Разработка методики исследования напряженно-деформированного состояния надрессорной балки тележки грузового вагона и выбора ее рациональных параметров

• Автор: Макеев, Сергей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 120 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Конструкция надрессорной балки.

1.2 Этапы совершенствования конструкции надрессорной балки.

1.3 Анализ причин выхода из строя надрессорных балок

1.4 Анализ состояния проблемы.

1.5 Выводы и постановка задачи

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОНЕЧНО ЭЛЕМЕНТНЫХ МОДЕЛЕЙ НАДРЕССОРНОЙ БАЛКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

2.1. Теоретические методы исследования НДС.

2.1.1 Аналитические методы

2.1.2 Численные методы
2.2 Анализ внешних нагрузок и их расчет.
2.2.1 Вертикальные силы.
2.2.1.1 Вертикальная статическая сила.
2.2.1.2 Вертикальная динамическая сила
2.2.2 Боковые силы
2.2.2.1 Центробежная сила.
2.2.2.2 Сила давления ветра.
2.2.3 Продольные силы.
2.2.3.1 Продольные сжимающие и растягивающие силы.
2.2.3.2 Продольные силы инерции.
2.2.4 Дополнительные вертикальные силы
2.2.4.1 Вертикальная составляющая от боковых сил
2.2.4.2 Вертикальная составляющая от продольных инерционных сил.
2.2.5 Суммарные вертикальные силы.
2.3 Расчет надрессорной балки новой конструкции по элементарной теории
2.4 Численный расчет надрессорной балки грузового вагона с применением МКЭ.
2.4.1 Характеристика програмного пакета
i
2.4.2 Обзор типов КЭ и их характеристики.
2.4.2.1 Одномерные элементы
2.4.2.2 Плоские элементы.
2.4.2.3 Объемные элементы
2.4.3 Этапы работы в среде i.
2.4.4 Создание моделей в среде i.
2.4.4.1 Система координат
2.4.4.2 Геометрия модели.
2.4.4.3 Задание нагрузки, граничных условий и свойств материала.
2.4.4.4 О выборе типа КЭ и оптимальной густоты сетки для моделирования балки.
2.4.4.5 Обоснование необходимой густоты сетки твердотельной модели балки.
2.4.4.6 Обоснование расчетной схемы, создание, расчет и анализ моделей балок двух типов конструкций из объемных элементов
2.4.4.7 Расчет и анализ старой и новой конструкции балки из пластинчатых элементов.
2.5 Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НДС НАДРЕССОРНОЙ БАЛКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА.
3.1 Экспериментальные методы исследования НДС
3.1.1. Поляризационно оптический метод.
3.1.2. Метод хрупких лаковых и гальванических покрытий.
3.1.3. Тензометрирование с использованием проволочных тензорезисторов
3.2 Методика тензометрирования надрессорной балки.
3.3 Анализ опытных и теоретических результатов.
3.4 Выводы по главе.
ГЛАВА 4. МНОГОВАРИАНТНЫЙ РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ НАДРЕССОРНОЙ БАЛКИ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ ЕЕ МАТЕРИАЛОЕМКОСТИ.
4.1 Постановка задачи численного эксперимента.
4.2 Разработка методики численного эксперимента.
4.3 Реализация дробного факторного эксперимента.
4.4 Оптимизация функций по критерию минимальной массы без снижения прочностных свойств балки
4.5 Создание уточненной модели надрессорной балки и описание методики многовариантных расчетов
4.6 Проверочный расчет надрессорной балки при действии вертикальных и горизонтальных сил.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Каждый скользун состоит из опоры , которая отливается вместе с надрессорной балкой, колпака , надеваемого на эту опору, прокладок 9, применяемых для регулирования зазоров между скользунами рамы вагона и тележки, болта 8, предохраняющего колпак от падения при разгрузки вагона на вагоноопрокидывателе. В настоящее время, чаще всего надрессорные балки изготавливают литьем из стали ГЛ (предел текучести 4 МПа, предел выносливости 0 МПа). Их отливают в соответствии с ГОСТ 7- ТУ 3-9-, где определены технические требования к литью, допускаемые отклонения размеров отливок от номинальных, объем и методы исправления дефектов в отливках, правила приемки и методы контроля отливок. Рис. По мере постоянного роста интенсивности эксплуатации подвижного состава требования к ходовым частям вагонов и, в первую очередь, к тележкам, их основным узлам и деталям повышаются. Как следствие этого, постоянно совершенствуется конструкция тележек грузовых вагонов, повышается их прочность, надежность и долговечность. С года четырехосные грузовые вагоны выпускают с тележками типа ЦНИИ-ХЗ-О, которые обладают значительно лучшими ходовыми качествами по сравнению с ранее применявшимися тележками типа МТ-. В -е годы была внедрена конструкция опорной подпятниковой колонки надрессорной балки (овального поперечного сечения). Изменена конфигурация балки и увеличены толщины вертикальных стенок подпятника. Усилены и некоторые другие узлы надрессорной балки, ужесточены технические требования на технологию отливки. В результате этих изменений, ее долговечность повысилась в 1, раза [3]. Немаловажную роль на прочность балки оказывает и материал. Дня изготовления надрессорных балок начали применять более качественную низколегированную сталь марки ФЛ по ТУ 3-1-. Наличие ванадия в этой стали позволило улучшить макро- и микроструктуру металла, увеличить прочностные свойства при практически неизменяемых характеристиках пластичности и ударной вязкости. В дальнейшем была сделана попытка использовать для изготовления балки, еще более дорогую сталь Г1ФЛ (ТУ 3-0-) с пределом текучести не менее 0МПа вместо стали ФЛ. Как показывает опыт эксплуатации грузовых вагонов [4], одной из наиболее повреждаемых зон надрессорной балки является подпятник [5]. Подпятник воспринимает нагрузки от кузова посредством контактного взаимодействия с пятником, за счет чего подвергается значительному износу. При этом часть повреждений приходится на трещины, начинающиеся от внутреннего буртика и распространяющиеся по зеркалу подпятника [5, 6]. Поэтому в ходе дальнейшего повышения прочности и надежности балки увеличена толщина подпятника до мм. Не менее повреждаемыми в эксплуатации являлись опорная колонка и нижний пояс в среднем сечении балки. Поэтому в ходе дальнейших усовершенствований балки была изменена конфигурация ребер в опорной колонке и выполнены другие модернизации. С года тележки стали оборудовать надрессорной балкой с еще большим запасом прочности. Эти балки имели бесколоночную конструкцию, а технологические отверстия были перенесены с нижнего пояса на боковые стенки. По запасу усталостной прочности такая надрессорная балка должна удовлетворять перспективным условиям эксплуатации грузовых вагонов [3]. На железнодорожном транспорте постоянно ведется анализ технического состояния тележек грузовых вагонов, а также поддержание их в исправном состоянии [7]. Собирается статистика по выходу из строя отдельных узлов тележки по данным эксплуатации и, в частности, надрессорной балки, на основании которой проводится анализ надежности этих элементов [8,9]. Выход из строя надрессорных балок происходит по причине большого количества факторов, к которым можно отнести как конструктивные, так и технологические, в результате которых появляются такие дефекты как усадочные раковины, разностенность и так далее. Согласно данным вагонного депо Брянск - Льговский за год из 9 проверенных надрессорных балок было забраковано штук, за год из проверенных балок было забраковано , и за 8 месяцев года из балок было забраковано штук. Согласно обследованию У О ВНИИЖТ(а) литых деталей тележек модели -0 грузовых вагонов, поступивших в ремонт за период с по год из 4 надрессорных балок у 1 (3.