Критерии несущей способности конструкций локомотивов в экстремальных условиях нагружения

• Автор: Оганьян, Эдуард Сергеевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Коломна
• Количество страниц: 389 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ .

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ КОНСТРУКЦИЙ

ПОДВИЖНОГО СОСТАВА В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ

УСЛОВИЯХ

1.1 Состояние вопроса

1.1.1 Анализ повреждаемости элементов конструкций ло

комотивов

1.1.2 Анализ теоретических и экспериментальных работ . .

Г 1.3 Анализ методов расчета прочности и ресурса конструкций с учетом упругопластических деформаций элементов
1.1.4 Анализ технических решений для защиты конструкций локомотивов при аварийных столкновениях .

1.2 Характеристики воздействий и предельных состояний

конструкций
1.3 Постановка цели и задач диссертации.
Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРУЖЕННОСТИ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЛОКОМОТИВОВ И СПЕЦИАЛЬНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.
2.1 Нагруженность локомотивов при эксплуатационных
соударениях и аварийных столкновениях
2.1.1 Объекты исследования
2.1.2 Нагруженность локомотивов при эксплуатационных
соударениях
2.1.3 Параметры удара при аварийных столкновениях . .
2.1.4 Оценка параметров ударозащитного устройства
кабины машиниста кузова электровоза ЭП0 .
2.1.5 Анализ динамичности нагружения.
2.1.6 Свойства материалов в зависимости от скорости
деформации .
2.2 Нагруженность специального подвижного состава . .
2.2.1 Типовые статистические характеристики режимов нагружения специального подвижного состава.
2.2.2 Вероятностные модели надежности конструкций . . .
Выводы по главе 2.
Глава 3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ УСТАЛОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ
КОНСТРУКЦИЙ ПРИ СЛОЖНОМ НАГРУЖЕНИИ.
3.1 Исследование процесса накопления усталостных
повреждений.
3.2 Формирование модели усталости .
3.3 Характеристики сопротивления усталости материалов 0 Выводы по главе 3.
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ЭКИПАЖНОЙ ЧАСТИ ЛОКОМОТИВА
4.1 Параметры и динамические свойства конструкций 7 локомотива для моделирования продольного удара . .
4.1.1 Динамическая продольная жесткость конструкции
кузова
4.1.2 Энергоемкость конструкции кабины машиниста . . .
4.2 Нелинейный анализ напряженнодеформированного состояния лобовой части кузова
4.2.1 Методика расчета .
4.2.2 Расчетные модели кабины машиниста локомотива . .
4.2.3 Анализ результатов расчета
4.2.4 Несущая способность обшивки лобовой стенки кузова при ударноволновом и статическом нагружениях.
4.3 Моделирование предельных состояний
высоконагруженных узлов локомотива.
4.3.1 Напряженнодеформированное состояние шкворневого узла рамы в упругопластической области
4.3.2 Несущая способность консольной части рамы
тепловоза.
Выводы по главе 4.
Глава 5. КРИТЕРИИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ РЕЖИМАХ
НАГРУЖЕНИЯ
Выводы по главе 5.
Глава 6. ОЦЕНКА ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТОК
6.1 Экономический эффект от повышения несущей способности конструкций локомотива
6.2 Экономический эффект от снижения эксплуатационных расходов при использовании более надежной
и долговечной техники
Выводы по главе 6.
ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Рекомендовано расчет буферных брусьев на ударную нагрузку производить при действии эквивалентной статической силы при Кд 1,2. Аналогичные данные получены автором 1, 3, 6. Они должны учитываться при оценке прочности рамы локомотива от ударных нагрузок. При испытаниях секции электровоза, оборудованного ПА Ш1Т, соударения осуществлялись со скоростями до 8,0 кмч. Максимальная сила удара составила около кН . Измеренные при этом напряжения в шкворнях при силе . Н оказались близкими к пределу текучести. По результатам ударных испытаний кузовов тепловозов 2ТЭ6, 2ТЭ9 с ПА Ш1ТМ 0, 1, выполненных автором, наибольшие напряжения, в том числе и выше предела текучести материала, при нормативной силе удара кН были зафиксированы в сечениях хребтовой балки за стяжным ящиком, а также в углах проемов окон кабины машиниста. Продольные ускорения в различных точках по длине главной рамы находились в пределах 1,5. Проведен ряд других испытаний на соударения локомотивов, отдельных вагонов и сцепов 4, 3, 5, 8, 0, 6, 5, 8, 9,3, , 2. Они показывают время действия ударной нагрузки составляет около 0, с, а длительность деформации, соответствующей напряжениям 0 МПа, 0, . Л. Н. Никольский 5, исследуя скорость деформирования элементов вагонов при ударах через автосцепки по осциллограммам напряжений са , нашел, что ее величина может составлять 4 МПас. Для ударов, энергия которых значительно превышает мощность поглощающих аппаратов, значение с1уск достигает МПас. В х годах ВНИИВом была проведена серия испытаний на прочность вагонов электропоездов при соударениях со скоростями до кмч . При таких соударениях вагона ЭР, кузов которого был изготовлен из алюминиевого сплава АМГ6, сила в головной автосцепке достигла 4,4 МН, отдельные элементы получили различные остаточные деформации, головная и хвостовая розетки были продавлены на мм головками автосцепок. При продольной силе свыше 3 МН пластические деформации в первую очередь возникали в продольных балках рамы, средние значения ускорений в элементах вагона при силе удара до кН не превышали 5,0 и имели почти линейную зависимость от скорости соударения. По результатам этих исследований установлено, что в конструкциях кузовов вагонов электропоездов упругие деформации ограничиваются продольными усилиями 2,0. МН, возникающими при скоростях соударения 1,7. МН. Для создания кузова, воспринимающего нагрузки, возникающие при аварийных столкновениях, только за счет упругих деформаций, необходимо увеличить расчетную продольную силу в 2. Это потребует соответствующего увеличения площади поперечного сечения несущих элементов конструкции, что приведет к повышению продольной жесткости кузова. При соударениях таких конструкций появятся большие ускорения, которые окажут отрицательное воздействие на пассажиров, перевозимые грузы, работу оборудования подвижного состава. Поэтому для соударений с повышенными скоростями и силой целесообразно допустить некоторую долю возникновения пластических деформаций в конструкции. По данным исследований максимальная величина остаточных пластических деформаций смятия лобовой части стального кузова вагона электропоезда типа ЭР при силе на автосцепке 3,0 МН может составлять 0 мм, алюминиевого до 0 мм. Продольная жесткость конструкции для этого должна быть около 2,0 МНм. Выполненные при участии автора соударения локомотива при скоростях до ,6 кмч, в том числе с применением специальных ударозащитных средств, позволили определить возможные повреждения, реализуемые энергоемкости поглощающих устройств, максимальные инерционные нагрузки на узлы и агрегаты локомотива. Они согласуются с указанными данными и свидетельствуют о необходимости определения и учета остаточных деформаций при соударениях с повышенными скоростями и аварийных столкновениях. В теоретических исследованиях ударных процессов , 3, 4 тепловоз рассматривается как механическая система, которая учитывает физические, геометрические и кинематические свойства экипажа и состоит из трех основных узлов автосцепное устройство с ПА, кузов рама с оборудованием и тележки.