Модуль3. Конструирование и расчет вагонов КР ПР3

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

Расчет котла цистерны на внутреннее давление и вертикальные нагрузки

Цель работы: научиться выполнять расчет котла цистерны на внутреннее
давление и определять вертикальные нагрузки, действующие на котел.

Краткие сведения из теории

Внутреннее давление в котле цистерны возникает вследствие налива и испарения
жидкого груза или заполнения котла грузом с избыточным давлением (например, в
цистернах для сжиженных газов). Наибольшая величина р1 такого давления определяется

по регулировке предохранительных клапанов.

Также внутреннее давление в котле цистерны возникает в результате
гидравлических ударов жидкости, обусловленных продольными силами инерции. При
равномерном распределении продольной силы инерции Тц на вертикальную проекцию
днища, перпендикулярную продольной оси котла, внутреннее давление определяется по
формуле:

Т

ц

Р ^ ⁼ ^’
nR

где R1 - радиус цилиндрической части котла;

Р

гр

Тц = Т ^,

Р_бр

где Т - продольная нагрузка для I и III расчётных режимов;

(3.1)

(3.2)

Р_гр - масса груза в котле, т;

Р_бр - масса брутто цистерны, т.

При испытании котла на прочность давление р₃ возникает при отсутствии р₁ и р₂.
Поэтому расчётной величиной является сумма р1 + р₂ или р₃. Согласно нормам расчёта
вагонов на прочность, р₃ > р1 + р₂. Величина р₃ при испытании котла на прочность
принимается равной 0,6 МПа у цистерн для перевозки светлых и темных нефтепродуктов
и 3 МПа у цистерн для перевозки сжиженных газов.

В котле цистерны, подверженному действию внутреннего давления р, возникают
напряжения, которые могут быть вычислены по формулам безмоментной теории
оболочек. Такие оболочки, не испытывающие изгиба, иногда называют мембранами, а
напряжения в них, определяемые без учёта изгиба - мембранными напряжениями.

Мембранные напряжения в цилиндрической части котла в поперечном сечении I-I
(рис. 3.1), определяются по формуле:

Р^R1

2 h ’

(3.3)

где р – расчетное давление в котле, максимальное значение которого достигается
при испытании котла на прочность, МПа;

R1 и h1 - радиус и толщина стенки цилиндрической части котла, м.

Рис. 7.1 Расчетная схема котла цистерны

Мембранные напряжения в цилиндрической части котла в продольном сечении
II-II (по образующей), определяются по формуле:

а = А

² h1

.

(3.4)

При определении мембранных напряжений в цилиндрической части котла следует
учитывать, что наибольшие напряжения будут возникать в верхних и средних листах
цилиндрической части котла, которые имеют наименьшую толщину.

Мембранные напряжения в сферическом днище (или сферической части
эллиптического днища), определяются по формуле:

а = А

• ³ 2h ^,

(3.5)

где R₂ и h₂ - радиус и толщина стенки днища, м.

По таким же формулам определяются мембранные напряжения в колпаке (при
подстановке соответствующих значений R и h).

Осуществлённая в современных конструкциях цистерн отечественных железных
дорог замена нахлёсточных соединений стыковыми и больших колпаков малыми
существенно снизила вышеуказанные местные напряжения.

При расчёте котла цистерны вертикальные нагрузки, действующие на котёл, могут
рассматриваться в качестве равномерно распределённых с общей интенсивностью:

^Р гр + P к + ^Р д
q = ,

2lц ^,

(3.6)

где Рк – вес котла цистерны, т;

Р_д – вертикальная динамическая нагрузка, т;

2lц – длина цилиндрической части котла, м.

При I расчетном режиме вертикальная динамическая нагрузка мала и её можно не
учитывать.

Порядок выполнения работы

• 1) Выбрать из таблицы 3.1 согласно последней цифре личного шифра (логина)
  вагон, для которого необходимо выполнить расчет.
• 2) Провести расчёт мембранных напряжений в цилиндрической части котла в
  поперечном и в продольном сечении.
• 3) Оформить отчёт о проделанной работе.

Варианты заданий

Таблица 3.1

Содержание отчета

Тема занятий; дата выполнения; цель работы; результаты работы; ответы на
контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

• 1) Опишите конструкцию котла нефтебензиновых цистерн.
• 2) Какова длина универсальных 4-осных цистерн по осям сцепления автосцепок?
• 3) В чем состоят особенности конструкции цистерн нового поколения?