Оценка нагруженности элементов колеса грузового вагона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Шевандин, Василий Михайлович

• Шевандин, Василий Михайлович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шевандин, Василий Михайлович

Введение

1. Краткий обзор исследований и анализ методов расчета деталей и узлов грузовых вагонов.

2. Выбор метода исследования и оценки нагруженности колеса

2.1. Краткий анализ статистической информации по отказам дисков колес.

2.2. Анализ конструкции и выбор расчетных методик

3. Определение напряженно-деформированного состояния колеса от динамических нагрузок

3.1. Постановка задачи

3.1.1. Выбор расчетной схемы и математической модели

3.1.2. Общие принципы построения методики расчета

3.1.3. Краткое обобщение принятых допущений

3.2. Формирование разрешающей системы уравнений

3.2.1. Формирование матрицы жесткости

3.2.1.1. Отсек оболочки

3.2.1.2. Обод

3.2.1.3. Формирование матрицы жесткости конструкции.

3.2.2. Формирование матрицы масс

3.2.2.1. Отсек оболочки

3.2.2.2. Обод

3.2.2.3. Конструкция в целом

3.2.3. Формирования матрицы демпфирования

3.2.3.1. Отсек оболочки

3.2.3.2. Обод

3.2.3.3. Конструкция в целом

3.2.4. Формирование вектора внешних нагрузок при действии радиальной реакции

3.2.5. Разрешающая система уравнений при действии постоянной по величине составляющей реакции рельса в процессе качения колеса

3.2.6. Разрешающая система уравнений при моделировании удара вследствие наличия ползуна

3.3. Интегрирование разрешающей системы уравнений. Описание методики расчета

3.3.1. Действие реакции со стороны рельса при движении

3.3.2. Ударное воздействие вследствие наличия ползуна

3.4. Результаты расчетов

3.4.1. Действие реакции со стороны рельса

3.4.2. Собственные частоты

3.4.3. Наличие ползуна от 1 до 2 мм при скорости 70 км/ч

3.4.4. Наличие ползуна от 2 до 6 мм при скорости движения 15 км/ч

3.4.5. Наличие ползуна от 6 до 12 мм при скорости движения 10 км/ч

3.4.6. Обобщение результатов расчетов

4. Методика экспериментальных исследований

4.1. Объекты испытаний

4.2. Методика определения нагруженности дисков колес

5. Результаты экспериментальных работ 94 5.1. Сравнительная оценка прочности цельнокатаных колес

5.1.1. Напряжения в диске с внутренней стороны колеса

5.1.2. Напряжения в диске с наружной стороны колеса 105 Выводы и предложения. 116 Литература 119 Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка нагруженности элементов колеса грузового вагона»

Актуальной для всех железных дорог остается задача повышения провозной способности, сокращение времени доставки грузов, уменьшение эксплуатационных расходов. Эти критерии имеют важное значение в грузовых перевозках ввиду конкуренции со стороны автомобильного, водного и авиационного транспорта. Пути увеличения провозной способности неразрывно связаны с решением задачи увеличения массы и скорости движения поездов.

Увеличение скоростей для вагонов при сохранении традиционных конструкции тележек может ухудшить показатели, характеризующие динамическое взаимодействие узлов вагона, вагона и пути.

Изменение условий работы железнодорожного транспорта, связанное с переходом к рыночной экономике, требуют изменение подходов к разработке и производству нового подвижного состава. Надо иметь ввиду, что за последние годы материальная база по производству грузовых вагонов претерпела большие изменения. Большинство типов грузовых вагонов выпускается российскими предприятиями.

Поставленная перед вагонным хозяйством решением Коллегии МПС России №21 в декабре 1997 года задача, предусматривает обеспечение конкурентноспособности перевозок, сохранности грузов, создание безремонтных конструкций кузовов и тележек нового поколения.

При разработке нового поколения подвижного состава департаментом вагонного хозяйства обращается особое внимание на совместимость вагонов с существующими. Унификация в вагоностроении сохраняет свою роль и расширяется до производства многоцелевых вагонов на базе одной основной конструкции.

Переход от проектирования отдельных специализированных вагонов к созданию семейства на базе основной конструкции позволяет создать образцы с заданным уровнем надежности и долговечности, повысить технологичность и ремонтнопригодность вагонов [1].

Повышение осевых нагрузок и скоростей движения в первую очередь отражается на ходовых частях вагонов. Отдельные узлы тележек подвержены достаточно быстрой изменчивости, другие узлы представляют довольно консервативные конструкции. Железнодорожные колеса являются важной частью подвижного состава, в значительной степени обеспечивающие эффективную работу и безопасность движения.

Выход из строя колесных пар влечет за собой отказ в эксплуатации целого вагона, вызывает увеличение времени их простоя в нерабочем парке. Причиной низкой надежности колеса исследуются расчетным путем и посредством испытания большого количества различных вариантов нагруженных образцов.

Рассматриваемая работа является развитием системного подхода к оценке работоспособности колес колесной пары с учетом многолетнего опыта исследований кафедры "Вагоны и вагонное хозяйство" Московского государственного университета путей сообщения (МИИТа).

Актуальность темы диссертации связана с тем, что в 1996 году введены новые "Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)", в которых предусматривается учет целого ряда новых видов нагружения вагонов, отражающих условия их эксплуатации. Кроме того, продолжают появляться отказы, связанные с повреждениями колес и сохраняется важность оценки качества проектных решений с помощью современных методов математического моделирования напряженно-деформированного состояния несущих узлов и деталей с учетом изменения расчетных режимов.

Научная новизна и практическая ценность связаны с применением специальных конечных элементов и аппроксимаци ими колес позволивших создать удобный и эффективный программный комплекс, для реализации моделирования расчета колес на ПЭВМ при небольшом порядке разрешающей системы уравнений.

Практическое значение заключается в подробном исследовании динамической нагруженности максимально изношенного колеса, в том числе при ударном воздействии из-за дефектов круга катания и получении информации о работоспособности этого основного элемента ходовой части. Достоверность методики подтверждена результатами испытаний колес.

Исследовано влияние различных параметров: скорости движения, коэффициента внутреннего трения материала, глубины ползуна.

Результаты расчетных оценок обобщены в виде простых эмпирических формул для изношенного колеса, которые можно рекомендовать для применения в различной нормативной документации и в случаи экспертизы различных ситуаций при оценки максимальных напряжений.