毕业设计(论文)-铁路货物运输装载加固方案设计

铁路货物运输装载加固方案设计姓名：学号：专业：年级：学院：指导教师：

目录第一篇铁路货物运输装载加固方案设计任务书 页第二篇铁路货物运输装载加固方案设计说明书第一章分析货物的特点及运输要求一、货物特点本次装载加固的货物为钢制均重等断面圆柱体货物一件，其重量为40t，长15.9m。由半径不同的两个圆柱体构成，大半径一端长12.9m，直径为3.38m；小半径一端长3m,直径为2.5m。货物支重面长度为：7.8+5.1=12.9(m)，货物的重心距离大半径一端为7.8m。货物的具体外形尺寸如下图所示：7800mm7800mm5100mm3000mmD=3380mmmD=2500mmQ=40t二、运输要求本货物为圆柱形货物，在列车运行中或调车过程中容易发生滚动。所以必须使用掩木、三角木或其他加固材料进行加固。本设计采用在货物底部放置鞍座，鞍座凹口底部高度为40mm，凹口深度为280mm，货物与鞍座间垫有橡胶垫其厚度为5mm。此外必要时使用掩木和横垫木，同时采用腰箍加固的方式，腰箍两端拉直部分与纵向垂直平面之间夹角。为防止货物发生移动，横腰箍可以用扁钢带或钢丝绳以紧固部件做成，利用其拉力，增加货物对车地板的压力，以增大货物的摩擦力。本设计中采用扁钢带。由于货物本身长度较大，还应注意游车的选用及区间速度和过岔速度的限制。第二章确定装车类型本课程设计中其准用货车不限，但选择的装车类型必须考虑经济合理。首先排除长大货物列车，其使用起来不划算。通过对货物特点的综合分析，本设计中选用N17型I56Q平车，车体材质为木地板。车底板面高1209mm，自重19.1t，载重60t，固定轴距1750mm，销距l=9000mm，车底板长度L=13000mm，车底板宽度2980mm，空车重心高723mm。具体尺寸见下表：车型自重（t）载重（t）车底架长宽（mm）固定轴距（mm）转向架中心距（mm）地板面至轨面高度（mm）重心高度（mm）19.160175090001209723第三章确定装载方案一、阔大货物装载必须遵守的基本技术条件一般情况下，货物装车后其重心或总重心（一车装几件货物时）应能垂直投影到车地板纵、横中心线的交叉点上（简称“落在车辆中央”）。特殊情况下必须偏离车辆中央时，横向偏离（即离开车地板纵中心线）不得超过100mm，超过时必须采取配重措施；纵向偏离（即离开车地板横中心线）要保证车辆转向架承受的货物重量不超过货车标记载重的1/2，同时要保证车辆两转向架负重之差不大于10t，另有规定者除外。一车装载两件或多件货物时，应避免对角线装载。重车重心高度从轨面起，一般不得超过2000mm，超过时可采取配重措施降低重车重心高度或限制该重车的运行速度。二、装载方案比选经过分析，该货物的装载方案有以下几种，下面分别对此进行分析=1\*GB3①方案一：货物重心落到车辆中央货物重心落在平车车底板中心位置，如图1所示（单位：mm）。大半径端突出1300mm，小半径端突出1600mm（红色标注）由于突出部分均大于300mm，故需要加挂两辆游车。图11）货物重心纵向偏离量：无，重心在车底板横中心线上。2）货物重心横向偏离量：无，重心在车底板纵中心线上。3）横垫木需要高度：货物所需横垫木的高度按通过驼峰的要求考虑，可得：式中：a—货物突出端至负重车最近轮对轴心所在垂直平面的距离（mm）；—游车地板与负重车地板高度差，游车高时取正，反之取负；f—突出货物挠度，设计中均取为080—负重车地板空重高度差（30mm）与安全距离（50mm）之和。上式中：（mm）——车底板长度；——车辆销距；——转向架固定轴距；——货物突出车端外方长度由于两边均有突出，因此分别计算如下：大半径端:；H垫=0.031×2425+0+0+80=155.18(mm)由于鞍座高度为40mm，外加5mm的厚橡胶垫，所需横垫木高度为：155.18-40-5=110.175取120mm。小半径端：同理，由上式公式得a=2725(mm),=0.031×2725+0+0+80-（1690-1250）=-275.525(mm)，所以不需垫高。综上，该方案需要的横垫木高度为120mm。4）计算重车重心高度：货物装车后货物重心自轨面高为：重车重心据轨面的高度：H=重心超过了2000mm，因此若能满足配重技术条件可进行配重。但是考虑到货物尺寸较大不易配重，此时重车重心高度在2000～2400mm之间，查表得区间限速50km/h，通过侧向道岔时限速15km/h。5）超限等级确定：因为货物为均重等断面圆柱体，在大半径货物端部时至车辆横中心线距离x=7.8m，小半径货物货端至车辆横中心线距离x=8.1m。则2x/l均大于1.4，所以检定断面为端部。选定三个计算点A、B、C，如图2（蓝色部分）所示，并对其进行分析：图2A点其高度最高，但其实测半宽为0，因此不可能超限。B、C点其高度相同但B点的实测半宽大于C，C点的偏差量大于B。因此对B、C两点进行比较：B点：该点至车辆横中心线的距离：x=7.8m，2x=15.6m距轨面高为：3380/2+1209+120+45=3064mm。C外=(2x)2-l28R×1000K=752xl-1.4=75×(15.6X外=B+C外+K-36=1690+67.65+25-36=1746.65（mm）查《超规》知，通过查表在高度为3064时，超过了机车车辆限界1700未超过一级限界1900。所以属于中部一级超限。C点：该点至车辆横中心线的距离：x=8.1m，2x=16.2m。距轨面高为：3064mm。C外=(2x)2-l28R×1000=(16.2×16.2-9×K=752xl-1.4=75×X外=B+C外+K-36=1250+75.60+30-36=1319.6（mm）查《超规》可知，该点未超限。综上所述，采用该装载方案时，货物为中部一级超限。6）装载方案集重检查：通过查《普通平车局部地板面承受均布载荷或对称集中载荷时容许载重量表》可得，对于型平车，当Q=40t时，车地板的负重面长度为3000mm，可避免集中。对于本货物，若将其直接置于车地板上，车地板负重面长度为12900mm，远大于3000mm，而且本设计还将货物放在鞍座上且有横垫木因此不会产生集重现象。两横垫木中心线间最小距离为1500mm。=2\*GB3②方案二：大半径端货物偏离车辆横中心线最大容许偏离量P容=60t,Q=40t,P容a容=5lQ=5×9÷40×1000=1125大半径端货物重心偏离平车车底板中心最大容许量，如图3所示（单位：mm）。大半径端突出175mm，小半径端突出2725mm（红色标注）由于小半径端突出部分大于300,需要加挂一辆游车。图31）货物重心纵向偏离量：无，重心在车底板横中心线上。2）货物重心横向偏离量：1125mm。3）横垫木需要高度：货物所需横垫木的高度按通过驼峰的要求考虑，可得：大半径端:；H垫=0.031×1300+0+0+80=40.3(mm)由于鞍座高度为40mm，外加5mm的厚橡胶垫，所以鞍座即可满足要求，不需横垫木。小半径端：同理，由上式公式得a=3850(mm),=0.031×3850+0+0+80-（1690-1250）=-240.65(mm)，所以不需垫高。综上，该方案不需要横垫木。4）计算重车重心高度：货物装车后货物重心自轨面高为：重车重心据轨面的高度：H=重心超过了2000mm，因此若能满足配重技术条件可进行配重。但是考虑到货物尺寸较大不易配重，此时重车重心高度在2000～2400mm之间，查表得区间限速50km/h，通过侧向道岔时限速15km/h。5）超限等级确定：因为货物为均重等断面圆柱体，在大半径货物端部时至车辆横中心线距离x=6.675m，小半径货物货端至车辆横中心线距离x=9.225m。则2x/l均大于1.4，所以检定断面为端部。选定三个计算点A、B、C，如图3（蓝色部分）所示，同理经分析只需比较B、C两点。B点：该点至车辆横中心线的距离：x=6.675m，2x=13.35m距轨面高为：3380/2+1209+45=2944mm。C外=(2x)2-l28R×1000=(178.2225-81)K=752xl-1.4=75×(13.35÷X外=B+C外+K-36=1690+40.5+6.25-36=1700.75（mm）查《超规》知，通过查表在高度为2944时，超过了机车车辆限界1700未超过一级限界1900。所以属于中部一级超限。C点：该点至车辆横中心线的距离：x=9.225m，2x=18.45m。距轨面高为：2944mm。C外=(2x)2-l28R×1000=(340.4025-81)K=752xl-1.4=75×(18.45÷X外=B+C外+K-36=1250+108.08+48.75-36=1370.83（mm）查《超规》可知，该点未超限。综上所述，采用该装载方案时，货物为中部一级超限。6）装载方案集重检查：通过查《普通平车局部地板面承受均布载荷或对称集中载荷时容许载重量表》可得，对于型平车，当Q=40t时，车地板的负重面长度为3000mm，可避免集中。对于本货物，若将其直接置于车地板上，车地板负重面长度为12900mm，远大于3000mm，因此不会产生集重现象。=3\*GB3③方案三：小半径端货物偏离车辆横中心线最大容许偏离量小半径端货物重心偏离平车车底板中心最大容许量，如图4所示（单位：mm）。大半径端突出2425mm，小半径端突出475mm（红色标注）由于突出部分均大于300,需要加挂两辆游车。图41）货物重心纵向偏离量：无，重心在车底板横中心线上。2）货物重心横向偏离量：1125mm。3）横垫木需要高度：货物所需横垫木的高度按通过驼峰的要求考虑，可得：大半径端:；H垫=0.031×3550+0+0+80=190.05(mm)由于鞍座高度为40mm，外加5mm的厚橡胶垫，所以横垫木高度为145.05，取150mm。小半径端：同理，由上式公式得a=1600(mm),=0.031×1600+0+0+80-（1690-1250）=-310.4(mm)，所以不需垫高。综上，该方案需要横垫木高为150mm。4）计算重车重心高度：货物装车后货物重心自轨面高为：重车重心据轨面的高度：H=重心超过了2000mm，因此若能满足配重技术条件可进行配重。但是考虑到货物尺寸较大不易配重，此时重车重心高度在2000～2400mm之间，查表得区间限速50km/h，通过侧向道岔时限速15km/h。5）超限等级确定：因为货物为均重等断面圆柱体，在大半径货物端部时至车辆横中心线距离x=8.925m，小半径货物货端至车辆横中心线距离x=6.975m。则2x/l均大于1.4，所以检定断面为端部。选定三个计算点A、B、C，如图4（蓝色部分）所示，此时B处其实测宽度和偏差量都最大，因此只需确定B处超限等级即可。B点：该点至车辆横中心线的距离：x=8.925m，2x=17.85m距轨面高为：3380/2+1209+45+150=3094mm。C外=(2x)2-l28R×1000=(318.6225-81)K=752xl-1.4=75×(17.85÷X外=B+C外+K-36=1690+99.0+43.75-36=1796.76（mm）查《超规》知，通过查表在高度为3094mm时，超过了机车车辆限界1700未超过一级限界1900。所以采用该方案时属于中部一级超限。6）装载方案集重检查：通过查《普通平车局部地板面承受均布载荷或对称集中载荷时容许载重量表》可得，对于型平车，当Q=40t时，车地板的负重面长度为3000mm，可避免集中。对于本货物，若将其直接置于车地板上，车地板负重面长度为12900mm，远大于3000mm，而且本设计还将货物放在鞍座上且有横垫木因此不会产生集重现象。两横垫木中心线间最小距离为1500mm。=4\*GB3④方案四：两端均突出车端且突出距离相等两端均突出车端且突出距离相等，如图5所示（单位：mm）。大半径端突出1450mm，小半径端突出1450mm（红色标注）由于突出部分均大于300,需要加挂两辆游车。图51）货物重心纵向偏离量：无，重心在车底板横中心线上。2）货物重心横向偏离量：150mm。3）横垫木需要高度：货物所需横垫木的高度按通过驼峰的要求考虑，可得：大半径端:；H垫=0.031×2575+0+0+80=159.825(mm)由于鞍座高度为40mm，外加5mm的厚橡胶垫，所以横垫木高度为114.825，取120mm。小半径端：同理，由上式公式得a=2575(mm),=0.031×1600+0+0+80-（1690-1250）=-280.175(mm)，所以不需垫高。综上，该方案需要横垫木高为120mm。4）计算重车重心高度：货物装车后货物重心自轨面高为：重车重心据轨面的高度：H=重心超过了2000mm，因此若能满足配重技术条件可进行配重。但是考虑到货物尺寸较大不易配重，此时重车重心高度在2000～2400mm之间，查表得区间限速50km/h，通过侧向道岔时限速15km/h。5）超限等级确定：因为货物为均重等断面圆柱体，x=7.95m。2x/l大于1.4，所以检定断面为端部。选定三个计算点A、B、C，如图5（蓝色部分）所示，此时B处其实测宽度和偏差量都最大，因此只需确定B处超限等级即可。B点：该点至车辆横中心线的距离：x=7.95m，2x=15.9m距轨面高为：3380/2+1209+45+120=3064mm。C外=(2x)2-l28R×1000=(252.81-81)K=752xl-1.4=75×(15.9÷X外=B+C外+K-36=1690+71.59+27.5-36=1753.09（mm）查《超规》知，通过查表在高度为3064mm时，超过了机车车辆限界1700未超过一级限界1900。所以采用该方案时属于中部一级超限。6）装载方案集重检查：通过查《普通平车局部地板面承受均布载荷或对称集中载荷时容许载重量表》可得，对于型平车，当Q=40t时，车地板的负重面长度为3000mm，可避免集中。对于本货物，若将其直接置于车地板上，车地板负重面长度为12900mm，远大于3000mm，而且本设计还将货物放在鞍座上且有横垫木因此不会产生集重现象。两横垫木中心线间最小距离为1500mm。=5\*GB3⑤方案5：货物大头端与车端平齐此时货物重心偏离车辆横中心线距离为7800-6500=1300mm>1125mm，所以该方案不可行。=6\*GB3⑥方案6：货物小头端与车端平齐此时货物重心偏离车辆横中心线距离为3000+5100-6500=1600mm>1125mm，所以该方案不可行。比较以上6种方案，方案二货物重心偏离车辆横、纵中心线距离在允许偏离距离内，且只使用一辆游车，重车重心高度较低，不需要垫横垫木。遵循降低重车重心高度和少用车的原则，故选择方案二作为最终方案。第四章作用于货物上的力及需加固装置承受的力一、作用于货物上的力本装载加固方案用扁钢带加固，且车体材质为木地板，故属于柔性加固。1）纵向惯性力（T）柔性加固的单位纵向惯性力为：=0.0012×（19.1+40）2-0.32×59.1+29.85=15.129（KN/t）纵向惯性力为：=15.129×40=605.2（KN）式中： Q总——重车总重；Q——货物重量。2）横向惯性力（N）每吨货物的横向惯性力为：=2.82+2.2×1125/9000=3.095(KN/t)横向惯性力为：=40×3.095=123.8(KN)式中：——货物重心偏离车辆横中心线的距离；——车辆销距；Q——货物重量。3）垂直惯性力用普通货车装载时：用长大货物车装载时：——货物重心偏离车辆横中心线的距离。——车辆销距。Q——货物重量，t。本设计采用普通货车装载，故Q垂=（3.54+3.78×1125/9000）×40=160.5(KN)。4）风力式中：F—货物在车辆侧向迎风面投影面积；q—计算风压。受风面为平面时：q=0.49kN/m2受风面为圆柱体或球体的侧面时：q=0.245kN/m2故：W=0.245×(3.38×12.9+2.5×3)=12.5(KN)摩擦力当货物与车底板之间加有垫木或衬垫时，应取货物与垫木或衬垫间及垫木或衬垫与车地板间摩擦系数较小者计算。本货物与车地板间加有鞍座，且货物与鞍座间还隔有5mm的橡胶垫。而货物（钢板）与橡胶垫间的摩擦系数，鞍座与橡胶垫间的摩擦系数，鞍座与车地板（木）间的摩擦系数故摩擦系数，取三者间的最小值，即。纵向摩擦力：=9.8×0.45×40=176.4（KN）横向摩擦力：=0.45×(9.8×40-160.5)=104.2（KN）式中：μ—货物与车地板间滑动摩擦系数。Q——货物重量，t。二、需加固装置承受的力鞍座凹口深度足以保证货物不会发生横向滚动。仅需要防止货物发生纵向移动和带着鞍座横向移动。需要加固装置承受的纵向和横向水平力如下：纵向：ΔT=T-F摩纵QUOTEF摩纵=605.2-176.4=428.8（KN横向：ΔN=1.25（N+W）-F摩横=1.25×第五章货物稳定性计算在运输过程中作用于货物上的纵向惯性力、横向力和风力，可能使货物产生纵、横方向的倾覆、滚动或移动，而货物的重力及其与车地板间的摩擦力，属于稳定因素，可阻止货物产生纵、横方向的倾覆、滚动和移动。重力和摩擦力能否保证货物稳定，需验算。由于本货物为长大圆柱形货物，故主要考虑其水平移动的稳定性和横向滚动的稳定性。一、货物水平移动的稳定性为防止货物在车辆上发生纵向水平移动，需要加固材料或装置承受的纵向水平力为：ΔT=T-F摩纵QUOTEF摩纵=605.2-176.4=428.8（KN为防止货物在车辆上发生横向水平移动，需要加固材料或装置承受的横向水平力为：ΔN=1.25（N+W）-F摩横=1.25×由于和的值均大于零，故仅仅依靠摩擦力不足以阻止货物发生纵向或横向的移动，需要进行加固。二、货物滚动的稳定性用掩挡（鞍座）进行加固后，货物免于横向滚动（本货物纵向不会发生滚动）的条件是：式中：b——货物重心所在纵向垂直平面至货物与掩挡（鞍座）接触点之间的距离（mm）；R——货物或轮子的半径（mm）；——掩挡的实际高度，即掩挡与货物接触点自货物或车轮最低点所在水平面起算的高度（mm）。在本设计中，货物的半径R=D/2=3380/2=1690mm，鞍座实际凹口深度为=280mm。考虑到货物与鞍座间的橡胶垫仅有5mm，相较于圆柱体货物的半径及凹口深度很小，因此，在计算货物重心所在纵向垂直平面至货物与鞍座接触点之间的距离时，其影响可忽略不计，即货物重心所在纵向垂直平面至货物与鞍座接触点之间的距离为：故：η=故用鞍座加固后，货物在横向不会发生滚动。第六章确定加固强度采用腰箍加固，腰箍两端拉直部分与车辆纵向垂直平面之间的夹角γ＝6.3°；使用6道腰箍，即n=6，则每道腰箍需具备的抗拉力为：防止货物移动时：P=428.8÷(2×6×0.45×cos6.3°)=79.89(KN)式中：——腰箍的道数；——腰箍两端拉直部分与车辆纵向垂直平面间的夹角，取6.3°由于货物的鞍座凹口深度足以防止货物发生滚动，故既防止货物移动，又防止滚动，每道腰箍至少应承受的拉力为P=79.89(KN)。用扁钢带作为腰箍，扁钢带的截面积为：式中：[σ]——扁钢带的许用应力，取140MPa。第七章货物装载加固示意图见CAD附图。第八章自我评价本次课程设计一开始做的时候感觉比起第一个课设简单一些，只是需要计算的比较多。但做的时候发现需要考虑的细节还是比较多，装载加固这一章在上课时我就觉得挺有趣的，感觉也听懂了，但真到自己做的时候还是会遇到很多问题，好在通过仔细阅读、理解课文最后都解决了。而CAD绘图因为有上次的经验所以也觉得做着还算容易。这个课程设计中我选择的比较方案比较多，有些方案选择时就觉得不够优，但为了加强自己的印象也将其罗列出来了。总之通过这次的课程设计，自己的理论知识中存在的不足得以夯实，基础知识更加扎实了也锻炼了自己的动手能力。但由于自身知识和能力的不足，设计中难免存在错误之处，还望老师能给予指正。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控