KW 2 ! 1,13 ; K W 3 ! 1,0 ; KW 4 ! 1,02 ; KW 5 ! 1,0

4.3.3 Momentele rezultante de calcul a) Momente de ncovoiere n plan vertical Mvi [daNmm]d 1 M v1 ! P l1 ! 7545,6 80 ! 603648 ?daN mmA d M v 2 ! P2 l2 ! 7545,6 165 ! 1245024 ?daN mmA d M v 3 ! P3 l3 Q1 l3 b S y1 r ! 3288537,4 ?daN mmA d M v 4 ! P4 l4 Q1 l4 b S y1 r ! 2972197,32 ?daN mmA d M v 5 ! P5 l5 Q1 l5 b S y1 r ! 2757555 ?daN mmA

b) Momentele de ncovoiere n plan verticla Mvi Pentru c sabo ii de frn sunt considera i ca situa i n planul orizontal de d d simetrie al osiilor rezult ca M vi ! 0 c) Momentele n plan orizontal M Him1 g m2 g ! 6340?daN A 2 M H 1 ! 80 6340 0,3 ! 152160?daN A M H 2 ! 165 6340 0,3 ! 313830?daN A M H 3 ! M H 4 ! M H 5 ! 250 0,3 6340 ! 475500?daN A

Pentru P !

d) Momentele de torsiune M Ti ?daN A M Ti ! 0 ntre planul de rulare i cel de nc rcare I=1,2.MT1 ! M T 2 ! 0 M T 3 ! M T 4 ! M T 5 ! 250 0,3 6340 ! 475500

e) Momentul echivalent Mechi [daN] Momentul echivalent este dat de rela ia:2 2 2 M echi ! M Vi M Hi M ti

i ? z 5A 1

d d d M vi ! M vi M vi

M echi1 !M echi2 ! M echi3 ! M echi4 ! M echi5 !

6036482 1521602 0 ! 1200444, ?daN mmA12450242 013830 2 0 ! 1283968,07 ?daN mmA 3288537,42 8437502 1603125 ! 3443370,49 ?daN mmA 6287374,92 4755002 903450 ! 3142637,75 ?daN mmA 27575552 475002 903450 ! 2940481,54 ?daN mmA

4.3.4 Calculul tensiunilor maxime W max ? / mm 2 A daN Pentru o elul A1 are conform fi ei UIC 881-0 o rezisten de rupere de 55-65 daN/ mm 2 se recomand urm toarele rezisten e admisibile. W d ! 16,6 ? daN / mm 2 A - pentru corpul osiei W d ! 10? daN / mm 2 A - pentru celelante p r iW max 1 ! 1,02 W max 2 W max 3 W max 4 W max 5 32 622529,97 ! 3,74 daN / mm 2 10 daN / mm 2 2 T 120 32 1283968,07 ! 1,13 ! 4,11 daN / mm 2 10 daN / mm 2 2 T 146 32 3443370,49 ! 1,0 ! 5,54 daN / mm2 10 daN / mm2 2 T 185 32 3142637,75 ! 1,02 ! 7,81 daN / mm 2 10 daN / mm 2 2 T 160 32 2940481,54 ! 1,0 ! 7,3 daN / mm 2 10 daN / mm 2 2 T 160

?

A

?

A

?

A

?

A A

?

A

?

A

?

A

?

?

A

?

A

5. Calculul asiului 5.1 Rolul i clasificarea asiurilor asiul este acea parte a vehicului pe care se plaseaz nc rc tura util , dar care suport i alte sarcini provenite din greutatea instala iilor i diversificarea agregatelor cu care sunt nzestrate vehiculele , precum i din for a de trac iune i de frnare , for a de iner ie , tampon ri , etc.

La asiul i cutia vehiculului se distinge elemente principale de rezisten , elementele auxiliare de rezisten i elementele neportante care ndeplinesc alte func ii. Totalitatea elementelor care asigur rezisten a i rigiditatea la sarcinile care intervin n exploatare formeaz structura portant sau de rezisten ; n func ie de amplasarea elementelor de rezisten , aceste structuri pot fi cu: - asiu rigid sau portant ( vagon platform ) - asiu cu pere i laterali purt tori (Vagoane descoperite) - cutie autoportant (vagoane acoperite) asiurile vagoanelor cu boghiuri reaz m pe acestea prin intermediul crapodinelor superioare care sunt montate pe traverse puternice (veyi figura urmatoare) , denumite traverse ale crapodinei sau traversa principal (4). La aceste asiuri , longeroanele principale (1) sunt plasate , n general , n planul pere ilor laterali , iar longeroanele intermediare (2) se a eaz la o distan de 1/3 1/4 din l imea vagonului.

asiurile sunt ast zi , aproape n exclusivitate construc ii sudate realizate din profile laminalte sau ambutisate din OL 37 sau OL 52. 5.2 Calculul simplificat al asiului asiurile fiind alc tuite din bare longitudionale , transversale i diagonale , legate ntre ele prin sudur , reprezint structuri spa iale sattic nedeterminate. n schemle de calcul se consider n majoritatea cazurilor , c barele , reprezentate prin axele lor , sunt situate n acelasi plan i sunt legate prin noduri rigide. La proiectare , se folosesc ini ial scheme simplificate , n care se iau n considerare principalele elemente derezisten , care se dimensioneaz prin calculul pentru sarcinile verticale i longitudionale , celelalte elemente se aleg constructiv. 5.2.1 For e care ac ioneaz asuprea asiului. a) For e verticaleGb ! Gv Gu ! Gtotal 2 Gboghiu

Gb greutatea brut Gv greutatea cutiei Gu greutatea nc rc turii utileGtotal ! T G Gb ! 50,75 2 4,4 ! 41,95 ? A tf

b) Sarcina dinamic vertical Gdin !] Gl - reprezint for ele dinamice ce apar di cauza accelera iilor , misc rilor oscilatorii pe vertical ale vehiculelor n mers. ] ! 1,3 - coeficient dinamic Gdin ! 1,3 41,95 ! 54,53 ? A tf

c) Sarcini orizontale - sarcina static de nc rcare pe fiecare tampon GHt = 1000 kN - sarcina static de trac iune pe vagon GHv = 1500 kN d) For ele datorate frn rii n timpul frn rii apar for e n elementele sistemului de frn i for ele de iner ie pe direc ia longitudional corespuz toare for ei de fr nare maxime.Ff max ! 0,3 Gb ! 0,3 41,95 ! 12,58 ? A tf

5.2.2 Calculul longeroanelor principale. Longeroanele principale considerate ca grinzi simplu rezemate sr dimensioneaz pentru solicitarea de ncovoiere produs de sarcinile verticale. La vagoane n general sarcina vertical este uniform repartizat pe toat lungimea longeronului principal rezultnd pe unitatea de lungime nc rcarea F care se calculeaz cu urm toarea rela ie:p! Gdin 2 d 2 nc*

2d* = 12,5 [m] componentul vagonului nc = 1,9 [m] distan a n consol p! 54530 ! 3,13 ?N / mmA 12,5 103 2 1,9 103

Diagrama de for e t ietoare i de momente ncovoietoare se ob in n felul urm tor:

Momentele n punctele A,B i C vor fi:M iA ! M iB ! M iC p nc ! 5649650?NmmA 2 2 p a 2 ! n 2 c ! 66502800?Nmm A 2 4 2

Rezult c momentul maxim se afl la mijlocul grinzii unde for a t ietoare este nul . Tensiunea admisibil la ncovoiere este W ai ! 270 ? / mm 2 A N Se alege pentru construc ia asiului un profil I 32 care are modulul de rezistenWzd 728 cm 2 !

? A

Elementele goemetrice ale profilului sunt urm toarele:

Asezarea longeroanelor n num r de 6 este reprezentat n figura urm toare.

Modulul de rezisten a grinzi echivalente va fi:Wz ! G Wzd 61,1 728 103 ! 44480800 mm3 ! M W i ! max ! 1,49 N / mm2 W ai Wz

? A

?

A