Оценка прочности котла цистерны
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Железнодорожный транспорт
Издательство:
Российский университет транспорта
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 37
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Специалитет
Артикул: 786775.01.99
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов специальности «Подвижной состав железных дорог» специализации «Вагоны». В предлагаемой работе приводятся теоретические основы расчета цилиндрических
частей и днищ котлов цистерн. Пособие предназначено для использования на практических занятиях, в курсовом и дипломном проектировании.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)» Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство» В.Н. Котуранов, М.П. Козлов Оценка прочности котла цистерны Учебно-методическое пособие Москва – 2018
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)» Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство» В.Н. Котуранов, М.П. Козлов Оценка прочности котла цистерны Учебно-методическое пособие для студентов специальности «Подвижной состав железных дорог» Москва – 2018
УДК 629.46 К 73 Котуранов В.Н., Козлов М.П. Оценка прочности котла цистерны: Учебно-методическое пособие. – М.: РУТ (МИИТ), 2018. – 37 с. Учебно-методическое пособие предназначено для студентов специальности «Подвижной состав железных дорог» специализации «Вагоны». В предлагаемой работе приводятся теоретические основы расчета цилиндрических частей и днищ котлов цистерн. Пособие предназначено для использования на практических занятиях, в курсовом и дипломном проектировании. Рецензент: заведующий кафедрой «Нетяговый подвижной состав» РОАТ РУТ (МИИТ) Сергеев К.А. © РУТ (МИИТ), 2018
-3- СОДЕРЖАНИЕ Введение……………………………………………………... 4 1 Определение напряжений в оболочках цилиндрических частей и днищ котлов цистерн ……… 5 2 Пример использования методики расчета оболочек цилиндрических частей с применением математического редактора MathCAD…………………..32 Литература………………………………….….……...……... 37
-4- Введение Предложенное учебно-методическое пособие знакомит студентов с теоретическими основами определения напряженно-деформированного состояния оболочек цилиндрических частей и днищ котлов цистерн. В настоящее время существует большое количество методик исследования напряженно-деформированного состояния котла цистерны. Рассмотрим одну из них, наиболее подходящую для использования в учебном процессе по причине ее достаточно высокой точности и сравнительно небольшой трудоемкости расчета. Однако решение данной задачи без применения программных средств все равно представляет некоторую сложность по причине перебора большого количества членов рядов, в которые разложены нагрузки, и может сказываться на точности расчета. Поэтому в пособии представлена программа, написанная в математическом редакторе MathCAD, направленная на облегчение использования предлагаемой методики при самостоятельной подготовке студентами курсовых и дипломных работ, а также при проведении практических занятий.
-5- 1 Определение напряжений в оболочках цилиндрических частей и днищ котлов цистерн Прочность силовых узлов вагонов определяется по допускаемым напряжениям. Их значения регламентированы нормативной документацией [1] применительно к соответствующему расчетному режиму и материалу. Поэтому, чтобы установить прочность оболочек котлов цистерн, необходимо либо расчетом, либо испытаниями определить напряжения в различных зонах котла. Можно наперед сказать, что повышенный уровень напряжений будет в зонах действия локальных нагрузок, а от нагрузок типа внутреннего давления в местах резкого изменения характеристик жесткости (зоны установки устройств загрузки и разгрузки, стыковки листов разной толщины и т.д.), зонах перехода от оболочек одной формы к другой (от цилиндрической части к днищу), а также из-за отклонений от кругового сечения цилиндрической части котла. Учитывая сложное напряженное состояние, необходимо допускаемые напряжения сравнивать с эквивалентными. При определении последних используется критерий энергии формоизменения.
-6- Напряжения в оболочках котлов определяются от действия нагрузок, создаваемых грузом, который их заполняет. Это может быть не только масса груза, распределенная по длине и поперечному сечению (поверхности) котла, но и внутреннее рабочее давление или из-за паров, образуемых грузом, или определяемое по силам инерции, возникающих при переходных режимах движения. Котлы безрамных цистерн воспринимают все виды продольных и поперечных нагрузок, действующих на вагон при маневровой работе и в поезде. У цистерн, имеющих раму, продольные силы действуют на оболочку цилиндрической части котла в зонах крепления его лапами к хребтовой балке, так как лапы препятствуют сдвигу котла при переходных режимах движения. Выясним подробнее как устанавливаются перечисленные нагрузки, обратившись к рис. 1, представляющему одновременно и расчетную схему цилиндрической части котла как цилиндрической оболочки.
-7- Рис.1. Расчетная схема цилиндрической оболочки котла цистерны Обозначенная на этом рисунке интенсивность распределенной нагрузки Р определяется как: ц к гр L Q Q Р 2 , (1) где Qгр – масса груза; Qк – масса котла; 2Lц – длина цилиндрической части котла. Опорное давление: ) )( ( 4 2 1 2 a b R PL q ц , (2) где R – радиус цилиндрической оболочки котла; (b-a) – длина опорных брусков у цистерн, имеющих раму или ширина шкворневой балки у безрамных цистерн;
-8- (β2-β1) – угол обхвата котла опорой; 2R(b-a)(β2-β1) – площадка взаимодействия одной опоры и котла; ) )( ( 4 ) ( 3 4 c d R Q Q Q T r бр гр к – продольная нагрузка, распределенная по поверхности контакта цилиндрической оболочки и лап; Т – продольная сила, величина которой принимается в зависимости от режима нагружения; Qбр – масса брутто вагона; (β4-β3) – угол обхвата оболочки лапой; (d-c) – длина лапы. Естественно, нагрузки Р и q образуют систему самоуравновешенных сил. В расчетной схеме учитывается, что согласно испытаниям и расчетам, днища очень мало реагируют на действие нагрузок Р и q, если расстояние а≤0,5R. В таких случаях (а они доминируют) днища можно считать абсолютно жесткими в плоскости поперечного сечения цилиндрической части и заменять их диафрагмами, показанными на расчетной схеме (рис. 1).
-9- На первом этапе расчета поперечное сечение цилиндрической части при действии нагрузок Р и q остаются круговыми и тогда эту часть котла можно рассматривать как балку, нагруженную равномерной нагрузкой Р с опорными реакциями, представляющими равнодействующие опорных нагрузок: Q=РLц, (3) Эпюра изгибающих моментов этой балки обычно симметричной и симметрично нагруженной относительно среднего сечения имеет вид (рис. 2). Рис. 2. Расчетная схема оболочки котла как балки с недеформируемым контуром поперечного сечения При существующих соотношениях длины цилиндрической части котла 2Lц и базы вагона 2lб наибольший изгибающий момент Мmax будет в среднем сечении и он равен:
-10- 1 2 5,0 2 max ц б ц L l рL М , (4) Напряжения изгиба определяются по обычной формуле, известной из сопротивления материалов: sin 2 max 3 max R M z R M σ , (5) где πδR3=I – момент инерции кольцевого сечения; δ – средняя толщина, равная отношению площади поперечного сечения оболочки цилиндрической части котла, к длине ее срединной поверхности: срединная поверхность делит толщину оболочки пополам; z=Rsinφ – расстояние от нейтральной оси до рассматриваемой точки поперечного сечения. Этот простой расчет обеспечивает выполнение условий общего равновесия расчетной схемы. Однако контур поперечного сечения цилиндрической части котла деформируется и, очевидно, это связано с тем, что его оболочка испытывает какие-то дополнительные к моменту М внутренние усилия, которые самоуравновешены. Их определяют исходя из уравнений теории оболочек.