Обоснование и разработка концепции и технических решений проектирования рамы тележки вагона метрополитена современного мегаполиса

• Автор: Попов, Виталий Борисович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 189 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 Анализ состояния проблемы и обоснование
программы исследования
1.1 Развернутая постановка проблемы в практической сфере деятельности, связанной с рамами тележек вагонов метро
1.2 Обзор и анализ работ по исследованию рам тележек
1.3 Обоснование программы и методы исследования
ГЛАВА 2 Эволюция конструкций рам тележек вагонов
отечественного метрополитена
2.1 Парк подвижного состава отечественного метрополитена
2.2 Конструктивные исполнения рам тележек и их
прочностной анализ
2.3 Построение статистических моделей и определение показателей надежности рам тележек вагонов Московского метрополитена
2.4 Результаты эксплуатации рам тележек на метрополитенах России
2.5 Основные закономерности эволюции рам тележек и
анализ современного состояния
ГЛАВА 3 Построение конечно-элементной модели и разработка новой конструкции рамы тележки вагона
метрополитена современного мегаполиса
3.1 Обоснование концепции нового проектирования
3.2 Разработка новой конструкции тележки и рамы тележки
3.3 Основные положения и математическая сущность
метода конечных элементов
3.4 Конечно-элементная модель новой рамы тележки
3.5 Прочностной и конструкторско-технологический анализ
новой конструкции рамы тележки

ГЛАВА 4 Экспериментальные исследования новой
конструкции рамы тележки
4.1 Усталостные (стендовые вибрационные) испытания
рамы тележки
4.2 Дополнительные стендовые вибрационные испытания
кронштейнов подвешивания редуктора рамы тележки
4.3 Ходовые динамико-прочностные испытания опытных вагонов метрополитена с тележками, оборудованными новыми рамами
ГЛАВА 5 Расчет полезного экономического эффекта от внедрения и эксплуатации вагонов и
тележек с новыми рамами
5.1 Методика расчета и определение исходных данных
5.2 Расчет стоимости жизненного цикла
5.3 Расчет экономического эффекта
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А - Определение вида законов распределения
наработки рам тележек до отказа
Приложение Б - Основные узлы новой рамы тележки
Приложение В - Расчет новой конструкции рамы тележки

ВВЕДЕНИЕ
Реальностью современной России стало резкое возрастание пассажиропотоков в крупных городах. Имеющиеся городские транспортные системы с большим трудом выполняют поставленные перед ними задачи по своевременному, безопасному и комфортабельному перемещению миллионов пассажиров. Одним из основных видов городского транспорта Москвы, Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода, Самары, Екатеринбурга, Новосибирска, Казани является метрополитен. Именно метрополитену, как городской внеуличной дороге, не имеющей проблем перегруженных улиц, отводится в этих самых крупных городах России ведущая роль по обеспечению массовых пассажирских перевозок.

Однако, одной из специфических особенностей метрополитенов являются повышенные по сравнению с наземным транспортом требования к надежности подвижного состава, обусловленные тоннельным движением поездов с минимальными интервалами в условиях слабого путевого развития. Другими словами, любой отказ, то есть событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния вагона метрополитена, может привести к срыву графика движения одной линии, а при тяжких последствиях нарушить работу всего метрополитена и транспортной системы города.
Таким образом, важнейшей характеристикой подвижного состава метрополитена являются показатели надежности, прежде всего безотказность. В настоящий момент на метрополитенах России и ближнего зарубежья, эксплуатирующих электропоезда отечественного производства, одним из наименее надежных узлов в конструкции вагонов старых серий являются рамы тележек. Например, на Московском метрополитене за период 2010 года при наличии инвентарного парка 6930 рам тележек вагонов старых серий списано из эксплуатации по техническому состоянию 473 рамы тележки. За этот же период произведен ремонт 1263 рам тележек.
На рисунке 1 приведена фотография тележки вагона метрополитена с усталостной трещиной рамы.

Общий вид тележки вагонов серий 81-717.5. 81-714.5 и модификаций представлен на рисунке 2.1.
1 - рама тележки; 2 - колесная пара с редуктором; 3 - букса и буксовое подвешивание;
4 - центральное подвешивание; 5 - тяговый электродвигатель; 6 - тормозной цилиндр;
7 - блок-тормоз; 8 - рычажно-тормозная передача
Рисунок 2.1 - Общий вид тележки вагонов серий 81-717.5, 81-714.5 и модификаций
Тележки двухосные, с индивидуальным тяговым приводом и двухступенчатым рессорным подвешиванием. Вертикальная нагрузка передается от кузова на тележку и рельсы следующим образом: кузов — пятниковый узел — центральная балка - пружины центрального подвешивания - поддоны, подвески и серьги — рама тележки - пружины буксового подвешивания - буксы - колесные пары -рельсы. Боковая качка кузова вагона ограничена боковыми скользунами, расположенными на центральных балках. Вращающий момент передается от тягового двигателя на вал-шестерню редуктора и большое зубчатое колесо, напрессованное через втулку на ось колесной пары. Тяговый электродвигатель имеет опорно-