Diplomová práca · ŽilinskÁ univerzita diplomovÁ prÁca kdmt © Šály vincent 1 ŽilinskÁ...

ŽILINSKÁ UNIVERZITA DIPLOMOVÁ PRÁCA

KDMT

© Šály Vincent

1

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE STROJNÍCKA FAKULTA

KATEDRA DOPRAVNEJ A MANIPULAČNEJ TECHNIKY

DIPLOMOVÁ PRÁCA

2006 Vincent Šály

PDF vytvorené pomocou súšobnej verzie pdfFactory www.pdffactory.com

http://www.pdffactory.com


KDMT

© Šály Vincent

2




KDMT

© Šály Vincent

3

ČESTNÉ PREHLÁSENIE

Čestne prehlasujem, že som diplomovú prácu vypracoval samostatne

s použitím literatúry uvedenej v zozname na konci diplomovej práce, po konzultá-

ciách s vedúcim diplomovej práce a konzultantom.

V Žiline dňa 23. mája 2006 ..................................... podpis




KDMT

© Šály Vincent

4

DIPLOMOVÁ PRÁCA

Názov: Rekonštrukcia nákladného vagóna radu 150 2

Priezvisko a meno: Vincent Šály Rok: 2005/2006

Počet strán: 65 Počet obrázkov: 49 Počet tabuliek: 14

Počet grafov: Počet príloh: 7 Použitá literatúra: 14

Kľúčové slová: koľajové vozidlá, konštrukcia skrine, nákladný vagón, Catia V5R14

Anotácia v slovenskom jazyku:

Diplomová práca pojednáva o komplexnej rekonštrukcii skrine nákladného

vagóna radu 150 2 na skriňu podobnú dnešnému trendu, ktorý sa v železničnej pre-

prave používa. Cieľom diplomovej práce je navrhnúť konštrukciu skrine vagóna s

podporou konštrukčného programu CATIA V5R14, ktorý bude spĺňať všetky poža-

dované predpisy na prevádzku vagónov na európskych tratiach.

Anotácia v anglickom jazyku:

Diploma work deals with complex box reconstruction of freight vagon of 150

2 vagons` group to the box similar to present trend that is used in railway transporta-

tion. The goal of the dissertation is to propose 3D model of this box and appropriate

strength analysis in construction programme CATIA V5R14 that will fullfil all requi-

red regulations of vagons` operation in European tracks.

Vedúci diplomovej prace: Ing. Ferdinand Janíček

Oponent: Ing. Branislav Mintál

Dátum odovzdania diplomovej prace: 23 .5.2006




KDMT

© Šály Vincent

5

Zoznam použitých skratiek a symbolov

ŽSR - Železnice Slovenskej republiky

ZSSK Cargo - Železničná spoločnosť Slovensko - Cargo Slovakia a. s.

UIC - Medzinárodná železničná únia

ERRI - European Rail Research Institut – Európsky výskumný

ústav železničný

T. K. - temeno koľaje

min - minimálne

max - maximálne

mm - milimeter

m - meter

m2 - meter štvorcový

m3 - meter kubický

t - tona




KDMT

© Šály Vincent

6

POĎAKOVANIE

Touto cestou ďakujem Ing. Ferdinandovi Janíčkovi a Ing. Branislavovi Mintá-

lovi za odborné vedenie, cenné rady, odborné usmernenie a pripomienky pri riešení

diplomovej práce.




KDMT

© Šály Vincent

7

OBSAH

1. Úvod ........................................................................................................................................1

2. Analýza súčasného stavu.......................................................................................................10

2.1 TECHNICKÉ ÚDAJE VOZŇA RADU 150 2: ...........................................................................11

3. Konštrukčné riešenie komplexnej rekonštrukcie skrine nákladného vagóna radu 150 2....14

3.1 HLUK A VIBRÁCIE ...........................................................................................................14 3.2 POPIS KONŠTRUKČNÉHO RIEŠENIA JEDNOTLIVÝCH ČASTÍ VAGÓNA RADU...........................16 150 2 ...........................................................................................................................................16

3.2.1 Konštrukcia podlahy..................................................................................................16 3.2.2 Konštrukcia rozšírenia ..............................................................................................17 3.2.3 Konštrukcia predĺženia..............................................................................................18 3.2.4 Konštrukcia čelníka...................................................................................................19 3.2.5 Konštrukcia zatváracieho mechanizmu ......................................................................19 3.2.6 Konštrukcia horného nosníka ....................................................................................20 3.2.7 Konštrukcia odsúvateľných dverí ...............................................................................23

3.3 SAMOČINNÉ BRZDENIE PODĽA NÁKLADU .........................................................................27 Prídavné ventily samočinného brzdenia DAKO DS sa dodávajú v dvoch prevedeniach: ...........28 3.3.1 Snímač loženia DAKO SL..........................................................................................28 Popis: 28 Pôsobenie: ..............................................................................................................................29 3.3.2 Spotreba stlačeného vzduchu za jazdy........................................................................30 3.3.3 Prídavný ventil DAKO DS .........................................................................................31

4. Kontrola kinematického obrysu ...........................................................................................32

4.1 KONTROLA OBRYSU........................................................................................................32 4.1.1 Definície ...................................................................................................................32 4.1.2 Normálne súradnice ..................................................................................................34 4.1.3 Referenčný profil pre kinematický obrys ....................................................................35 4.1.4 Maximálny konštrukčný obrys vozidiel .......................................................................37 4.1.5 Stred kolísania ..........................................................................................................37 4.1.6 Výpočet zúženia šírky ................................................................................................38 4.1.7 Kritérium pre výpočet h [m] ......................................................................................40

4.2 VÝPOČET MAXIMÁLNEJ DOVOLENEJ ŠÍRKY SKRINE DVOJNÁPRAVOVÉHO VOZŇA NA KONCI

PREDSTAVKU A V STREDE MEDZI NÁPRAVAMI................................................................................42 4.2.1 Polovičná hodnota rázvoru........................................................................................42




KDMT

© Šály Vincent

8

4.2.2 Zúženie na konci predstavku ......................................................................................44 4.3 VÝPOČET TANIEROVEJ PRUŽINY ......................................................................................45 4.4 STATICKÉ SKÚŠKY NÁKLADNÝCH VOZŇOV ......................................................................46

4.4.1 Tlakové skúšky v prázdnom stave ...............................................................................46 4.4.2 Ťahové skúšky v prázdnom stave................................................................................47 4.4.3 Skúšky pri zvislých zaťaženiach..................................................................................48 4.4.4 Pevnosť podlahy........................................................................................................49

4.5 ANALÝZY 3D MODELU SKRINE VOZŇA ............................................................................50 4.5.1 Analýza konštrukcie predĺženia vagóna......................................................................50 4.5.2 Analýza konštrukcie rozšírenia podlahy .....................................................................52 4.5.3 Analýza konštrukcie horného nosníka ........................................................................53 4.5.4 Analýza konštrukcie odsúvateľných dverí ...................................................................54 4.5.5 Analýza hlavnej konštrukcie vagóna ..........................................................................55

4.6 OZNAČENIE VOZŇA.........................................................................................................62 4.6.1 Medzinárodné označenie nákladných vozňov .............................................................62

5. Dôvodová správa...................................................................................................................64

5.1 ROZPRACOVANIE ULOŽENIA TOVARU VO VOZNI PRE NIEKTORÉ VYTIPOVANÉ FIRMY. .........65 5.1.1 Firma IZOMAT, a.s., Nová Baňa - výrobca NOBASILu..............................................65 5.1.2 Firma WHIRPOOL TATRAMAT, a.s., Poprad ...........................................................66

5.2 VÝPOČET CELKOVÝCH NÁKLADOV NA KONŠTRUKCIU ŠTVORIČKY A VÝNOSOV PRI JEJ

POUŽÍVANÍ. ..................................................................................................................................67 5.2.1 Výpočet nákladov ......................................................................................................67 5.2.2 Výpočet výnosov........................................................................................................70

6. Záver .....................................................................................................................................72




KDMT

© Šály Vincent

9

1. ÚVOD

Opotrebenie hnacieho zariadenia, rámov a neustály nárast cien nových ná-

kladných vozňov vedie prevádzkovateľov k myšlienkam na rekonštrukciu starších

vozňov. Tie sú navyše podporované skutočnosťou, že mnohé časti vozňa, ako naprí-

klad rám skrine, rámy podvozkov majú životnosť niekoľko desiatok rokov. Niektoré

časti vozňov podliehajú rýchlejšiemu mechanickému, konštrukčnému opotrebeniu, čo

vyplýva z rýchleho rozvoja techniky a technológie. Medzi časti, ktoré podliehajú vý-

raznému fyzickému i morálnemu opotrebeniu patrí napr. skriňa vozidla.

Možností realizácie rekonštrukcie je niekoľko a výber závisí nielen na požia-

davkách odberateľa, ale vo výraznej miere aj na jeho finančnej situácii. Spektrum

variantov je pomerne široké, od rekonštrukcie čelníkov, cez celé nadstavby, či rekon-

štrukcia spodného rámu, rekonštrukcie brzdového ústrojenstva a pod.

Cieľom rekonštrukcie je zachovanie jazdných parametrov vozidla pri zlepšení

jeho úžitkových vlastností s cieľom použitia nových materiálov a modernej konštruk-

cie v KV tak, aby bola rekonštrukcia cenovo prijateľná.




KDMT

© Šály Vincent

10

2. Analýza súčasného stavu

Spoločnosť ZSSK Cargo Slovakia a.s. prezentuje snahu presadzovať postupnú

rekonštrukciu parku svojich nákladných vozňov, ktoré nevyužíva a sú odstavené

v depách, či staniciach - orientácia sa na potreby prepravy nových komodít, nová

štruktúra prepravovaných tovarov.

Železnice Slovenskej Republiky veľa vozňov rozpredali iný spoločnostiam,

majú málo vozňov a preto je z ich strany dopyt po rekonštrukciách starých náklad-

ných vozňov.

V súčasnosti sa na Slovensku nachádza 29 vozňov radu 150 2 a ďalších 103

tomuto radu podobných(napr.: 150 0; 150 1; 153 3), ktoré sú odstavené na rôznych

miestach a nevyužívajú sa, alebo sa využívajú v malej miere.

21 RIV

56 SK-CARGO

150 2 019-9

Gbs

Obr. 2.1

Vozeň radu 150 2




KDMT

© Šály Vincent

11

2.1 Technické údaje vozňa radu 150 2:

Hmotnosť vozňa : 13 500 kg

Prípustná hmotnosť nákladu

pre režim S

Hmotnosť plne naloženého vozňa : 39 500 kg

Dĺžka vozňa s nárazníkmi : 14 520 mm

V súčasnosti je nákladný vozeň 150 2 vybavený tlakovou brzdou systému

OERLIKON z rozvádzačom OERLIKON ESt3, ktorý neumožňuje plynulú zmenu

hodnoty tlaku v brzdovom valci vozňa v závislosti od aktuálnej hmotnosti nákladu.

Väzba medzi vypružením vozňa a rozvádzačom je realizovaná mechanickým páko-

vým prevodom. Z hľadiska prevádzky a zabezpečenia údržby daného radu vozňov sa

použitie systému OERLIKON javí ako neefektívne z dôvodu neexistujúcej možnosti

servisu.

Obr. 2.2 Kinematický obrys UIC 505

A B C

S 18,5 t 22,5 t




KDMT

© Šály Vincent

12

Budem uvažovať s vozňom, ktorý by sa najlepšie rozmerovo priblížil ku Ki-

nematickému obrysu UIC 505 (obr. 2.2), aby som využil v plnej miere rozmerové

možnosti trate.

Tab. 2.1 Zoznam vozňov radu 150 2 na Slovensku

Miesto Vrútky ŽSR Palárikovo Šelpice Štúrovo Z. zr. st. Spolu

Počet 9 13 1 5 1 29

Tab. 2.2 Zoznam vozňov radu 150 na Slovensku

Vozne celkom Vozne vo voľnom behu Vozne v depozite

132 99 33

Pre porovnanie uvádzam tabuľky s počtami vozňov podobných radu 150 2:

Tab. 2.3 Zoznam vozňov radu Hbis na Slovensku

Vozne celkom Vozne vo voľnom behu Vozne depozite

457 456 1

Tab. 2.4 Zoznam vozňov radu Hirrs na Slovensku

Vozne celkom Vozne vo voľnom behu Vozne depozite

25 25 0

Technické parametre vozňov uvedených v tab. 2.3 a 2.4 sú obsahom prílohy č.1.

[7],[6]




KDMT

© Šály Vincent

13

Čo sa týka koncepcie konštrukčného riešenia nákladného vozňa. Pri návrhu

konštrukcie budem uvažovať s obojstranne otvárateľným vagónom s cieľom vzniku

čo možno najväčšieho možného ložného objemu.

V súčasnosti sa začína rozvíjať nový trend spájania nákladných vozňov. Spá-

jajú sa vozne buď do tzv. dvojičiek, trojičiek či už aj štvoryčiek. Ide o to, že keď si

vezmeme jeden vozeň ako celok, tak je nám ho výhodné prepravovať po území nášho

štátu vzhľadom na tarify, ktoré sa u nás používajú bez spojenia ho s iným vozňom.

Ale ako náhle by sme s ním chceli ísť za hranice nášho štátu, tak nám je výhodnejšie

vzhľadom na dané tarify spojiť tento vozeň s iným a máme nižšiu cenu za prepravu.

Preto sa začalo v určitých smeroch v hojnej miere využívať spájanie vozňov, hlavne

pri vývoze tovaru na Rusko, Rumunsko, Ukrajinu a do iných štátov. [5]




KDMT

© Šály Vincent

14

3. Konštrukčné riešenie komplexnej rekonštrukcie skrine

nákladného vagóna radu 150 2

Mojou úlohou bolo urobiť komplexnú rekonštrukciu skrine nákladného vozňa

150 2 pri zachovaní rámu vozňa – podlahy. Musí však byť zachovaný statický obrys

vozidla, ktorý spĺňa požiadavky stanovené UIC 505-1. Vagón bude po rekonštrukcii

vybavený posuvnými bočnicami tak, ako je momentálny trend v konštrukcii vagónov.

3.1 Hluk a vibrácie

Vibrácie sa v konštrukcii prejavujú ako ohybové vlnenie, a preto, že ohybové

vlnenie má vlnové dĺžky porovnateľné z rozmermi mnohých konštrukčných dielcov

vozidla, tak sa ľahko ohybové vlnenie vybudí, čo má za následok vyžarovanie hluku.

Pri konštrukcii a prevádzke koľajových vozidiel, osobnej či nákladnej dopra-

vy, vystupuje stále viac do popredia ako kvalitatívny parameter aj hluk Pri koľajovom

prostriedku sa hluk šíri v zásade dvoma cestami. Šírenie hluku vzduchom - ten je spô-

sobený predovšetkým samotným pohybom vozidla po koľaji, kde vplyvom nerovnos-

ti trate a na základe vlastností konštrukcie pojazdu vzniká hluk v okolí kolies a je

následne vyžarovaný do okolia ako hluk do vzduchu. Pri posudzovaní hluku pojazdu

sa najvýraznejšie hladiny hluku vyskytujú pri podvozkovom pojazde Y-radu. Keď je

bezpodvozkový pojazd, vozeň je akustickými pomermi najlepší. Hluk, ktorý postu-

puje v primárnom styku koleso - koľaj a vzniká predovšetkým ako dôsledok vibrácií,

je ďalej konštrukciou vozidla vedený do skrine, resp. nadstavby vozidla – zložka,

ktorá sa šíri konštrukciou.

V závislosti od rozmerov konštrukcie, druhu vypruženia a možností ciest ší-

renia hluku, následne aj ďalšie časti konštrukcie vozidla opätovne vyžarujú hluk. Naj-

lepšie podmienky takéhoto vyžarovania sú splnené vtedy, keď sú vytvorené tzv. akus-

tické mosty a sú dobré podmienky na kmitanie pomerne veľkých plôch – najčastejšie

steny. Akustické mosty vznikajú vždy keď vibrácie postupujú homogénnym a kom-




KDMT

© Šály Vincent

15

paktným materiálom. K týmto dôvodom ešte pristupuje nerovnosť koľají – kvalita

geometrie koľaje, kvalita chodu(pozdĺžne vôle), rýchlosť jazdy a samozrejme koľajo-

vé styky, výhybky.

Veľmi dobré podmienky na vznik, šírenie a vyžarovanie hluku vznikajú práve

pri nákladných železničných vozňoch, ktoré majú často vytvorené akustické mosty a

zároveň predovšetkým pri plechových konštrukciách môže prísť k výraznému kmita-

niu stien skrine, bočnice, môže dôjsť k vyžarovaniu hluku. Okrem toho pri konštruk-

cii krytých vozňov s posuvnými dverami vznikajú ďalšie podmienky na vznik a vyža-

rovanie hluku pri manipulácii otvárania a zatvárania dverí.

Možnosti znižovania hluku:

- prerušiť akustické mosty - dbať na bezpečnosť, na deformácie,

- znižovanie možností vyžarovania hluku väčšími plochami (znižo-

vanie plochy voľných stien k voľnému kmitaniu), roštové kon-

štrukcie viď obr. 3.1,

- zvyšujeme tuhosť príslušnej častí "platní" viacnásobným uchyte-

ním,

- uchytenie napr. prilepením a možnosť vloženia tlmiaceho člena – v

našich podmienkach sa táto skutočnosť nebude realizovať,

- opatrenie príslušných povrchov plechov antivibračným náterom –

avšak je tu zvýšenie nákladov vzhľadom na cenu náteru,

- prilepenie prídavnej hmoty.

Pre tento typ konštrukcie, ktorý navrhujem, je veľmi dôležité riešiť odpruženie

vodiacej dráhy a nosnej časti konštrukčných dverí. V dutine konštrukcie rozšírenia

podlahy, aspoň na niektorých miestach vložiť gumové elementy absorpčného mate-

riálu, resp. penu, plast.

Antivibračný náter má najväčší význam vtedy, keď hrúbka antivibračného ná-

teru je rovnaká, ako hrúbka plechu.




KDMT

© Šály Vincent

16

a) b) c) d)

Obr. 3.1

Šírenie a vyžarovanie hluku

a) uchytenie plechu bez rebrovania – veľké vyžarovanie; b) uchytenie plechu z rebro-

vaním – malé vyžarovanie; c) opatrenie plechu antivibračným náterom – zníženie

vyžarovania; d) opatrenie plechu antivibračným náterom a rebrovaním – veľké zníže-

nie vyžarovania

Keďže som použil na odsúvateľné dvere hliníkový plech, z hľadiska vyžaro-

vania hluku je pozitívne, že hliník má vyššie vnútorné tlmenie ako oceľ. Hliník má

činiteľ vnútorného tlmenia nižší ako oceľ. Rýchlosť šírenia zvuku v hliníku je

5105m/s.

3.2 Popis konštrukčného riešenia jednotlivých častí vagóna radu

150 2

3.2.1 Konštrukcia podlahy

Vzhľadom na to, že som nemal k dispozícii výrobné výkresy vozňa, bolo nut-

né, aby som celú konštrukciu zmeral tak, aby som mohol namodelovať konštrukciu

3D modelu rámu.




KDMT

© Šály Vincent

17

Obr. 3.2

3D model rámu vozňa radu 150 2

Následne som uvažoval o jej rozšírení a predĺžení. Na rozšírenie konštrukcie

som použil profil U takej veľkosti, aký bol koncový na starej podlahe. Potom som

musel urobiť konštrukciu na nesenie a vedenie odsúvateľných bočníc.

3.2.2 Konštrukcia rozšírenia

Konštrukciu som spravil tak, že na profil U, ktorý sa navarí a prinituje na pro-

fil U, ktorý je na starej podlahe, sa navarí a prinituje profil L, na ktorý sa navaria

zvláštne upravené profily koľajníc. Namiesto profilov koľajníc sa navarí navrch guľa-

tina, alebo sa na profil L privarí len guľatina samá bez podpery.

Obr. 3.3

Detail rozšírenia podlahy




KDMT

© Šály Vincent

18

3.2.3 Konštrukcia predĺženia

Na predĺženie vagóna bolo potrebné skonštruovať nosnú konštrukciu, ktorá

bude niesť čelníky. Konštrukcia musela byť pevná, ale zároveň jednoduchá, musel

som myslieť aj na upevnenie nárazníkov a takisto aj na upevnenie tiahla, aby nedo-

chádzalo hlavne pri nárazoch k poškodeniu konštrukcie.

Nakoniec konštrukcia po všetkých náčrtoch dostala tvar dvoch U profilov oto-

čených oproti sebe, ktoré sú pospájané rebrovaním a pozvárané. Na rebrovanie som

použil plechy o hrúbke 2mm.

a) b)

c)

Obr. 3.4

konštrukcia predĺženia podlahy

a) hlavné rozmery; b) jednotlivé časti; c) 3D model

Predĺženie činilo na jednu stranu 200mm, z čoho vyplýva, že celkové predĺže-

nie vozňa je 400mm. Toto predĺženie muselo spĺňať kinematický obrys vozidla. Táto

celá konštrukcia sa navarí a prinituje na jeden aj druhý koniec podlahy, aby nedošlo

k predĺženiu podlahy iba na jednu stranu. Urobí sa to kvôli tomu, aby ostalo ťažisko

vozňa uprostred náprav a aby nedošlo k väčším klopným momentom na jednom konci




KDMT

© Šály Vincent

19

vagóna, ako by boli vyvinuté na druhom konci a tým by mohlo dôjsť k rýchlejšiemu

opotrebovaniu a deformácii konštrukcie.

Ďalej som musel brať na vedomie tuhosť danej konštrukcie, aby pri uvedení

do prevádzky daná konštrukcia, ktorá je namáhaná od tiaže čelníka, tiaže nákladu.

Následne je namáhaná od tlakovej sily, ktorá je vyvodzovaná cez nárazníky a tieto

hodnoty sú uvedené v štandardizácii nákladných vozňov Erri B12RP17 [10].

3.2.4 Konštrukcia čelníka

Konštrukčný tvar čelníka dal „základný kameň“ na tvar obrysu v priečnom re-

ze v súlade s [9]. Nosná konštrukcia je celozváraná z hliníkových U profilov a jedno-

stranne opláštená konštrukciou z hliníkového plechu a je navarená na nosnúkonštruk-

ciu. Na prednú časť konštrukcie je namotnovaný zatvárací a otvárací mechanizmus.

a) b)

Obr. 3.5

Čelník

3.2.5 Konštrukcia zatváracieho mechanizmu

Zatvárací a otvárací mechanizmus je zkonštruovaný z tyčového materiálu(viď

obr. 3.6), pričom uzatvárací mechanizmus je tvorený hákmi vyrobenými z plošného




KDMT

© Šály Vincent

20

materiálu, ktoré slúžia na zatvorenie a zaistenie odsúvateľných bočných dverí voči

otvoreniu, resp. voči pohybu v smere osi vagóna pri jazde.

a) b)

Obr. 3.6

Zatvárací a otvárací mechanizmus

a) hlavné rozmery a časti; b) 3D model

3.2.6 Konštrukcia horného nosníka

Horný nosník konštrukcie vagóna spája čelníky za účelom spevnenia kon-

štrukcie, pričom jeho hlavnou úlohou je nesenie a vedenie odsúvateľných bočníc.

Konštrukcia bola navrhnutá s cieľom minimalizovať jeho hmotnosť pri zachovaní

požadovanej tuhosti najmä z ohľadom, že na dĺžke 13 160 mm je podopretý iba na

čelníkoch. Konštrukcia neuvažuje zo strednou priečkou na vystuženie, aby som do-

siahol väčší objem vagóna a umožnil lepšiu manipuláciu z nakladaným materiálom.

Zabezpečí sa tým v celej dĺžke vagóna rovnaký prierez na nakladanie a odstráni sa




KDMT

© Šály Vincent

21

s ním zúženie v strednej časti vagóna, ktoré môžme vidieť u vagónoch radu Hbis,

Habbins a im podobným.

Konštrukcia vrchného nosníka je celá spájaná zváraním profilov. Ako hlavné

sú profily I, ktoré sú nosné. Tieto profily sú pospájané krátkymi narezanými U pro-

filmi, ktoré sú privarené medzi profily I v 1000mm rozostupoch.

a) b)

c)

Obr. 3.7

Vrchný nosník

a) hlavné rozmery; b) jednotlivé časti; c) 3D model

Aby sa zabezpečila lepšia stabilita a upevnenie nosníka, bolo treba tento nos-

ník privariť na čelníky tak, aby nebol na nich len položený, ale zase aby nebol iba

opretý o ne z vnútornej strany. Keby bol iba položený na čelníkoch, tak by bola malá

plocha na jeho privarenie, a tak by mala táto konštrukcia nízku nosnosť. Tento istý

prípad by nastal pri jeho opretí z vnútornej strany.

Preto som tento nosník navrhol prizvárať aj o vrch čelníka, ale aj o vnútornú

stenu čelníka, a to tak, že sa do profilov I na obidvoch koncoch urobili zárezy tak, že

po položení nosníka boli I profily privarené o vnútornú stenu z 2/3 jeho výšky.




KDMT

© Šály Vincent

22

a) b)

Obr. 3.8

Uchytenie vrchného nosníka na čelník

a) hlavné rozmery; b) 3D model

Ďalej bolo potrebné na vrchnom nosníku skonštruovať mechanizmus na vede-

nie a nesenie odsúvateľných bočníc. Toto som zabezpečil tak, že do stredu I profilu sa

navarí L profil, na ktorý sa navarí guľatina, po ktorej sa bude odvaľovať koliesko

uchytené na vrchnej časti odsúvateľných bočníc. Oproti nemu pod hornou časťou

bude jedna guľatina priamo na profile I a druhá bude na vedení, ktoré bude urobené

a privarené na konci I profilu. Tieto dve guľatiny budú v horizontálnej rovine. Budú

slúžiť na vedenie kolieska odsúvateľných dverí vrchných.

V spodnej časti I profilu bude guľatina, po ktorej bude koliesko odsúvateľných dverí

vnútorných odvaľované, navarená priamo na jeho spodnej časti. Vrchné guľatiny na

vedenie druhého kolieska na vnútorných dverách použitého na vedenie budú privare-

né pod profilom L navareného v strede I profilu. Jedna bude priamo na I profile, ale

druhá bude privarená na vedení, ktoré bude privarené na konci profilu L. Ďalej bude

na spodnej časti vrchného nosníka privarený profil T, ktorý bude otočený a bude slú-

žiť na nesenie steny na predeľovanie materiálu. Tento profil bude o dĺžke 1m. Na

jeho konci je navarený pliešok, ktorý má za úlohu zabezpečovať to, aby sa stena ne-

zošmykla z profilu T dole. (viď obr. 3.7).




KDMT

© Šály Vincent

23

3.2.7 Konštrukcia odsúvateľných dverí

Po skonštruovaní hlavnej konštrukcie vagóna som začal s konštruovaním od-

súvateľných bočných stien. Bolo potrebné urobiť dve steny sebe podobné obrysom,

ale zároveň iné v ukončení pri hornom nosníku. Vonkajší obrys vnútornej steny mu-

sel kopírovať vnútorný obrys vonkajšej steny.

a)

b)

Obr. 3.10

a) ukončenie vonkajšej odsúvateľnej steny

b) ukončenie vnútornej odsúvateľnej steny

Na konštrukciu odsúvateľných dverí som navrhol dva varianty riešenia:

1. konštrukcia dverí zo štvorcových tenkostenných profilov

2. konštrukcia dverí z dvoch profilov:

a. U profil

b. štvorcový tenkostenný profil

Prvý variant sa skladal zo siedmych zvislých štvorcových tenkostenných pro-

filov ohnutých do požadovaného tvaru. Na spodku konštrukcie bol štvorcový tenko-

stenný profil, ktorý tieto spájal. Medzi jednotlivé zvislé štvorcové tenkostenné profily

som povkladal krátke, ktoré slúžia na vystuženie celej konštrukcie odsúvateľných

dverí.

Druhý variant je obdobný ako prvý. Odlišnosť v ňom je tá, že namiesto zvis-

lých štvorcových tenkostenných profilov som dal ako zvislú výstuhu dverí profil U.

Tento profil je výhodnejší v tom, že pre vrchné vedenie koliesok má lepší tvar ako

štvorcový tenkostenný profil. Je tam viacej priestoru na uloženie zostavy vrchných

koliesok. Dvere som vystužil v štyroch horizontálnych rovinách štvorcovými tenko-

stennými profilmi, ktoré som povkladal medzi U profily.




KDMT

© Šály Vincent

24

a)

b)

Obr. 3.11

Odsúvateľné dvere

a) hlavné rozmery; b) 3D model

Keďže bola taká požiadavka na odsúvateľné dvere, aby mali z vnútornej stra-

ny hladkú plochu, použil som na prekrytie hliníkový plech. Tento plech bude na pro-

fily, z ktorých sú dvere pozvárané prinitovaný. Aj pre túto skutočnosť je zavedenie

namiesto štvorcových tenkostenných profilov zavedenie U profilov výhodnejšie - k

nitovanému spoju sa dostaneme z oboch strán. Na spodok dverí som dal plech na za-

krytovanie spodnej časti odsúvateľných dverí.

Aby boli odsúvateľné dvere funkčné, musia byť na spodnej strane aj na vrch-

nej strane vybavené pojazdom. Ten pozostáva zo zostáv koliesok a ich uchytávacích

zariadení.




KDMT

© Šály Vincent

25

Na spodnej časti je zostava koliesok urobená z dvoch plieškov, medzi ktorými

je na čape nalisované puzdierko, na ktorom je nasadené koliesko a je uchytené zá-

vlačkou, aby sa zamedzil pohyb kolieska v smere kolmom na os vagóna. V plieškoch

sú vložené malé ložiská, aby sa zamedzilo záderu koliesok.

Obr. 3.12

Volené ložisko do spodnej konštrukcie koliesok [8]

Obr. 3.13

Konštrukcia kolieska v spodnej časti odsúvateľných dverí

V hornej časti odsúvateľných bočníc je konštrukcia koliesok robená podobne

ako v spodnej časti. Len tam nie sú dva pliešky, ktoré sa privaria o spodný štvorcový

tenkostenný profil na odsúvateľných dverách, ale je tam ohnutý do tvaru U a v ňom je

vložený čap, na ňom nalisované puzdierko a navlečené koliesko poistené závlačkou.

Tento mechanizmus je uložený v ložiskách. Na koncoch U profilov, použitých

v konštrukcii odsúvateľných stien sú na spodnej časti otvory, do ktorých sa celá zos-




KDMT

© Šály Vincent

26

tava kolieska vloží. Tam sa privarí zo spodnej aj z vrchnej strany profilu. Oproti ne-

mu je len koliesko, ktoré slúži na vedenie odsúvateľných dverí, a zabraňuje dverám

pohyb v smere kolmom na os vagóna.

Obr. 3.14

Volené ložisko do vrchného mechanizmu koliesok [8]

Do hornej časti odsúvateľných dverí som volil dva varianty mechanizmov

koliesok :

1. uloženie mechanizmov koliesok oproti sebe a ich pritláčanie taniero-

vou pružinou

2. jeden mechanizmu kolieska na spodnej časti U profilu a druhý jedno-

duchý oproti nemu na vrchnej časti profilu, ktorý slúži len na vedenie

kolieska

a) b)

Obr. 3.15

Varianty zostáv horných koliesok

a) variant 1.; b) variant 2.




KDMT

© Šály Vincent

27

3.3 Samočinné brzdenie podľa nákladu

Samočinné plynulé brzdenie podľa nákladu zaisťuje brzdenie približne kon-

štantným brzdiacim účinkom v širokom rozsahu celkovej hmotnosti vozidla. Tlak

v brzdovom valci a tým aj brzdná sila, sú prispôsobené celkovej hmotnosti vozidla.

Brzdový valec sa napája stlačeným vzduchom z prídavného ventilu samočinného brz-

denia (tlakové relé) v závislosti na výstupnom tlaku snímača zaťaženia, ktorý je u-

miestnený v systéme vypruženia pojazdu vozidla.

Samočinné plynulé brzdenie podľa nákladu DAKO splňuje požiadavky

a parametre predpísané vyhláškou UIC 541 – 04 a umožňuje:

- Mnohostranné použitie u dvojnápravových aj podvozkových vozov

a vozových jednotiek. Snímače zaťaženia DAKO odpovedajú jednotnému gabaritu

pre jednoduché zabudovanie v podvozku Y25.

- Brzdenie vozov kategórie S s prídavným ventilom DAKO DS

a s maximálnou brzdiacou váhou na nápravu 14,5 t ( l = 100% do hmotnosti 14,5 t na

nápravu). Pri hmotnosti 22,5 t sa dosiahne brzdiace percento l = 65% podľa vyhlášky

UIC 543.

Obr. 3.16

Zaťaženie na nápravu (t)




KDMT

© Šály Vincent

28

- Brzdenie vozňov s brzdou odlišnou od klasickej brzdy

s liatinovými klátikmi (nekovové klátiky, klátiky zo spekaných kovov, kotúčová brz-

da a pod.). Charakteristiky prídavného ventilu samočinného brzdenia DAKO DS sa

prispôsobia podľa želania užívateľa silovým parametrom použitej brzdy.

Prídavné ventily samočinného brzdenia DAKO DS sa dodávajú v dvoch preve-

deniach:

- Variant s prírubou je určený pre priame spojenie s rozvádzačom DAKO na

nosiči alebo na prírube pomocného vzduchojemu.

- Variant s nosičom je určený pre samotnú montáž v spodku vozňa alebo

v podvozku. V tomto prevedení je možné použiť ventily samočinného brzdenia

DAKO v kombinácii s inými rozvádzačmi tlakovej brzda UIC.

3.3.1 Snímač loženia DAKO SL

Snímač SL slúži k samočinnému riadeniu intenzity brzdenia koľajových vozi-

diel. Je uložený v systéme vypruženia vozňa takým spôsobom, aby zaťažovacia sila

Q, ktorá pôsobí na jeho piest, odpovedala 25% hmotnosti odpružených hmôt pripada-

júcich na 1 nápravu. Do snímača sa privádza vzduch z pomocného vzduchojemu brz-

dy a výstupom zo snímača je riadiaci tlak, ktorého výška ju úmerná zaťažovacej sile

Q. Snímač SL je schematicky znázornený na obr. 3.16.

Popis:

V telese 1 je uložený zaťažovací piest 2, na ktorý pôsobí sila Q, úmerná hmot-

nosti nákladu. V telese ventilu je ďalej prevodový mechanizmus, pneumatický piest

a dvojventil. Prevodový mechanizmus pozostáva zo štyroch doštičiek 9 trojuholníko-

vého tvaru, ktorý sa v strede opiera o piestnicu 12 pneumatického piesta 10. Na von-

kajšej strane sú doštičky 9 uložené v objímkach 21, v ktorých sú usporiadané priečne

drážky 5 a 6 pre uloženie valčekov 4 a 7. Valčeky sa dotýkajú doštičiek 9, pričom

spodné valčeky 4 ležia na kotúči 3 zaťažovacieho piesta, zatiaľ čo horné valčeky 7 sa

opierajú o priečku 8 spojenú s telesom ventilu 1. Stlačený vzduch sa privádza do




KDMT

© Šály Vincent

29

vzduchovej komory 17 dýzou do priestoru nad piestom 10. Bránica 11 oddeľuje prie-

stor nad piestom 10 od priestoru pod týmto piestom.

Obr. 3.17

Schéma snímača loženia DAKO SL

Pôsobenie:

Sila Q sa prenáša zo zaťažovacieho piesta 2 na piestnicu 12 v pomere ramien

l2/ l1 doštičiek 9. Pôsobením sily sa piestnica 2 s piestom 10 zodvihne a horná časť

piestnice, ktorá tvorí malé sedlo 19 dvojventilu, nadvihne dvojventil 20 z vonkajšieho

sedla 18. Otvoreným sedlom 18 prúdi vzduch do priestoru nad piestom 10 a hrdlom

16 do tlakového relé.

Stlačený vzduch vyvodzuje silu na piest 10 a akonáhle je táto sila prostredníc-

tvom popísaného prevodu v rovnováhe so zaťažovacou silou Q, presunie sa piest 10

s piestnicou 12 smerom dole a dvojventil 20 uzavrie svoje vonkajšie sedlo. Týmto




KDMT

© Šály Vincent

30

spôsobom sa v priestore nad piestom 10 a v tlakovom relé nastaví riadiaci tlak vzdu-

chu, ktorý presne odpovedá zaťažovacej sile Q a tým aj hmotnosti vozidla a nákladu.

Pri zvyšovaní nákladu sa popísaný proces opakuje.

Znížením nákladu vozňa sa zníži zaťažovacia sila Q, tlak vzduchu v priestore

nad bránicou 11 prestaví zaťažovací piest 10 s piestnicou 12 dole, čím sa otvorí vnú-

torné sedlo 19 dvojventilu 20. Vzduch z priestoru nad piestom 10 a z tlakového relé

prúdi otvorom 15 v piestnici 12, výfukovou dýzou 14 a otvorom 13 v telese snímača

do ovzdušia otvorom 15 v piestnici 12, výfukovou dýzou 14 a otvorom 13 v telese

snímača do ovzdušia. Poklesom tlaku v priestore nad piestom 10 sa nastaví nová rov-

nováha so zaťažovacou silou Q piest 10 sa posunie smerom nahor a piestnica 12 uza-

tvorí vnútorné sedlo 18 dvojventilu 20. Riadiaci tlak vzduchu sa tým nastaví na hod-

notu odpovedajúcu zníženej hmotnosti nákladu.

3.3.2 Spotreba stlačeného vzduchu za jazdy

Dýzy 22 a 14 škrtia prívod vzduchu do snímača aj výfuk do ovzdušia. Bránia

výrazným zmenám riadiaceho tlaku vzduchu pri krátkodobých zmenách zaťažovacej

sily za jazdy. Tým je zaistená minimálna spotreba vzduchu snímača za jazdy.

Diagram ukazuje závislosť riadiaceho tlaku snímača DAKO SL na zaťažova-

cej sile Q

Obr. 3.18




KDMT

© Šály Vincent

31

3.3.3 Prídavný ventil DAKO DS

V telese ventila je uložený riadiaci piest 10, vstrekovací piest 13

s dvojventilom 14, dvojramenná páka 11 a prestaviteľná opierka 12. Poloha opierky

12 odpovedá prevodu I1 / I2 na páke 11. V závislosti na prevode I1 / I2 je riadiaci

tlak (v priestore nad riadiacim piestom 10) prevádzaný na tlak v brzdovom valci (v

priestore nad vstrekovacím piestom 13).

Poloha opierky 12 a tým prevod I1 / I2 páky 11 je nastavovaný piestom 17

proti sile regulačnej pružiny 18 pôsobiacej proti riadiacemu tlaku od snímača. Pružiny

19 a 20 umožňujú prestavenie piesta 17 aj v tom prípade, keď je vozeň zabrzdený

a opierka 12 je nepohyblivá.

Prídavný ventil DAKO DS obsahuje taktiež mechanizmus, ktorý zaisťuje zá-

kladný náskok brzdy. Náskokové zariadenie sa skladá z čapu 15, a dvoch pružín 16.

Do účinkovania prichádza v prvej fáze brzdenia. Základný náskok v brzdovom valci

cca 0,25 bar je vytváraný priamym kopírovaním riadiaceho tlaku. Po ukončení zá-

kladného náskoku dosadne dvojramenná páka 11 na prestaviteľnú opierku 12

a prevod I1 / I2 určuje ďalší priebeh tlaku v brzdovom valci. To je dôležitá vlastnosť

brzdy v celom rozsahu tlaku v brzdovom valci ( 0,8 až 3,8 bar u ventila DAKO DS):

náskok brzdy v režime nakladania zostáva proporcionálny ( cca 10% maximálneho

prítlaku na brzdový klátik) efektívne brzdenie je zaistené aj pri prvom brzdiacom

stupni (tj. pri 0,3 bar v hlavnom potrubí) rovnaké odbrzďovacie doby (merané až do

odľahnutia brzdových klátikov) [2], [3].




KDMT

© Šály Vincent

32

4. Kontrola kinematického obrysu

4.1 Kontrola obrysu

Koľajové vozidlá vyžadujú presné pravidlá pre stanovenie maximálnych hod-

nôt vonkajších rozmerov každého typu vozidla individuálne. To vyplýva zo skutoč-

nosti, že koľajové vozidlo je koľajnicou smerovo vedené. Na základe týchto pravi-

diel sa môže vylúčiť možnosť kolízie vozidla s pevnými stavbami a zariadeniami

v okolí koľaje, možnosť vzájomnej kolízie vozidiel idúcich po susedných koľajni-

ciach a maximálne využiť priestor vymedzený pre konštrukciu vozidla. Neprekroče-

nie maximálnych hodnôt vonkajších rozmerov – dodržanie obrysu – je základnou

bezpečnostnou požiadavkou pre koľajové vozidlo.

4.1.1 Definície

Vzťažný obrys statického, príp. kinematického obrysu je obrys ležiaci vo

vnútri prechodového prierezu, ktorý vymedzuje vzdialenosti jednotlivých bodov von-

kajšieho povrchu vozidla a jeho súčastí v krajných polohách od strednice koľaje a od

temien koľajnice tak, aby medzi prechodovým prierezom a obrysom pre vozidlá bol

primeraný bezpečnostný priestor. Slúži ako podklad pre výpočet zúženia.

Obrys pre konštrukciu vozidla je medzný obrys vozidla ležiaceho v rovine

kolmej k pozdĺžnej osi vozidla. Určuje sa zo vzťažného obrysu s použitím výpočtu

zúženia.

Statický obrys pre vozidlá je obrys, ktorý charakterizuje prevádzkové polohy

vozidla ako statické stavy, pričom sa uvažujú len zvislé a vodorovné výchylky častí

vozidla.




KDMT

© Šály Vincent

33

Kinematický obrys pre vozidlá charakterizuje prevádzkové polohy vozidla ako

kvázistatické stavy, okrem zvislých a vodorovných výchyliek uvažuje tiež uhlové

výchylky okolo pólu naklonenia.

Medzný prechodový prierez – obrys do ktorého nemôže zasahovať žiadna

stavba a zariadenie na trati.

Prechodový prierez je obrys, v ktorom musia byť umiestnené stavby

a zariadenia na trati.

Obr.4.1

Obrysy vozňa

1- vzťažný obrys, 2 – obrys pre konštrukciu vozidla, 3 – statický obrys pre vozidlá, 4

-kinematický obrys pre vozidlá, 5 – medzný prechodový prierez , 6 - prechodový

prierez, E - obmedzenie – zúženie vozidla (Ei, Ea), S – presahy (Si, Sa), D – vyboče-

nie vozidla (Di, Da), Q – kvázistatické výchylky, M1,M2 – medzery medzi obrysmi

Norma STN 28 0312 obsahuje vzorce pre výpočet vnútorného(Ei)

a vonkajšieho (Ea) zúženia.

Zúženie E predstavuje jednostranné obmedzenie vzťažného obrysu a udáva

obrys pre konštrukciu vozidla.

Vnútorné zúženie Ei je zúženie medzi otočnými čapmi podvozkov.




KDMT

© Šály Vincent

34

Vonkajšie zúženie Ea je zúženie uvažované v častiach nachádzajúcich sa mimo otoč-

ných čapov.

Schematicky znázornené vypočítané priebehy Ei a Ea a ich vplyv na skutočnú

šírku vozidla uvádzam na obr.4.6. Vyznačená vzdialenosť a je vzdialenosť medzi

otočnými čapmi podvozkov. Základná šírka obrysu pre vozidlo (Šo) je stanovená

normou UIC. Skutočná šírka vozidla (Šv) s ktorou sa vozidlo vyrobí, rešpektuje zis-

tené zúženia. Skutočný obrys vozidla len čiastočne využíva nešrafované oblasti vy-

medzené maximálnym konštrukčným obrysom pre zabudovanie stúpačiek, zábradlia

a pod.

Vyhláška definuje všeobecne používané pojmy, s ktorými sa pri výpočte šírky

vozidiel narába. Pre ich správne pochopenie sú doplnené grafickými schémami.

Spomenuté sú len základné pojmy súvisiace s neskôr uvedenými jednoduchšími prí-

kladmi. Kompletné definície všetkých pojmov, ktoré označujú prípady aj v rôznych

netradičných výpočtoch (napr. naklápacie osobné jednotky a pod.) sú v spomínanej

vyhláške UIC 505.

4.1.2 Normálne súradnice

Obr. 4.2

Normálne súradnice

Ako normálne súradnicové osi označujeme navzájom na seba kolmé osi v ro-

vine kolmej na pozdĺžnu os koľaje, ktoré ležia v požadovanej polohe. Jedna z osí,




KDMT

© Šály Vincent

35

ktorá sa nazýva aj vodorovná os, je prienikom spomínanej roviny s rovinou valenia,

druhá os je kolmá na tento prienik v strede medzi koľajnicami,

4.1.3 Referenčný profil pre kinematický obrys

Obr. 4.3

Referenčný profil kinematického obrysu UIC 505

Referenčný obrys je priestor ohraničený plochami, za ktoré sa pri prevádzke

nesmie dostať žiadna časť vozidla. Ak sa pri manipulácii z nákladným vozňom v

kľude (nakladanie, vykladanie,...) dostáva nejaká jeho časť za obrys, obyčajne je na to

upozornené vhodným nápisom. Referenčný obrys je rozdelený na dve časti.

Hornú časť, ktorá začína nad rovinou nachádzajúcou sa 400 mm nad úrovňou T.K.,

spoločnú pre všetky vozidlá, dolnú časť, ktorá siaha do úrovne 400 mm nad T.K. a je

rôzna pre vozidlá, ktoré môžu prechádzať zvážnymi pahorkami a vozidlá, ktoré nimi

prechádzať nesmú. Spodná časť obrysu, nižšie ako 130 mm nad T.K., sa odlišuje

podľa druhu vozidla a toto je potrebné pri výpočte rozmerov konkrétneho koľajového

vozidla zohľadniť.




KDMT

© Šály Vincent

36

Obr. 4.4

Spodná časť vzťažného obrysu pre vozidlá, ktoré nesmú prechádzať zvážnym pahor-

kom ani koľajovou brzdou

a) priestor pre ústrojenstvo vzdialené od kolies, b) priestor pre ústrojenstvo v

bezprostrednej blízkosti kolies, c) priestor pre zberače, d) priestor pre kolesá a iné

ústrojenstvo prichádzajúce do styku s koľajnicami, e) priestor, ktorý majú zaberať

výlučne kolesá

Obr. 4.5

Spodná časť vzťažného obrysu pre vozidlá, ktoré môžu prechádzať zvážnym pahor-

kom a koľajovou brzdou

a) priestor pre ústrojenstvo vzdialené od kolies, b) priestor pre ústrojenstvo v bezpros-

trednej blízkosti kolies, c) priestor pre vyhadzovanie unifikovaných brzdových kláti-

kov, d) priestor pre kolesá a iné ústrojenstvo prichádzajúce do styku s koľajnicami, e)

priestor, ktorý majú zaberať výlučne kolesá, f) priestor koľajových bŕzd v odbrzdenej

polohe




KDMT

© Šály Vincent

37

4.1.4 Maximálny konštrukčný obrys vozidiel

Maximálny konštrukčný obrys je najväčšia obrysnica, ktorú nesmú prekročiť

jednotlivé súčasti vozidiel. Je to vlastne priestorová plocha a na obr. 4.6 je uvedený

jeden z vodorovných rezov tejto plochy. Dostaneme ju tak, že použijeme pravidlá

zavádzajúce zúženie voči vzťažnej obrysnici. Zúženie závisí od geometrických cha-

rakteristík vozidla, polohy prierezu vzhľadom na otočný čap, alebo na dvojkolesia,

výšky kontrolného bodu nad T.K., od konštrukčných vôlí, od predpokladaného naj-

väčšieho opotrebenia a od charakteristík vypruženia.

Skutočný obrys vozidla len čiastočne využíva nešrafované oblasti vymedzené

maximálnym konštrukčným obrysom pre zabudovanie stúpačiek, zábradlia a pod.

Niektoré plošinové vozne využívajú plne maximálny konštrukčný obrys, ktorý má

rozšírené časti predstavku na maximálnu možnú mieru.

Obr. 4.6

Konštrukčný obrys koľajových vozidiel

4.1.5 Stred kolísania

Ak na skriňu vozňa pôsobí priečna sila paralelná s rovinou koľaje (zložka gra-

vitačnej sily v oblúku pri malej rýchlosti, alebo odstredivej sily pri vyššej rýchlosti,

naklápa ju na vypružení. Vzájomným pôsobením priečnej sily, prvkov vypruženia a

tlmičov dochádza ku vychýleniu zvislej osi skrine z polohy XX´ do polohy X1X´1.

V bežných prípadoch priečneho pohybu skrine je výška stredu kolísanie C nezávislá




KDMT

© Šály Vincent

38

na aplikovanej priečnej sile, ale poloha skrine je na tejto sile závislá. Výšku hc nazý-

vame výškou bodu (pólu) kolísania.

Obr. 4.7

Bod otáčania a možné spôsoby naklonenia skrine vozidla

4.1.6 Výpočet zúženia šírky

Výpočet sa riadi podľa vyhlášky UIC 501-1.

Vstupné parametre:

a [mm] - vzdialenosť otočných čapov

p[mm] - rázvor podvozka (vzdialenosť vodiacich dvojkolesí)

n [mm] - vzdialenosť uvažovaného bodu vozňa k najbližšiemu otočnému čapu

(podvozkový vozeň)

hprázd - statická výška uvažovaného bodu vozňa od T.K. (prázdny stav)

b [mm] – je polovica šírky vozňa v uvažovanom bode.

bF [mm] - je polovica priečnej vzdialenosti nosných pružín

bG – je polovica priečnej vzdialenosti stredov klzníc

J [mm] – je vôľa klznice




KDMT

© Šály Vincent

39

q[mm] - možné priečne posunutie medzi dvojkolesím a podvozkovým rámom von zo

strednej polohy, na každú stranu pri max opotrebení.

hc [mm] – (*) výška pólu kolísania od T.K. v horizontálnej koľaji pri η0 = 0°

h[mm] - výpočtová výška uvažovaného bodu vozňa od T.K.

SFmax [mm] -je maximálne stlačenie pružín od stavu prázdny po narážku.

s – (*) je koeficient naklonenia, všeobecne definovaný ako pomer uhla

naklonenia vozidlovej skrine voči strednici koľaje η a uhla prevýšenia koľaje δ. Ak

stojí vozidlo v prázdnom, alebo loženom stave na koľaji o určitom prevýšení p, kto-

rého rovina valenia (T.K.) zviera s vodorovnou rovinou uhol δ, nakloní sa jeho skriňa

na vypružení a jej os symetrie zviera so strednicou koľaje uhol η. Pozri obr. 4. Potom

po vylúčení nesymetrie a trenia pružín a tlmičov je

δη

=s (1)

y [mm] - je priehyb konštrukcie vozňa v uvažovanom bode a je určený výpočtom.

η0' [°] – nesymetria (trvalé naklonenie vozňa), ktorá zahŕňa konštrukčné nesymetrie

vozňa od nesymetrie nákladu a od vôle klznice do 5 mm. (Pozn.: môže sa odhadnúť,

alebo sa použije ako známa hodnota vozňa, ktorý je k dispozícii s vôľou klznice J = 5

mm. Skutočne existujúca vôľa je však > 5 mm)

α - prídavný sklon zapríčinený vôľou klznice J > 5 mm

GbJ 005,0tan −

=α ; (2)

(*)Pozn.: Hodnoty hc a s sú vo vzťahu k rámu vozidla, ktorý je upevnený na otoč-

nom čape podvozku vozidla.

Vnútorné zúženie Ei – bezpodvozkové vozne a samostatné podvozky (w = 0)

Ak a.n – n2

≤)(5,7)(5

III

(3)




KDMT

© Šály Vincent

40

Potom je rozhodujúca statická poloha na priamej trati:

Ei = 015,02

465,1−++

− zqd (4)

Ak a.n – n2 >

≤)(5,7)(5

III

(5)

Potom je rozhodujúca statická poloha v oblúku:

Ei = −++−

+− zqdnna

2465,1

500. 2

)(030,0)(025,0

III

(6)

Vonkajšie zúženie Ea – bezpodvozkové vozne a samostatné podvozky (w = 0)

Ak a.n + n2 >

)(5,7)(5

III

(7)

Potom je rozhodujúca statická poloha na priamej trati:

Ea = −++

+

− za

anqd 22

465,1

)(030,0)(025.0

III

(8)

Ak a.n + n2 >

)(5,7)(5

III

(9)

Ea = 500

. 2nna − + −++

+

− za

anqd 22

465,1

)(030,0)(025.0

III

(10) [9]

4.1.7 Kritérium pre výpočet h [m]

Výšky bodov od T.K., pre ktoré sa uvažuje výpočet zúženia sa zistia pri neza-

ťaženom vozni. Tieto sa označia ako hprazd. Kvôli uvažovaniu zvislých výchyliek

vozidla je nutné prepočítať hodnoty - hprazd tak, aby zohľadnili najnepriaznivejšie

možnosti zmien vertikálnej polohy vozidla voči T.K.




KDMT

© Šály Vincent

41

Keď hprázd >1300 mm potom platí: h = hprázd + k1 (11)

Keď hprázd ≤1300 mm potom platí : h = hprázd - (k2 + k3 +k4+ k5)) – y ; (12)

kde

k1[mm] – je prirážka pre zvislé kmity dohora. Spravidla je táto prirážka 15,2 mm

k2 [mm] – je možné opotrebovanie vo zvislom smere :

max. opotrebovanie dvojkolesia 37 mm

opotrebovanie vložky guľového čapu 4 mm

opotrebovanie závesky a čapíkov 4 mm

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

potom je hodnota k2 45 mm

k3[mm] – je max. stlačenie nosných pružín, toto sa vo všeobecnosti uvažuje

ako stlačenie od stavu prázdny po narážku.

k4[mm] – je dodatočné posunutie bodu v dôsledku naklonenia skrine v priečnom sme-

re.

Pre body v medzi nosnými pružinami je k4 = 0

Pre body, nachádzajúce sa z vonkajšej strany pružín je

( )FF

F bbb

Sk −=

.2max

4 ; (13)

k5[mm] - je dodatočné posunutie bodu v dôsledku naklonenia skrine v pozdĺžnom

smere.

Pre časti medzi otočnými čapmi je k5 = 0

Pre časti mimo otočných čapov je na

Sk F max

5 = ; (14)




KDMT

© Šály Vincent

42

4.2 Výpočet maximálnej dovolenej šírky skrine dvojnápravového

vozňa na konci predstavku a v strede medzi nápravami

Obr. 4.8

Vozeň pre výpočet kinematického obrysu

Údaje:

a = 7970 mm - rázvor náprav

hc = 0,5 - výšky bodu otáčania

d = 1,410 m - rozchod najviac opotrebovaných okolesníkov

q = 0,023 m - hodnota daná ústavom ERRI pre nominálnu priečnu vôľu 20 mm

s = 0,1 m - súčiniteľ náklonu

oη < 1o a w = 0 - asymetria a priečna vôľa otočného čapu podvozka

Jedná sa o vozeň bezpodvozkový a preto ako kritérium na určenie správneho

vzorca pre vnútorné zúženie použijeme vzťah (7).

4.2.1 Polovičná hodnota rázvoru

n = mma 39852

= (15)

a.n – n2 = 16 ; hodnota je väčšia ako 7,5 (uvažovaná je hodnota (II), pretože sa jedná

o bod vo výške nad 400 mm od T.K.) – bude použitý vzorec pre vnútorné zúženie.




KDMT

© Šály Vincent

43

Ei = −++−

+− zqdnna

2465,1

500. 2

0,030 pre h > 0,4 m, (16)

Ei = 0,0525 + z (17)

Kvázistatické posunutie z:

Použijem vzorec (18), pretože skúmaný bod je vo výške nad hc, súčasne tým

aj vo výške nad 0,5 m a asymetria oη je menej ako 1o

z = )(30 chhs

− (18)

z = 0,00333.(1,045-0,5)=0,0018m (19)

Po dosadení do predchádzajúcej rovnici

Ei = 0,0525 + z ⇒ Ei = 0,0525 + 0,0018 = 0,0543 m (20)

Na zaistenie maximálnej šírky vozňa v danej výške 1045 mm potrebujem po-

znať šírku referenčného profilu pre kinematický obrys. Keďže však musím uvažovať

aj so zvislými kmitmi, preskúmame najnepriaznivejšiu pracovnú výšku kontrolova-

ného bodu. Ak sa pripočíta alebo odpočíta od našej skúmanej výšky 15 mm (vozeň

má iba jeden stupeň vypruženia) a takto ju porovnávame s obrysom, stále sa bod na-

chádza v rovnakej oblasti šírky obrysu.

h*1 = h + 15 mm = 1045 + 15 = 1060 mm (21)

h*2 = h - 15 mm = 1045 - 15 = 1030 mm (22)

Obrys má až do výšky 1170 mm polovičnú šírku 1620. Podľa konštrukčného

obrysu koľajových vozidiel určíme najväčšiu možnú šírku vozňa uprostred medzi

nápravami ako rozdiel polovičnej šírky obrysu a hodnoty zúženia Ei :

bs – šírka vozňa v strede medzi nápravami

bs = 2.(1620 - Ei)=2.(1620 – 54,3) = 3131 mm (23)




KDMT

© Šály Vincent

44

4.2.2 Zúženie na konci predstavku

Ako kritérium na určenie správneho vzorca pre vonkajšie zúženie použijem

vzťah (13). Uvažovaný bod je časť skrine na konci rámu : n = 2,612 m

a.n + n2 = 27,718544 (24)

hodnota je väčšia ako 7,5 (postup je vysvetlený vyššie) – použijem vzorec pre von-

kajšie zúženie:

pre h > 0,4 m

Ea = za

anqd+

+

+

− 22

465,1 (25)

E2 = 0,1003 + z. (26)

´z´ má rovnakú hodnotu ako pre prierez uprostred vozňovej skrine čo je 0,0018 m.

Po dosadení do predchádzajúcej rovnici

Ea= 0,0835 + z ⇒ Ea = 0,0835 + 0,0018 = 0,0852765 m (27)

Keďže výška skúmaného bodu je rovnaká ako v predchádzajúcom prípade, je

možné určiť najväčšiu možnú šírku vozňa na okraji predstavku.

bk – šírka vozňa na kraji predstavku

bk = 2.(1620-Ea) (28)

bk = 2.(1620-85,2765) (29)

bk = 3099,5 mm (30) [1]




KDMT

© Šály Vincent

45

4.3 Výpočet tanierovej pružiny

Výpočet tanierovej pružiny použitej v prvom variante mechanizmu koliesok

na vrchnú časť odsúvateľných dverí. Výpočet bol prevedený použitím programu

AUTODESK INVENTOR 8.

Tanierové pružiny - scenár

Prevedenie - Sada pružín;

Prevedenie sady - S uložením protiľahlým;

Typ výpočtu - Výpočet sily vyvinutej sadou pružín

Tab. 4.1 Zaťaženie

Požadovaný zdvih sady z 8 mm

Dovolený priehyb pružiny s/h 0.84

Tab. 4.2 Rozmery pružiny

Vonkajší priemer D 19 mm

Vnútorný priemer d 6 mm

Hrúbka materiálu t 0.6 mm

Voľná výška H 2 mm

Tab. 4.3 Materiál pružiny

Materiál Vlastný

Modul pružnosti materiálu E 210000 MPa

Poissonovo číslo µ 0.3




KDMT

© Šály Vincent

46

Tab. 4.4 Parametre sady pružín

Celkový počet pružín v sade 7

Výška nezaťaženej sady L0 14 mm

Výška zaťaženej sady L 6 mm

Sila vyvinutá sadou pružín F 1267.59 N

Sila pôsobiaca max. stlačením sady Fmax 975.47 N

Tab. 4.5 Parametre pružiny

Priehyb jednej pružiny s 1.143 mm

Maximálne napätie v pružine σ 8422.56 MPa

Kontrola pružiny Vyhovuje

4.4 Statické skúšky nákladných vozňov

4.4.1 Tlakové skúšky v prázdnom stave

Tieto skúšky prevádzame tlakom v mieste narážadiel. Pred skúškami a v čase ich

priebehu treba dodatočne k napätiu merať :

- kladný alebo záporný priehyb a skracovanie hlavných pásnic, najmä ich

prípadné trvalé deformácie,

- deformáciu kostry spodku po zistenom posunutí vplyvom diagonálnej

skúšky na osi oboch nárazníkov.

Tlaková skúška na bočných nárazníkoch

1. vo výške osi nárazníka pôsobíme silou o veľkosti 1 MN,

2. vo výške 50 mm pod touto osou pôsobíme silou o veľkosti 0,75 MN, aby

sme zohľadnili stredný výškový rozdiel dvoch spriahnutých vozňov.




KDMT

© Šály Vincent

47

Obr. 4.9

Pôsobenie sily na nárazníky

Skúška diagonálnej deformácie na postranných nárazníkoch – skúška diago-

nálnym tlakom.

Podľa usporiadania nasledovného náčrtu pôsobíme silou o veľkosti 0,40 MN

v osi postranných nárazníkov

Obr. 4.10


4.4.2 Ťahové skúšky v prázdnom stave

Tieto skúšky sa prevádzajú ťahom na narážkach, ktoré sú upevnené na kostre

spodku.

1. Ťahové skúšky s narážkami „a“

Na tieto narážky pôsobíme silou o veľkosti 1,50 MN

Obr.4.11





KDMT

© Šály Vincent

48

2. Ťahové skúšky s narážkami „b“

Na tieto narážky pôsobíme silou o veľkosti 1 MN

Obr. 4.12


Skúšok vedľa tohto sa môžeme zriecť, keď narážky „a“ a „b“ tvoria jeden

konštrukčný celok.

4.4.3 Skúšky pri zvislých zaťaženiach

Pred skúškami a v čase ich priebehu treba dodatočne k napätiu merať:

o pozdĺžne a priečne ohybové čiary najviac namáhaných časí,

o maximálny priehyb kostry spodku, ktorý nesmie prekročiť 3 ‰ zo

vzdialenosti dvojkolesí, resp. otočných čapov(pokiaľ vychádzame

z kľudového stavu, pričom môžeme prípadne zahrnúť aj predpätie),

o zmenu vzdialenosti bočných stien v oblasti dverí, a to podľa druhu

konštrukcie vozňa vo výške horného rámu bočnej steny .

Počas týchto skúšok musíme skontrolovať bezchybnú funkciu dverí.

Skúška rovnomerne rozloženým zaťažením

Rovnomerne rozložené zaťaženie, ktorým pôsobíme symetricky k pozdĺžnej

a priečnej osi vozňa (celkové alebo čiastočné zaťaženie) je také, ktoré je pre príslušný

vozeň udávané v kódexe vyhlášky UIC. Z dôvodu zjednodušenia treba tieto skúšky

prevádzať len pre prípady najnepriaznivejšieho zaťaženia.




KDMT

© Šály Vincent

49

Zaťaženie sa musí rozkladať buď na 1,2m alebo na celkovú šírku podlahy a to

podľa najnepriaznivejšieho zaťaženia kostry spodku

Pokiaľ používame pre tieto skúšky lisy, musí sa ich pôsobenie rovnomerne

rozložiť v pozdĺžnom smere šírky a ich hmotnosť musí byť prípadne zahrnutá

v pôsobiacom zaťažení.

Tlakové skúšky pri zvislom zaťažení

V prípade, keď skúšky zo zvislými zaťaženiami spôsobujú veľký priehyb a vo

väčšine prípadov, keď sú vozne vybavené nadstavbami, odporúča sa skombinovať

najnepriaznivejší prípad zvislého zaťaženia s tlakovou silou o veľkosti 1000kN stre-

dovej osi každého postranného nárazníka, alebo o veľkosti 2000kN pri automatickom

spriahle. U vozňov so zalomeným nakladacím mostíkom je táto skúška záväzne pred-

písaná.

4.4.4 Pevnosť podlahy

Jedná sa o vozne kryté, plošinové, otvorené, kombinované, otvorené - ploši-

nové, vozne s otvárateľnou strechou a prípadne o vozne s tepelnou ochranou, chladia-

renské a mraziarenské, pokiaľ majú byť vhodné pre prepravu materiálu vidlicovým

vysokozdvižným vozíkom. Pevnosť sa skúša jazdou naloženým vysokozdvižným

vozíkom, alebo pôsobením súčasne dvomi bremenami na rôznych miestach podlahy

vozňa o hmotnosti 30 kN na dvoch 650 mm navzájom vzdialených prítlačných plo-

chách o veľkosti 220cm2 (o približnej šírke 150mm). [10]




KDMT

© Šály Vincent

50

4.5 Analýzy 3D modelu skrine vozňa

Tieto analýzy sú robené za účelom približného určenia napätí v rôznych kon-

štrukciách, na určenie posunutí konštrukcií a pod. Síce nevystihujú presne reálne

skúšky a výsledkom na skúšobných stavoch sa len približujú, ale sú dosť presné a tak

sa môžu považovať za regulárne.

Ja som zisťoval hlavne priehyby, posunutia a napätia v rôznych oblastiach

konštrukcie vagóna. Najmä však v oblastiach po obvode novej konštrukcie vagóna

(na predĺžení, rozšírení), či tieto nové časti vydržia na ne požadované napätia.

4.5.1 Analýza konštrukcie predĺženia vagóna

Ako prvé analýzy som vykonával na konštrukcii, ktorá slúžila na predĺženie

vagóna. Na túto konštrukciu pôsobí viacej síl. A to:

Ø sila od tiaže čelníka,

Ø sila od tiaže nákladu,

Ø sila od tlakovej sily pôsobiacej na nárazník,

Ø sila od ťahovej sily,

Ø a v neposlednom rade aj vlastná váha.

Vlastná váha činí 147,377 kg. Váha čelníka je 243,215kg. Sila od tiaže nákla-

du je rôzna. Môže byť nulová, alebo maximálne 270 kg. Sila cez nárazníky je tiež

buď len vlastná váha nárazníkov, alebo sila vyvodzovaná narážaním do iných voz-

ňov. Sila od ťahovej sily je rôzna, záleží od rýchlosti rozjazdu celej súpravy vozňov.

Je nezávislá na vozni samostatnom. Pri záťaži od vlastnej váhy, váhy čelníka

a maximálneho zaťaženia od nákladu, čo spolu činí 650 kg boli nasledujúce výsledky.




KDMT

© Šály Vincent

51

Obr. 4.13

Model konštrukcie predĺženia – posunutia

Miesto maximálnej záťaže je miesto uprostred konštrukcie predĺženia, lebo je

najmenej vystužené vzhľadom na to, že je tam otvor pre tiahlové ústrojenstvo. Avšak

priehyby v tomto mieste nie sú kritické, takže konštrukcia vyhovuje. Maximálny prie-

hyb, ktorý bol v týchto miestach dosiahnutý je 0,0125 mm. Tento priehyb nemôže

konštrukciu nijako ovplyvniť.

Obr. 4.14

Model konštrukcie predĺženia - napätia

Pôsobenie maximálnych napätí v konštrukcii predĺženia je uprostred kon-

štrukcie, kde je najslabšie táto konštrukcia vystužená. Maximálne napätie je 2,6MPa.




KDMT

© Šály Vincent

52

4.5.2 Analýza konštrukcie rozšírenia podlahy

Pri analýze rozšírenia podlahy som musel brať ohľad hlavne na tieto typy pô-

sobiacich síl:

• sila od tiaže odsúvateľných dverí,

• sila od vlastnej tiaže,

• sila pri náraze na nárazník.

Váha odsúvateľných dverí činí 654,742kg. Keďže na túto konštrukciu pôsobia

svojou váhou dvoje odsúvateľných dvier, táto sila sa zdvojnásobí. Sila od vlastnej

tiaže činí 1003,174kg. Silu pri náraze na nárazník neberiem do úvahy vzhľadom na

jej pôsobenie a nie veľkú funkciu pri analýze. Celkové zaťaženie na konštrukciu roz-

šírenia vagóna je potom 2312,658kg.

Pri zaťažení som bral konštrukciu samostatnú, a preto mi vystúpili najväčšie

napätia na jej koncoch. V konečnom dôsledku je predĺženie uchytené na krátkych U

profiloch na konci a tak sú napätia menšie. Maximálne napätie je 7,9MPa.

Obr. 4.15

Pôsobenie napätí na konštrukciu rozšírenia

Pri skúmaní priehybov som zistil, že táto konštrukcia je schopná takto veľké

zaťaženie preniesť. Maximálne priehyby, ktoré som zistil boli 0,0717mm . Takýto

priehyb nemá žiadny vplyv na bezpečnosť tejto konštrukcie a tak tento návrh kon-

štrukcie vyhovuje všetkým zaťaženiam a môže byť použitý.




KDMT

© Šály Vincent

53

Obr. 4.16

Priehyby na konštrukcii rozšírenia

4.5.3 Analýza konštrukcie horného nosníka

Ďalšia veľmi dôležitá analýza, ktorú som musel robiť je analýza konštrukcie

horného nosníka. Táto konštrukcia je zaťažená od svojej váhy a od tiaže odsúvateľ-

ných dverí. Musela vydržať tieto zaťaženie bez toho, aby bola konštrukcia vagóna v

strednej časti vystužená stredovým nosníkom.

a)

b)

Obr. 4.17

a) napäťové zaťaženie vrchného nosníka b) detail zaťaženia - a)




KDMT

© Šály Vincent

54

Najväčšie napätia na konštrukcii horného nosníka vznikli pri čelníkoch a v

strednej časti tejto konštrukcie. Maximálne napätie je 1,52 MPa. Maximálne posunu-

tia na konštrukcii vrchného nosníka sú 1,03mm.

Obr. 4.18

Priehyby na konštrukcii rozšírenia vagóna

4.5.4 Analýza konštrukcie odsúvateľných dverí

Ďalšia z dôležitých analýz bola analýza odsúvateľných bočníc. Sila, ktorú som

uvažoval, je sila od vlastnej tiaže, pri ktorej som zohľadňoval aj prípadnú tiaž napa-

daného snehu. Tento stav nastane v zimných mesiacoch, hlavne pri státí na nakládke,

alebo prípadnom niekoľkodňovom odstavení.

Obr. 4.19

Zaťaženie odsúvateľných dverí vlastnou váhou




KDMT

© Šály Vincent

55

Maximálne posunutia, ktoré v tomto prípade po analýze vznikli sú 0,653mm.

Tieto posunutia vznikli v oblasti pod prvým lomom dverí. Na rozdiel od posunutí od

vlastnej tiaže, posunutia od vplyvu vetra, ktorý som uvažoval o rýchlosti 80 km/hod

boli 0,234mm. Napätia v tejto oblasti nie je potrebné zobrazovať, lebo tie ktoré nasta-

li, boli zanedbateľne malé.

Obr. 4.20

Posunutia dverí pri bočnom kolmom vetri o rýchlosti 70 km/hod

4.5.5 Analýza hlavnej konštrukcie vagóna

Po týchto všetkých čiastkových analýzach, ktoré som robil na vagóne, bolo

potrebné urobiť hlavné zaťaženia a to:

§ zaťaženie na podlahu maximálnou váhou nákladu,

§ zaťaženie na nárazníky tlaková skúška,

§ zaťaženie na nárazníky ťahová skúška.

Zaťaženie na podlahu maximálnou váhou nákladu.

Pre určenie maximálneho zaťaženia, ktoré môže pôsobiť na podlahu, som mu-

sel poznať celkovú hmotnosť novej konštrukcie celého vagóna. Túto hmotnosť som

dal vypočítať v konštrukčnom programe CATIA V5R14.




KDMT

© Šály Vincent

56

Celková hmotnosť vagóna je 13t. Keďže maximálne povolené zaťaženie na

nápravu je 20t – potom spolu je maximálne zaťaženie, keďže sa jedná o dvojnápravo-

vý vagón :

2 x 20t = 40t. (31)

Po odrátaní váhy samotnej konštrukcie vagóna :

40t – 13t = 27t (32)

Z daného vyplýva, že na podlahu môžem pôsobiť silou 270 000N.

Aby boli výpočty čo najpresnejšie, je nutné zvoliť hustú sieť. Čím je sieť red-

šia, tým sú výpočty nepresnejšie. Na sieťovanie konštrukcie vagóna som použil sieť o

veľkosti 100mm x 100mm. Tovar sa ukladá na drevenú podlahu. Tú som pri tomto

výpočte zanedbal, a zisťoval som, čo sa stane s podlahou samotnou pri zaťažení a

hlavne čo sa stane s čelníkmi a vrchným nosníkom. Aby sa nestalo to, že po plnom

naložení vagóna sa poruší konštrukcia, vzpriečia sa jednotlivé časti a vagón sa stane

nefunkčným na uvedenie do prevádzky.

Obr. 4.21

Vysieťovaný model na analýzu zaťažovaním nákladom




KDMT

© Šály Vincent

57

Po výpočte daného zaťaženia na podlahe vznikli nasledovné analýzy:

Obr. 4.21

Napäťová analýza konštrukcie vozňa

Model na túto analýzu som bol nútený urobiť bez odsúvateľných bočných

dverí. Keď boli zahrnuté v celej konštrukcii, bol problém z vysieťovaním celej kon-

štrukcie. Na základe predchádzajúcich analýz som teda urobil na túto analýzu zjedno-

dušený model. Odstránil som z neho aj vedenie odsúvateľných dverí, ostali len "holé"

rámy. Maximálne napätie je13,7MPa.

Obr. 4.22

Detail na miesta najväčších napätí na podlahu vagóna




KDMT

© Šály Vincent

58

Obr. 4.23

Analýza priehybov na konštrukcii vagóna

Pri analýze priehybov, nastali najväčšie priehyby o veľkosti 0,181mm na nie-

ktorých miestach podlahy. Tieto priehyby sú vyhovujúce. Priehyby, ktoré sa museli

zistiť ešte touto analýzou :

- priehyby čelníkov,

- priehyby vrchného nosníka,

boli takisto vyhovujúce. Priehyb čelníka je najväčší v jeho strednej oblasti a činí

0,0543mm. Priehyb vrchného nosníka je maximálny v strede a činí 0,0362mm.

Ďalšia analýza, ktorú som musel podľa Erri b12RP17 vykonať, bola skúška

tlaková a skúška ťahová cez nárazníky.

Tlaková skúška spočívala v tom, že sa na nárazníky v diagonálnej polohe pô-

sobilo na každý silou 1 000 000N vo výške osi. Pre analýzu som použil postačujúci

zjednodušený model konštrukcie vagóna, kde som namiesto nárazníkov dal pôsobiť

silu na plochy z rozmermi dotýkajúcej sa plochy nárazníka. Zisťoval som správanie

sa konštrukcie pri tomto stave, aby nedošlo k veľkým deformáciám, či krutu kon-




KDMT

© Šály Vincent

59

štrukcie vagóna. Nesmelo dôjsť k porušeniu hornej konštrukcie, či ostatných dôleži-

tých častí.

Obr. 4.24

Model posunutí pri zaťažení 1MN cez nárazníky

Oblasť najväčších posunutí je v priamom dotyku nárazníkov s konštrukciou

vagóna. Toto posunutie v mieste dotyku činí 0,154mm. Maximálne posunutie, ktoré

je vyvolané touto silou na vrchnom nosníku je 0,0925mm. Tieto hodnoty posunutí sú

vyhovujúce.

Obr. 4.25

Detail napäťovej analýzy, pri zaťažovaní konštrukcie vagóna silou 1MN




KDMT

© Šály Vincent

60

Pri napäťovej analýze vznikli iba miestne napätia, ktorých veľkosť sa vyšplha-

la na úroveň 39,4 MPa. Je to vyhovujúce napätie, lebo pri jeho pôsobení nevznikli na

konštrukcii deformácie.

Po ďalšie vykonal ťahovú skúšku. Táto skúška zahŕňala pôsobenie taktiež ako

aj predchádzajúca skúška tlakom, cez nárazníky. Avšak na rozdiel od skúšky tlakom,

je pri tejto skúške vyvodzovaná vyššia ťahová sila ako tlaková a to o jej nominálnej

veľkosti 1 500 000N.

Obr. 4.26

Analýza ťahovej skúšky konštrukcie nákladného vozňa

Hodnoty z ťahovej skúšky vyšli obdobne ako pri skúške tlakom aj napriek

tomu, že rozdiel pôsobiacich síl je 500 000N. Nedošlo k výraznému poškodeniu kon-

štrukcie v oblasti priameho dotyku konštrukcie vagóna z nárazníkom. Ako model som

použil namiesto nárazníkov plochy z rozmermi dotýkajúcej sa plochy nárazníka.




KDMT

© Šály Vincent

62

4.6 Označenie vozňa

4.6.1 Medzinárodné označenie nákladných vozňov

Číselné a písmenkové označovanie nákladných vozňov je jednotné pre všetky

železnice, ktoré sú členmi Medzinárodnej únia železníc (UIC) a je zostavené so zrete-

ľom na ich prepravné využitie.

Písmenkové označenie nie je záväzné pre súkromné vozne. Pre ľahké a presné

identifikovanie sú nákladné vozne označené potrebnými nápismi. Tieto nápisy posky-

tujú užívateľom informácie o charakteristike vozňa a spôsobe jeho využitia.

Číslo vozňa sa skladá zo štyroch častí:

Ø identifikácia výmenného režimu vozňa, ktorý pre daný vozeň

platí v medzinárodnej preprave,

Ø označenie vlastníckej alebo zaraditeľskej železnice, ak sa jedná

o súkromný vozeň,

Ø prevádzkové charakteristiky vozňa,

Ø poradové číslo vozňa jeho prevádzkovej charakteristiky.

Výmenný režim:

určuje:

• vlastníka vozňa,

• zaradenie vozňa v niektorej spoločnosti,

• spôsobilosť vozňa na medzinárodnú prepravu,

• meniteľnosť rozchodu,

• nezávislosť náprav alebo podvozkov.




KDMT

© Šály Vincent

63

pozostáva:

• režim – 21,

• prevádzka – RIV,

• rozchod – pevný,

• vlastník – železnica.

Číselný kód je pre Železničnú spoločnosť Slovenska 56 ⇒ 56 ŽSR [11]

Písmenkové označenie nákladného vozňa:

Ø H - krytý vozeň zvláštnej stavby,

Ø aa - zo 6 a viacej nápravami,

Ø bb - zo 4 a viacej nápravami: ložná dĺžka ≥ 22 m,

Ø i - s otvárateľnými bočnými stenami,

Ø n - zo 6 alebo viacerými nápravami: ložná hmotnosť >75t,

Ø s - maximálna rýchlosť 100km/h. [12]

Konečné označenie:

21 RIV

56 ŽSR

Haabbins




KDMT

© Šály Vincent

64

5. Dôvodová správa

V poslednej dobe sa veľmi rozšírila preprava rozličných materiálov vo fir-

mách po železnici, nakoľko je táto preprava lepšia z hľadiska možnosti previezť na

jednu absolvovanú cestu viacej materiálu, je rýchlejšia a tým sa stáva zaujímavejšou,

avšak pokiaľ sa jedná o väčšie vzdialenosti. Pokiaľ sa jedná len o vzdialenosti 10-ky

kilometrov, tak je stále lepšia a výhodnejšie preprava po ceste - kamiónová preprava.

Keďže je ale táto preprava čím ďalej tým viac žiadanejšia, tým je menej vozňov pre

firmy, lebo je po nich stále dopyt. Firmy si preto hľadajú postupne kamiónovú pre-

pravu, alebo sa začína rozširovať kombinovaná preprava.

V prevažnej miere sa využívajú na prepravu vozne typu Hbis, Habis, Habbins,

Hirrs a pod. Sú to vozne, ktoré sú zvané napr. plachtové vozne ako Hbis, či Habbins,

ktoré majú konštrukciu dverí obalenú plachtou. Je to len holá konštrukcia

zo štvorcových tenkostenných profilov, na ktorých je daná plachta, alebo iná mož-

nosť, že namiesto plachty je daný plech. Či sa jedná o plachtu alebo o plech, tieto

krycie materiály sú umiestňované zvonku a z vnútra vozňa sú nekryté profily.

Avšak v tejto triede, ako bolo už spomenuté, je ich stále nedostatok. Vozne

typu Gbs 150, 152, 153 či im podobné, sa v dnešnej dobe na takéto účely nepoužíva-

jú, alebo len vo veľmi zriedkavých podmienkach. Väčšinou slúžia len na vozenie od-

padov, alebo najčastejšie ich môžeme nájsť odstavené. Preto som robil rekonštrukciu

vozňa Gbs 150 2, ktorých je na Slovensku celkom 132.

Rekonštrukcia bola založená na báze podobnej ako spomínané používané va-

góny(Hbis, Habbins a pod.). Robil som rekonštrukciu, aby bolo možné použiť odsú-

vateľné dvere pre lepšie nakladanie materiálu, odstrániť strednú priečku – skonštruo-

vať horný nosník tak, aby nebola stredná priečka potrebná. Aby bol silný, ale ľahký.

Ďalej vyhovieť požiadavke firiem, hladké steny z vnútra vagóna, nie ako majú ostatné

vozne z vnútra profily a zvonku hladké, kvôli lepšej stabilizácii materiálu, či bezpeč-

nosti proti poškodeniu.

Ich rekonštrukcia by mala priniesť zvýšenie prepráv po železnici, postupné

odbúranie cestnej nákladnej dopravy na dlhé trasy, nižšie znečisťovanie životného

prostredia, menej dopravných nehôd atď.




KDMT

© Šály Vincent

65

5.1 Rozpracovanie uloženia tovaru vo vozni pre niektoré vytipované

firmy.

Našimi najväčšími konkurentmi budú nákladné vozne : - Hbis

- Habbins

- Hirris

5.1.1 Firma IZOMAT, a.s., Nová Baňa - výrobca NOBASILu

Z prieskumu som si zistil typ vozňov, v ktorých vozia výrobky a hlavne ich

ložné miery, s ktorých budem vychádzať na základe riešenia mojej diplomovej práce.

Ďalej som si zistil rozmery balíkov, aké firma IZOMAT pre svoje výrobky používa,

aby som si vedel prepočítať ich uloženie a množstvo, koľko sa ich do vozňa môže

maximálne naložiť.

Ako príklad si zoberiem vagón Hbis, ktorý firma používa vo veľkom množ-

stve buď ako samostatnú jednotku, alebo používa dvojičky, trojičky či štvoryčky,

ktoré s týchto vagónov pozostávajú. Ja sa budem chcieť priblížiť k tomu typu kon-

štrukčným návrhom s tým, že urobím návrh vagóna z väčším objemom.

Obr. 5.1

Nákladný vozeň Hbis




KDMT

© Šály Vincent

66

Tab. 5.1 Porovnanie rozmerov vagónov [14]. Vagóny Ložná dĺžka

(m)

Ložná šírka

(m)

Ložná plocha

(m2)

Ložná výška

(m)

Ložný objem

(m3)

Hbis 12,76 2,9 37 2,07 97,9

Haabbins 13,05 2,93 38,49 2,33 109,27

Z tab. č.3 vyplýva, že na rozdiel od vozňa Hbis, budem mať väčší objem voz-

ňa o cca 11 m3.

Tab. 5.2 Vybrané rozmery balíkov, na ktoré sa používajú tieto vagóny a ich množ-

stvo, ktoré je možné do daných vozňov naložiť

Hbis Haabbins

1000x500x600 - mäkké dosky 286 338

1000x600x150 - tvrdé dosky 770 871

5.1.2 Firma WHIRPOOL TATRAMAT, a.s., Poprad

Firma Whirpool používa na prepravu svojich výrobkov podobné vagóny ako

Izomat, tak som si našiel zopár ich výrobkov a urobil som tiež prepočet na kusy, koľ-

ko ich odvezú v jednom vozni, a koľko by sa ich mohlo odviezť vo vozni, ktorý som

navrhol.

Tab. 5.3 Vybrané rozmery pračiek, na ktoré sa používajú tieto vagóny a ich množ-

stvo, ktoré je možné do daných vozňov naložiť

Hbis Haabbins

1060x560x760-AWT 2260 164 194

1010x755x700-AWT 5100 154 170




KDMT

© Šály Vincent

67

5.2 Výpočet celkových nákladov na konštrukciu štvoričky a výno-

sov pri jej používaní.

5.2.1 Výpočet nákladov

Pre výpočet celkových nákladov som bral do úvahy dva faktory. Prvý faktor -

vozeň by vyrábala spoločnosť Cargo Slovakia, druhý faktor - vozeň by vyrábal súk-

romný prepravca. Jedná sa o to, že keby túto konštrukciu vyrábala spoločnosť Cargo

Slovakia, náklady by tak boli omnoho menšie vzhľadom na nižšiu hodinovú cenu

práce.

Pokiaľ u súkromného prepravcu sú hodinové mzdové náklady 595Sk/hod, u

spoločnosti Cargo Slovakia sú tieto náklady 287Sk/hod.

Výpočet celkových nákladov na rekonštrukciu (tab. 5.4 a 5.5) som robil z

ohľadom na skutočnosť, že keby nastala rekonštrukcia, museli by byť zrekonštruova-

né aj iné časti ako len skriňa vozňa.

Postup rekonštrukcie by bol nasledovný :

o demontáž skrine,

o čistenie a úpravy(rozširovanie a predlžovanie),

o rekonštrukcia ťahadlového ústrojenstva,

o rekonštrukcia narážacieho ústrojenstva,

o rekonštrukcia brzdy vozňa,

o rekonštrukcia a montáž novej podlahy,

o výroba a montáž čelníkov,

o výroba a montáž vrchného spojovacieho nosníka,

o výroba a montáž vedenia odsúvateľných dverí,

o výroba a montáž zaisťovacích mechanizmov dverí,

o výroba a montáž dverí,

o povrchová úprava vagóna.




KDMT

© Šály Vincent

68

Tab. 5.4 Výpočet celkových nákladov na pracnosť

Operácia Pracnosť (hod)

Náklady na pracnosť Car-go (Sk)

Náklady na pracnosť súkromný prepravca (Sk)

demontáž skrine 40 11480 23800 čistenie a úpra-vy(rozširovanie a predlžo-vanie)

95 27265 56525

rekonštrukcia ťahadlového ústrojenstva

15 4305 8925

rekonštrukcia narážacieho ústrojenstva

25 7175 14875

rekonštrukcia brzdy vozňa 180 51660 107100 rekonštrukcia a montáž novej podlahy

35 10045 20825

výroba a montáž čelníkov 120 34440 71400 výroba a montáž vrchného spojovacieho nosníka

100 28700 59500

výroba a montáž vedenia odsúvateľných dverí

70 20090 41650

výroba a montáž zaisťo-vacích mechanizmov dve-rí

25 7175 14875

výroba a montáž dverí 190 54530 113050 povrchová úprava vagóna 65 18655 38675 CELKOM 960 275520 571200

Vzorový výpočet - použijem riadok demontáže skrine:

40hod * 287Sk/hod = 11480 Sk – Cargo Slovakia (33)

40hod * 595Sk/hod = 23800 Sk – súkromný prepravca (34)




KDMT

© Šály Vincent

69

Tab. 5.5 Výpočet celkových nákladov na rekonštrukciu vagóna

Operácia Materiálové náklady (Sk)

Celkové náklady Cargo (Sk)

Celkové náklady súkromný preprav-ca (Sk)

demontáž skrine 2000 13480 25800 čistenie a úpravy(rozširovanie a predlžovanie)

11500 38765 68025

rekonštrukcia ťahadlového ústro-jenstva

23000 27305 31925

rekonštrukcia narážacieho ústro-jenstva

15000 22175 29875

rekonštrukcia brzdy vozňa 70000 121660 177100 rekonštrukcia a montáž novej podlahy

2300 12345 23125

výroba a montáž čelníkov 48000 82440 119400 výroba a montáž vrchného spo-jovacieho nosníka

5600 34300 65100

výroba a montáž vedenia odsú-vateľných dverí

1800 21890 43450

výroba a montáž zaisťovacích mechanizmov dverí

2300 9475 17175

výroba a montáž dverí 66000 120530 179050 povrchová úprava vagóna 45000 63655 83675 CELKOM 292500 568020 863700

Materiálové náklady sú vypočítané odhadom, vzhľadom na neúplnosť cien

jednotlivých častí.

Celkové náklady tvoria náklady na pracnosť + materiálové náklady.




KDMT

© Šály Vincent

70

5.2.2 Výpočet výnosov

Z hľadiska výnosnosti je tento proces je veľmi zložitý. Výpočet nákladov sa

dá približne odhadnúť, ale výnosy sú oveľa zložitejšie. Na veľmi približné rozanaly-

zovanie tohto problému sa to dá, ale hodnoty sa budú odlišovať od skutočných. Ne-

bude to veľká odchýlka, ale značná.

Na tento výpočet urobím dva modelové prípady:

1. rekonštrukciu urobí železnica,

2. rekonštrukciu urobí súkromník.

1. Ak rekonštrukciu urobí železnica musí sa riadiť vedľa taríf používaných

na slovenských tratiach.

Ako modelový príklad uvádzam trať - Nová Baňa – Čierna nad Tisou. Ki-

lometrická vzdialenosť je 482km. Plne ložený vozeň - 30t – príslušná tarifa –

21,63Eur/tona. Vozeň túto vzdialenosť dokáže urobiť 3x za mesiac.

Výpočet je potom nasledovný :

30t * 21,63Eur/tona * 3cesty * 12mesiacov * 37,2Sk = 869006,88Sk

cena na prepravu štyroch samostatných jednotiek je - 843696Sk

Od tejto ceny sa musia odpočítať:

- mzdové náklady,

- režijné náklady,

- dopravná cesta.

Tento variant nie je výhodný, lebo na takéto vzdialenosti je už len cena do-

pravnej cesty drahšia a oplatilo by sa prepravovať takýmto spôsobom viacej samo-

statných jednotiek




KDMT

© Šály Vincent

71

2. Ak rekonštrukciu urobí súkromník, tak mu je výhodnejšie tieto vozne pre-

pravovať na tratiach mimo územia Slovenskej republiky.

Ak si vezmeme ako príklad cestu - Nová Baňa – Kyjev - 482km na sloven-

ských tratiach a 890km na Ukrajine čo činí spolu 1372km, tak sú ceny prepravy na-

sledovné:

Tarify pre vozne ostávajú na slovenskej časti také isté ako pri prvom variante,

ale oproti nemu tarify na Ukrajine sú oveľa výhodnejšie:

Tarifa pri náklade 30t:

– štyri samostatné jednotky – 7,5 t na jednu – tarifa

pre samostatné jednotky = 1117 x 4 = 4468$

- jedna štvorička – 30t na jednu – tarifa pre spojené

vozne = 1183 x 1 = 1183$

´ Úspora pri prevážaní vozňov pomocou štvoričky - 3285$ = 96503,445Sk.

Z daného výpočtu vyplýva, že využitie štvoričiek na tratiach mimo slovenskej

republiky je nezvratne výhodnejšie. [14]




KDMT

© Šály Vincent

72

6. Záver

Cieľom mojej práce bolo navrhnúť komplexnú rekonštrukciu skrine nákladné-

ho vagóna radu 150 2 v konštrukčnom programe CATIA V5R14.

V druhej kapitole som stručne popísal súčasný stav vozového parku ZSSK

Cargo Slovakia, a.s.. Technické parametre vagóna použitého pre komplexnú rekon-

štrukciu.

Tretia kapitola diplomovej práce obsahuje detailnejšie spracovanie konštrukč-

ného návrhu jednotlivých častí celej konštrukcie vagóna, návrh možných variantov

riešení, obrázky či detaily na niektorých dôležitých častiach. Ďalej uvažuje o možnos-

ti zavedenia snímača loženia DAKO SL, aby bola možnosť samočinného plynulého

brzdenia v závislosti na hmotnosti nákladu.

V štvrtej kapitole som uviedol technické výpočty ako výpočet kinematického

obrysu vagóna podľa UIC 505, či výpočet tanierovej pružiny použitej v zostave na

horné vedenie odsúvateľných dverí. Po nich nasledovali 3D analýzy konštrukcie va-

góna z príslušnými obrázkami a výsledkami jednotlivých analýz. Na konci tejto kapi-

toly som uviedol označovanie vozňov a označenie skonštruovaného vozňa.

Piata kapitola zahŕňa dôvodovú správu a technicko-ekonomické zhodnotenie

riešenej problematiky.

Obr. 5.2

Spojenie vozňov Haabbins do štvoričky




KDMT

© Šály Vincent

73

Zoznam použitej literatúry

[1] Doc. Ing. Daniel Kalinčák, PhD., Ing. Ferdinand Janíček, Ing. Kamil Ko-

recz, Ing. Andrej Lang, Koľajové vozidlá – riešené príklady, Vydala Žilin-

ská univerzita v Žiline, 2004

[2] DAKO-CZ, a.s., Třemošnice, DAKO – samočinné brzdění podle nákladu

[3] DAKO-CZ, a.s., Třemošnice, Technické podmínky – rozváděče DAKO

CV1nD

[4] Pavel Vávra a kol., Strojnické tabulky pro SPŠ strojnické, STNL – nakla-

datelství technické literatuty, N. P., 1983

[5] Železničná spoločnosť Cargo Slovakia, a. s., Bratislava, Časopis pre

zamestnancov spoločnosti Cargo Slovakia, a. s., CARGO INFO, septem-

ber 2005

[6] Železničná spoločnosť Cargo Slovakia, a. s., Bratislava, Časopis pre

zamestnancov spoločnosti Cargo Slovakia, a. s., CARGO INFO, apríl

2006

[7] Železničná spoločnosť Cargo Slovakia, a. s., Technické údaje vozňov za-

radených do parku ZSSK CARGO

[8] Katalógy ložísk -

http://www.skf.com/portal/skf_sk/home/products?lang=sk,

[9] Kinematický obrys - UIC 505

[10] Skúšky nákladných vozňov - Erri b12RP17, Výskumný a skúšobný ústav

Medzinárodnej železničnej Únie UTRECHT, september 1987

[11] Medzinárodné označenie nákladných vozňov:

http://www.zscargo.sk/files/katalog/moznacenie.pdf,

[12] Písmenové označenie nákladných vozňov:

http://www.zscargo.sk/files/katalog/poznacenie.pdf,

[13] Rozmery balíkov nobasil,

http://www.nobasil.sk/cont/dokumenty/dokumenty.php,

[14] Interné záznamy, Logisped. s.r.o.


http://www.skf.com/portal/skf_sk/home/products?lang=sk

http://www.zscargo.sk/files/katalog/moznacenie.pdf

http://www.zscargo.sk/files/katalog/poznacenie.pdf

http://www.nobasil.sk/cont/dokumenty/dokumenty.php



KDMT

© Šály Vincent

74

Zoznam príloh

Príloha č.1 - Obrázok snímača loženia DAKO SL s prídavným ventilom

DAKO DS

Príloha č.2 - Schéma prídavného ventilu DAKO DS

Príloha č.3 - Hlavné rozmery snímača zaťaženia DAKO SL

Príloha č.4 - Hlavné rozmery prídavného ventilu DAKO DS (konštrukčné

riešenie varianty s nosičom)

Príloha č.5 - Vygenerovaný report statickej analýzy celej konštrukcie z

konštrukčného programu CATIA V5R14

Príloha č.6 - Technické údaje vozňov zaradených do parku ZSSK

CARGO

Príloha č.7 - Typový výkres vagóna Haabbins

Príloha č.8 - Výkres zatváracieho a otváracieho mechanizmu



Diplomová práca · ŽilinskÁ univerzita diplomovÁ prÁca kdmt © Šály vincent 1 ŽilinskÁ...

Documents

Transcript of Diplomová práca · ŽilinskÁ univerzita diplomovÁ prÁca kdmt © Šály vincent 1 ŽilinskÁ...