Файл: РГР 1 (ZВ-5) МВ-41.docx

1 Задание

Данные по индивидуальному заданию, для удобства представим в виде таблицы 1.

Таблица 1– Данные по заданию

2 Техническое описание проектируемого подвижного состава, условия перевозки температурного груза

Пяти вагонная рефрижераторная секция ZB-5 постройки завода «Дессау» (ГДР) состоит из четырех грузовых вагонов с длиной кузова 21 м и вагона дизель-электростанции со служебным отделением с длиной кузова 17 м, расположенного в середине состава. Вагон-холодильник имеет грузовое помещение и два машинных отделения, расположенных по концам кузова. В каждом машинном отделении установлено по одной холодильно-отопительной установке, за счет которых охлаждается грузовое помещение. Под потолком помещения закреплены направляющие ролики, с помощью которых установки легко монтируются. В служебном вагоне размещены дизельное отделение, кабина управления секцией, кухня, помещение для размещения котла водяного отопления с циркуляционным насосом и туалета, купе и салон для обслуживающего персонала.

Автономные вагоны и грузовые вагоны секции типа ZB-5 имеют раму и кузов аналогичной конструкции. Рама воспринимает горизонтальные и вертикальные усилия, действующие на вагон. Она состоит их хребтовой, боковых продольных балок, концевых, шкворневых и промежуточных поперечных балок.

Хребтовая балка вагона сварной конструкции. В средней части вагона между пятниками она имеет вид сварной двутавровой балки высотой 237 мм. По консолям вагона высота хребтовой балки увеличена до 300 мм. В зоне установки поглощающего аппарата она имеет сварное коробчатое сечение.

Рама вагона через пятники, находящиеся на пересечении хребтовой и шкворневых балок, опирается на подпятники тележки. База вагона с длиной кузова 21м— 16 м. Рама покрыта гладким стальным листом толщиной 3 мм. Кузов вагона цельнометаллический облегченной сварной конструкции. Наружная обшивка боковых и торцовых стен выполнена из стального листа толщиной 1,5 мм, а крыши—2,5 мм. Боковые и торцовые стены сделаны из листов с горизонтальными гофрами с шагом 120 мм и стоек из профильной стали. Листы крыши усилены дугами из уголка 60405 мм, а в продольном направлении полосами 308 мм и угольниками 60405 мм. Усиливающие элементы соединены с листами крыши электросваркой. В местах, где должны быть приварены усиливающие элементы, листы покрывают защитной краской.

В грузовом помещении внутренние боковые стены выполнены из отдельных оцинкованных панелей с вертикальными гофрами. Потолок облицован твердоволокнистыми плитами: Пол грузового помещения вагона состоит из деревянных брусков, установленных вдоль вагона, на которые поперечно уложены в шпунт доски толщиной 45 мм. На деревянный настил вдоль вагона наклеены три полосы биологически нейтральной листовой резины толщиной 4 мм. Для термоизоляции кузова применен беспрессовый полистирол ПСБ, толщина которого составляет на крыше 250 мм стенах и двери —200 мм, на полу—140 мм.

Снаружи кузов вагона окрашен белым лаком горячим методом в специальных камерах., а потолок— серым лаком.

В грузовых вагонах секций выпуска с 1976 г. применена «душирующая» схема циркуляции воздуха. Для этого промежуточный потолок выполнен без щелей и воздух поступает в грузовое помещение только вдоль боковых стен через специальные щели, предусмотренные в продольных балках верхнего пояса. Вертикальные гофры боковых стен, торцовые воздушные шахты и напольные решетки обеспечивают свободную циркуляцию воздуха и поступление его к вентиляторам испарителей.

Двери грузового помещения одностворчатые присланного типа с размерами 20002200 мм.

Для отвода конденсатора и промывочной воды в углах грузового помещения расположены четыре водостока с гидравлическими затворами.

Грузовое помещение охлаждается и отапливается двумя холодильно-отопительными установками, расположенными на обеих торцевых стенах внутри вагона.

Каждая холодильная установка состоит из компрессора, конденсатора с воздушным охлаждением, маслоотделителя, ресивера, теплообменника, испарителя-воздухоохладителя, регулирующей станции, щита манометров, соединительных трубопроводов, в систему которых включены фильтры, осушители и запорные вентили.

Компрессор холодильной установки с приводом от электродвигателя мощностью 7 кВт имеет устройство, предохраняющее от чрезмерного повышения давления и гидравлических ударов. Для облегчения пуска компрессора предусмотрено байпасное устройство. Пластинчатый конденсатор с воздушным охлаждением смонтирован на одной раме с компрессором.

Рефрижераторные вагоны оборудованы двухосными бесчелюстными тележками типа ЦМВ-Дессау.

Рама тележки сварная, состоит из двух продольных, двух средних поперечных и двух концевых поперечных балок коробчатого сечения. К продольным балкам снизу приварены опорные плиты для установки шпинтонов.

Тележки, устанавливаемые под грузовыми вагонами секций и со стороны дизельного отделения дизельного вагона секции, имеют пятирядные эллиптические рессоры Галахова. Со стороны служебного отделения для улучшения плавности хода установлены тележки с трехрядными рессорами, так как нагрузка на пятник со стороны салона значительно ниже. В комплексе из восьми буксовых пружин, устанавливаемых в одну тележку, отклонение по высоте допускается не более 1 мм.

Тормозное оборудование вагона состоит из воздухораспределителя, тормозного цилиндра, запасного резервуара, тормозной магистрали, концевых резиновых рукавов, рычажной передачи, регулятора выхода штока поршня, концевых и разобщительного кранов и др.

Рефрижераторные вагоны оборудованы автоматическими тормозами с воздухораспределителем усл. № 270-005-1. Воздухораспределитель имеет режимный переключатель, рычаги которого выведены на обе стороны вагона. Переключатели устанавливают на необходимый режим работы воздухораспределителя.

Рычажная передача тележки обеспечивает двустороннее торможение. Тормозная система может быть оборудована как чугунными, так и композиционными колодками.

Все рефрижераторные вагоны постройки ГДР оборудованы автоматической сцепкой тала СА-3 (советская автосцепка, третий вариант), с поглощающим аппаратом Ш-1-ТМ. Для предотвращения саморасцепов на горках вследствие большой длины рефрижераторных вагонов их автосцепки оборудованы составными замками, что увеличило зону зацепления при взаимном смещении автосцепок по вертикали у двух смежных сцепленных секций. Для предотвращения случайных расцеплений вагонов секций в голове автосцепки установлен специальный стопорный болт, который своим хвостовиком ограничивает перемещение предохранителя от саморасцепа механизма автосцепки и тем самым запирает ее.

3 Определение коэффициента теплопередачи ограждения кузова грузового вагона

Основной задачей при расчете ограждающей конструкции является определение рациональной толщины теплоизоляционного слоя, в зависимости от технических требований и экономической целесообразности.

Согласно задания перевозится температурный груз – масло сливочное, при температуре перевозки -12°C и при среднегодовой температуре свыше +8°C, согласно таблице 4 источника [1] нормативный коэффициент теплопередачи:

• для стен: k=0,259 Вт/(м²·К);

• для крыши: k=0,217 Вт/(м²·К);

• для пола: k=0,293 Вт/(м²·К);

Конструктивное оформление ограждения кузова влияет на условия теплопередачи, поэтому при определении теплопритоков вагон-холодильника пользуются приведенным коэффициентом теплопередачи для всей площади ограждения кузова.

Определяем для частей ограждения кузова.Схема поперечного сечения кузова приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема поперечного сечения кузова АРВ

Наружные размеры кузова ZB-5 составляют:

а) длина по концевым балкам L=21 м;

б) наружная ширина грузового помещения B=3,1 м;

в) высота боковой стены по наружи H=2,7 м;

г) высота крыши h=0,5 м;

д) радиусы, образующие крышу R₁=0,4 м; R₂=2 м.

Площадь боковой стены

Площадь пола

Площадь крыши определим по формуле:

где S – длина дуги, образующей верхнюю часть крыши.

где – угол, ограничивающий дугу.

где – длина хорды, ограничивающий секторABC.

Подставим в формулы 4,5,7 и 8 числовые значения и найдем площадь крыши.

Площадь торцевой стены определим по формуле 9.

где – площадь сектора;

– площадь ΔABC.

Общая площадь вагона

Определим величину приведенного коэффициента теплопередачи ограждения кузова по формуле 1.

4 Расчет толщины теплоизоляции ограждения

Определение толщины потребного слоя изоляционного слоя ограждения производится исходя из условий обеспечения наименьшего значения коэффициента теплопередачи (интенсивности теплопритоков и теплопотерь) при заданном температурном напоре:

При ориентировочных расчетах для определения величины коэффициента радиационного и конвективного теплообменов можно пользоваться формулой [1, с.10]

где – коэффициент радиационного теплообмена,

– скорость движения вагона, V=100 км/ч;

l – длина омываемой воздухом поверхности, м.

Рассчитаем коэффициент теплопередачи для пола, боковой стены и крыши по формуле 14.

Для торцевых стен

Изоляционная конструкция должна обеспечивать непрерывность как теплоизоляционного, так и пароизоляционных слоёв по всей поверхности охлаждаемого помещения рефрижераторного вагона.

Ограждение кузова рассматривают как многослойную стену. На рисунке 2 покажем все слои.

1 - сталь, , м; 2 - битум , м;

3 - теплоизоляции ,; 4 - пароизоляция ,м;

5 - плита столярная ,м; 6 - пластик , м

Рисунок 2 – Ограждение кузова

Тогда минимальную толщину потребного изоляционного слоя для пола, боковой и торцевой стен, крыши найдём по формуле 13.

5 Теплотехнический расчет кузова вагона и определение потребной часовой холодопроизводительности холодильной машины для обеспечения заданных условий перевозки

Для определения тепловой нагрузки на систему охлаждения производим почасовой расчет теплового баланса помещения, в результате чего выявляется максимальный тепловой поток.

где – тепловой поток, передаваемый через ограждение, Вт;

– количество тепла, поступающего в вагон от действия солнечной радиации, при воздействии прямого и рассеянного облучения, Вт;

– теплопритоки от инфильтрации, Вт;

– количество тепла, поступающего с наружным воздухом при вентилировании, Вт;

– теплопритоки от электродвигателей вентиляторов, Вт;

– теплопоступления от предварительного неохлажденного груза;

– теплоприток при охлаждении кузова до температуры перевозки, Вт;

– количество тепла, выделяемого перевозимым грузом, Вт;

– прочие теплопритоки, Вт.

Тепловой поток, передаваемый через ограждение площадью , имеющие коэффициент теплопередачи , при температурном напоре определяется по формуле:

Приближенно теплопритоки от действия солнечной радиации можно рассчитать по формуле:

где – расчетная поверхность ограждения, подвергающаяся солнечному облучению, принимается в размере 30-40% от поверхности ограждения . Принимаем ;

– максимальная температура поверхности,

– продолжительность солнечного облучения в течение суток,

Температуру от инфильтрации находим по формуле:

где – коэффициент, учитывающий относительный воздухообмен в грузовом

помещении вагона вследствие инфильтрации, ;

– плотность поступающего в вагон воздуха, при

;

– полный объем грузового помещения вагона, ;

– энтальпия наружного воздуха и воздуха внутри вагона,

Теплопритоки от вентиляции

где – суточная кратность обмена воздуха в вагоне, .

Вт, так как груз – масло сливочное и оно не вентилируется в соответствии с таблицей 2 источника [1].

Теплоприток от электродвигателей вентиляторов, размещенных внутри охлаждаемого контура вагона, подсчитывается с учетом суммарной установочной мощности электродвигателей и продолжительности работы оборудования в течение суток не более 20…22 ч.

где – суммарная установочная мощность электродвигателей, ;

– продолжительность работы оборудования в течение суток,

принимаем равной 18 часам.

При охлаждении в пути следования предварительно неохлажденного груза от температуры наружного воздуха до температуры внутри вагона-холодильника, соответствующее заданному режиму перевозки, в течении 48-60 часов (n₂=2-2.5суток) теплопоступления от груза, Вт.

где – плотность загрузки вагона;

– погрузочный объем;

– энтальпии груза в начале и в конце охлаждения.

Так как перед погрузкой груз термически подготовлен то

При охлаждении кузова вагона до температуры перевозки теплопритоки могут быть определены по формуле

где – коэффициент, учитывающий количество тепла, отдаваемое массой ку-

зова и внутренним оборудованием грузового вагона РПС, А_к=1512 Вт/К;

– время охлаждения грузового помещения в процессе перевозок, n2 =

= 3 сут.

Количество тепла, выделяемое плодоовощами в процессе перевозки определяется по формуле [1, с.15]:

где – интенсивность тепловыделений от груза

– масса перевозимого груза

Так как перевозимый груз масло сливочное то

Неучтенные теплопритоки грузового помещения ZB-5 принимаем в размере 10% от суммарной величины учтенных теплопритоков. Общая величина учтенных теплопритоков найдем по формуле:

Тогда

.

Тогда общая величина теплопритоков равна

Проводим расчет требуемой охлаждающей способности холодильного оборудования по формуле [1, с.16]:

где – коэффициент рабочего времени, принимаем равным 0,7;

– коэффициент запаса холодопроизводительности,

Потребная холодопроизводительность “брутто” холодильной машины подсчитывается по формуле:

Тогда по формуле 26 получим потребную холодопроизводительность “брутто” холодильной машины

Список литературы

1 Чернин И.Л. Расчёт, подбор и эксплуатация холодильного оборудования рефрижераторного подвижного состава: Учебное пособие.Ч.1.-Гомель:БелИИЖТ, 1984.- 44с.

2 Бакрадзе Ю. М. и др. Рефрижераторные вагоны постройки ГДР. М.: Транспорт, 1977. – 272 с.

3 Демьянков Н. В. Холодильные машины и установки. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Транспорт, 1976. – 360 с.

4 ГОСТ 2.105-95.Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам.