УДК 629.4.023

МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСЧЁТНОЙ СХЕМЫ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ УНИФИЦИРОВАННОЙ РАМЫ ТЕЛЕЖКИ ТЕПЛОВОЗА

Валиев Мухаммад Шералиевич1, Шеримбетов Акром Айтбаевич1, Шерзамин Хайтбаевич Абдурасулов1
1Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта

Аннотация
Безопасная эксплуатация транспортного средства определяется остаточной прочностью деталей, узлов и конструкций. Данная статья посвящена моделированию и анализу напряженно-деформированного состояния рамы бесчелюстной тележки тепловоза. Рассмотрено разделение расчетной схемы рамы на конечные элементы, приведены результаты расчета напряжений при статических нагрузках. Подвижной состав, несущие конструкции, рама тележки тепловоза, анализ методом конечных элементов.

Ключевые слова: , , , , , , , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Валиев М.Ш., Шеримбетов А.А., Шерзамин Х.А. Моделирования расчётной схемы металлоконструкции унифицированной рамы тележки тепловоза // Современные научные исследования и инновации. 2018. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2018/03/85940 (дата обращения: 23.09.2018).

Безопасная эксплуатация транспортного средства определяется остаточной прочностью деталей, узлов и конструкций, её определяющих. В связи с увеличением скоростей движения на железнодорожном транспорте, а также (грузонапряжённости) веса поездов возрастают нагрузки на элементы экипажной части локомотивов, в том числе и рам тележек. Металло- конструкции механической части железнодорожного подвижного состава имеют сложную структуру элементов. Они представляют  собой ряд сложных пространственных конструкций с большим количеством разнообразных по конфигурации соединений и концентраторов напряжений, воспринимающих широкий спектр эксплуатационных нагрузок. Их размеры и форма определяются усилиями, деформациями и напряжениями в них, а также другими характеристиками состояния, которые формируются под действием нагрузок различного вида и характера, определяемых параметрами, назначением и условиями эксплуатации подвижного состава. В зависимости от этого, они рассчитываются на прочность и жесткость от статических и динамических нагрузок. При этом для обеспечения необходимой несущей способности и надежности конструкции при возможно меньшей массе, ее расчетная модель должна достаточно полно отражать и учитывать фактический спектр эксплуатационных нагрузок, строиться и решаться с учетом сочетания технических, экономических и других требований.

При эксплуатации на раму тележки тепловозов, кроме статических нагрузок от веса кузова с оборудованием, силы тяги (торможения) и реакций от момента и веса тяговых двигателей, действуют большие динамические вертикальные и горизонтальные нагрузки. Одной из особенностей рам тележек является то, что они работают при переменных напряжениях, в связи с этим они должны рассчитываться на усталостную прочность. Доминирующей формой расчёта является  проверочный расчёт, связанный с определением коэффициента запаса прочности. Для проведения таких расчётов необходимо располагать значениями действующих статических и динамических напряжений. Статические напряжения определяются для всех основных нагрузок: массы кузова с установленным оборудованием, тяговых и тормозных усилий, усилий при вписывании в кривые. Основным направлением совершенствования расчётных методов оценки ресурса несущих конструкций является более достоверный учёт их нагруженности и особенности поведения материала её локальных, наиболее напряжённых зон в конструкции.

На сегодняшний день одной из задач железнодорожного транспорта АО «Узбекистан темир йуллари» является обновление локомотивного парка. Следовательно, работы по расчёту и принятие рациональных мер по оценке остаточного ресурса и модернизации подвижного состава приобрели большую научную и практическую значимость. В таких условиях одним из решений является усиление более нагруженных частей металлоконструкций и продление их срока службы[2,3].

В связи с тем, что данные детали отличаются большой сложностью геометрической формы, значительными габаритами стендовые испытания реальных конструкций очень металлоёмки, трудоёмки и дороги. До настоящего времени при проектировании проверка статической прочности несущих конструкций производились упрощёнными методами по номинальным напряжениям, что объяснялось сложностью узлов и отсутствием отработанных и верифицированных расчётных моделей. Оценка циклической прочности подобных узлов ведётся в основном экспериментальными методами путём многократных испытаний макетов, что приводит к существенному увеличению сроков создания новых конструкций, испытания существующих конструкций и не всегда гарантирует выбор рационального с точки зрения прочности и надёжности варианта конструкции. Кроме того, это снижает конкурентоспособность создаваемой транспортной техники в условиях современной рыночной экономики государства, нацеленной на инновационных путь развития[4]. Решение этой проблемы возможно внедрением в практику единых методов оценки ресурса несущих конструкций, включая и сложные сварные узлы, а также применение пакетов программ и ЭВМ, которые позволили бы обоснованно производить выбор наиболее рационального конструктивного или технологического решения. Поэтому актуальной задачей является разработка методики уточнённой оценки напряжённо деформированного состояния (НДС) рамы тележки тепловоза от действия эксплуатационных нагрузок. Следующим этапом после расчёта НДС является оценка работоспособности сварной конструкции рамы тележки по уровню местных напряжений в локальных зонах концентрации. И на последней стадии расчёта необходимо оценить надёжность рамы с целью сопоставления с нормируемыми показателями и требованиями норм[1].

В большинстве расчётов, проведённых ранее, рама тележки принимались в виде стержневой системы. Как показала практика, в зонах сопряжения балок рамы, в местах присоединения кронштейнов, накладок и в других узлах сложной формы определить напряжения с помощью стержневой схемы нельзя[5]. Поэтому целесообразно применение современных программ и методов расчёта, в первую очередь, метод конечных элементов.

Метод конечных элементов считается одним из наиболее эффективных методов решения задач механически деформируемого твёрдого тела и накоплен положительной опыт его применения в различных областях машиностроения. В настоящее время МКЭ является мощным численным методом, применяемым к различным физическим задачам, но наибольшее распространение он получил в применении к задачам теории упругости и анализу несущий способности конструкций и стремительно внедряется, становясь одним из основных методов анализа напряженно деформированного состояния конструкций. На сегодняшний день разработан ряд программ, с помощью которых можно провести многовариантный анализ расчётов с учётом всех нагрузок для получения результатов с достаточной точностью[6].

Применение этих методов позволит повысить точность расчётов и определять напряжения в элементах сложной формы, в первую очередь, в узлах соединения балок и в зонах присоединения отдельных деталей к несущим элементам.

В данном анализе напряжённо-деформированного состояния применялся МКЭ, реализованный в программном комплексе SolidWorks Simulation. Программа ориентирована на подготовку полноценной конечно-элементной модели с максимальными возможностями моделирования, учета особенностей геометрического, силового характера и выполнения различных видов расчетов.

Модель рамы тележки и расчётная схема приведена на рис.1.

Рис.1. Расчётная схема металлоконструкции унифицированной рамы тележки тепловоза

При статическом расчёте в качестве нагрузки принята сила Р=120 кН, учитывающая горизонтальные динамические воздействия, вызванные продольными колебаниями и галлопированием тележки относительно кузова при движении тепловоза со скоростью 80…100 км/ч. Нагрузка кузова, рамы тепловоза и кузовного оборудования передаётся на раму тележки через резинометаллические элементы находящиеся на боковинах. Разделение расчётной схемы на конечные элементы и расчёт напряжений осуществлялись на ЭВМ. Расчёт силовых факторов, действующих на тележку, производился согласно [1]. При генерации сетки конечно-элементной идеализации объекта исследования использовались объёмные конечные элементы. Идеализация рамы тележки тепловоза по МКЭ приведена на рис.2. Модель состоит из 46155 элементов и 90898 узлов.

Рис.2. Идеализация рамы тележки тепловоза

Поделиться в соц. сетях

0

Библиографический список
  1. Повышение надежности экипажной части тепловозов / А. И. Беляев, Б. Б. Бунин, С. М. Голубятников и др.; под ред. Л. К. Добрынина. – М. : Транспорт, 1984. –248 с.
  2. Прочность и безотказность подвижного состава железных дорог / А. Н. Савоськин, Г. П. Бурчак, А. Л. Матвеевичев, Е. В.Сердобинцев и др.; под общ. ред.  А. Н. Савоськина. – М. : Машиностроение, 1990. – 288 с. : ил.
  3. Тепловоз 2ТЭ116 / С. П. Филонов, А. И. Гибалов. – М., 1985. – 328 с.
  4. Нормы для расчета и оценки прочности несущих элементов, динамических качеств и воздействия на путь экипажной части локомотивов железных дорог РФ колеи  1520 мм. – М. : МПС, 1998. – 145 с.


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Мерганов Аваз Мирсултанович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация