Расчет на прочность паровых цилиндров

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

В зависимости от примененного для изготовления цилиндра материала- чугуна или стали-расчет стенок цилиндров на прочность производится двумя способами.

Чугунные цилиндры рассчитать по формулам, выведенным на основании законов сопротивления материалов, невозможно из-за хрупкости материала. Правда, для отливки цилиндров, как указано, выбирается самый мягкий, плотный, вязкий и однородный чугун (ч.л.-1), но все же его хрупкость, из-за большого содержания углерода, велика, и это не позволяет предполагать, что растягиваемая давлением пара стенка цилиндра во всех участках своего сечения будет одинаково нагружена. Участки сечения стенки, ближайшие к внутренней рабочей поверхности цилиндра, будут нагружены больше внешних участков. Поэтому при расчете толщины стенок имевших прежде исключительное распространение чугунных цилиндров, пользовались эмпирическими формулами:

д1=^ Д- 1,5; (90)

40

<*а=^+1,5, (91) 60

где дх-толщина стенки цилиндров простого расширения или ц. в. д. машин-компаунд (в см), йц-внутренний диаметр цилиндров в см и ё2-толщина стенки ц. н. д. машин-компаунд (в см). Слагаемое 1,5 см учитывает нужный запас толщины стенки на износ (расточки):'

Формулы эти составлены для расчета стенок цилиндров старых паровозов с давлением пара 11-13 атм.

При увеличении давления пара за пределы 12-13 атм приходилось несколько уменьшать знаменатель дроби или увеличивать запас на расточку, учитывая, что при повышенном до 14-15 атм давлении толщина стенки вйц

-ц- см

окажется недостаточной;

В виду того, что чугунные цилиндры являются устаревшим типом цилиндров, не имеющим перспектив, нет смысла заниматься громоздким исследованием распространения напряжений от внутренней поверхности цилиндра вглубь толщиего стенки и выводить основанные на законах теории упругости расчетные формулы* Можно просто увеличить второе слагаемое с 1,5 до 1,8 -:- 2 см и этим ограничиться. Для давления пара в 13 -:- 14 атм основная формула приобретает вид:

<*.= "" +2 сл. (92) 1 40

При давлении в 15 атм и выше необходимо применять стальные цилиндры вместо хрупких чугунных.

Толщину стенки стального цилиндра удобно и достаточно точно можно подсчитать по формуле:

в = ь (\/~Л'+°'4р* -Л см, тгде д-толщина стенки в см;

диаметр (внутренний) цилиндра в см.

Я2- напряжение стенки на разрыв. Для стальных цилиндров (ст.л.-1) его можнб принимать /?г= 200 -- 250 кг/см2.

рк-рабочее наибольшее давление в цилиндре, которое можно принимать равным котельному. Как видим, /?г для стального литья принято очень невысоким. Объясняется это тем, что цилиндры всегда снабжаются запрессованными втулками, дающими значительное добавочное напряжение в стенке1.

Заметим, что при расточке цилиндра и при обточке втулки нужно очень точно соблюдать чертежный натяг, ибо уже незначительное отклонение от него в большую сторону вызывает значительное напряжение стенок цилиндра на разрыв, а в меньшую сторону-даст неизбежное последующее ослабление втулки.

Толщина стенки золотниковой втулки цилиндра выбирается с запасом на износ-обычно в 20 мм.

Толщину стенки золотникового цилиндра можно взять в зависимости от толщины стенки самого парового цилиндра:

с?зм=(0,60^0,75УД. (04>

Эта формула дает надежные результаты.

Толщина стенок других элементов цилиндра назначается также в зависимости от основной толщины стенки бочки парового цилиндра. Все распределение металла в отливке должно быть по возможности равномерным, так как отдельные скопления больших массивов металла вызывают при охлаждении отливки большие внутренние напряжения. Вообще говоря, толщина стенки бочки цилиндра является исходной для определения толщин стенок других элементов отливки цилиндра. Различные ребра и стенки каналов делаются толщиной в пределах

(0,6-н0,8) дц. (95

С другой стороны, в отливке имеются и стенки с несколько большей толщиной по сравнению с 6. Так, по условиям укрепления крышек цилиндров толщина торцевого фланца, в который ввертываются шпильки, должна быть равна 38 -н--4-42 мм для употребительных размеров шпилек.

Привалочная плита к тонкой листовой раме должна иметь толщину:

с^ = (1.20-:-1.35) дц. (96)

Привалочная плита к брусковой раме делается, как мы уже знаем, сравнительно узкой (280 -н- 320 мм); плита должна иметь значительно большую толщину

1 Подробнее о влиянии запрессовки втулок на напряжение в стенках цилиндра ем. книгу «Паровоз «ФД», изд. Редбюро Локомотивопроекта, стр. 249.

чем самый цилиндр, тем более, что эта плита соединяется с очень жесткой мощной консолью брусковой рамы толщиной ПО-140 мм и более. Вообще

^ = (1-6-:-1,8) дц. (97)

Массив металла, сконцентрированного в этой плите, является сам по себе недостатком конструкции блочных цилиндров, порождающим внутренние напряжения при охлаждении цилиндров. Правда, этот недостаток почти*полностью устраняется при отжиге цилиндров.

ГЛАВА IV ПРИНАДЛЕЖНОСТИ ПАРОВЫХ ЦИЛИНДРОВ

⇐ | Размеры паровых цилиндров и их частей || Конструкции паровозов || Цилиндровые крышки | ⇒