Теоретическое и экспериментальное исследование прочности корпуса автосцепки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Долматов, А. А.

• Долматов, А. А.
• 1953

Оглавление диссертации Долматов, А. А.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

§ I. Причины постановки работы . s

§ 2. Обзор работ по прочности автосцепного устройства

§ 3. Обобщение статистических данных по обрывам корпусов автосцепки при эксплуатации . is

ГЛАВА П. РАСЧЁТ КОРПУСА АВТОСЦЕПКИ НА ПРОЧНОСТЬ

§ 4. О выборе расчётных сечений . #

§ 5. Расчёт проушины хвостовика при центральном нагружении . зз

§ 6. Оценка влияния внецентренного на:гружения корпуса автосцепки

§ 7. Вопрос о контактных напряжениях S

§ 8. О влиянии некоторых факторов на прочность проушины . 94

§ 9. Расчёт промежуточных сечений хвостовика . Ю!

§ 10. О возможностях расчёта сечений п-н . юг

ГЛАВА Ш. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЁННОГО СОСТОЯНИЯ

КОРПУСА АВТОСЦЕПКИ МЕТОДОМ ТЕНЗОМЕТ

РИРОВАНИЯ

§ II. Сущность метода тензометрирования . Ю

§ 12. Описание аппаратуры .J

§ 13. Объекты испытания .///

§ 14. Цели и методика исследования HZ

§ 15. Результаты испытаний . /

§ 16. Вычисление коэфипиентов концентрации напряжении для большого зуба . /

2а § 17. Вычисление коэфициентов концентрации напряжений для малого зуба

§ 18. Вычисление коэфициентов концентрации напряжений для переходного сечения от хвостовика к головной части . jS

§ 19. О влиянии вертикальных сил на прочность корпуса автосцепки . /

§ 20. Разрушающие нагрузки и характер разрушения корпуса автосцепки . /

ГЛАВА IJ. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЁННОГО СОСТОЯНИЯ ХВОСТОВИКА И ЗЕВА КОРПУСА АВТОСЦЕПКИ В ПОЛЯРИЗОВАННОМ СВЕТЕ

§ 21. Основания метода . isf

§ 22. Описание установки и техника экспериментирования . /$б

§ 23. Моделирование . /

§ 24. Методика и результаты исследования . /

ГЛАВА У. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ПРЕДЛАГАЕМЫХ МЕТОДОВ РАС® ТА

§ 25. Проверка достоверности расчёта проушины хвостовика как замкнутой рамы.

§ 26. Проверка расчёта промежуточных сечений хвостовика

§ 27. Краткий обзор некоторых современных методов расчёта на прочность

ГЛАВА П. ЭЛЕМЕНТЫ МОДЕРНИЗАЦИИ

§ 28. Вариант новой конструкции упорной плиты . 24о

§ 29. Вариант тягового клина с изменённой формой поперечного сечения . 2&

За § 30. Напряжённое состояние проушины при действии распределённой назтрузки . 26J

§ 31. Оценка эффективности предлагаемых изменений в способах нагружен ия проушины . 27/

§ 32. О некоторых способах упрочнения корпуса автосцепки

В ы в о д н

Прило жение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теоретическое и экспериментальное исследование прочности корпуса автосцепки»

Состоявшийся в октябре месяце 1952 года XIX-й съезд партии утвердил директивы ло пятилетнему плану развития СССР на I95I-I955 годы. Намеченный рост промышленного и сельскохозяйственного производства, а также рост товарооборота потребует значительного развития всех видов транспорта .В новом пятилетии грузооборот железных дорог станет больше на 3540 процентов,что приведёт к дальнейшему увеличению грузонапряжённости.

Для повышения пропускной способности сети железных дорог предусматривается проведение ряда крупных меро -приятий, в том числе строительство новых мощных парово-возов, электровозов и тепловозов, увеличение веса грузовых поездов, сокращение времени оборота вагонов. В новом пятилетии должен быть закончен» в основном, перевод на автосцепку рабочего парка вагонов.

Осуществление намеченных мероприятий увеличит значение автосцепки,причём численный рост не будет главной причиной этого. В сильной степени возрастёт ответственность её службы, так как увеличение веса поездов,сокращение времени оборота вагонов,увеличение грузонапряжённости и т.п. достигается, в основном, за счёт средств новой техники, среди которых автосцепка является одним из важнейших элементов. Автосцепка должна работать безотказно; это обеспечивается рациональной динамикой механизма сцепления и надлежащей прочностью всех её злементов. Кроме того, сохранность подвижного состава и перевозимых грузов требует высоких эксплуатационных качеств поглощающих аппаратов.

Вследствие неудовлетворительного надзора за автосцепкой в эксплуатации и недоброкачественного ремонта её число самораецвпов поездов к 1945-1948 годам достигло значительных размеров. Мероприятия, разработанные сектором автосцепки Главного управления вагонного хозяйства МПС и Вагонным отделением ЦНИИ, проведённые в жизнь приказами М 233/ЦЭ от 5/1У-1948 г. и 120ДЗ от 17/П-1949 г., резко сократили количество брака. Количество неисправностей автосцепки, однако, ещё велико. Выполняемые в настоящее время работы по улучшению производства новых и ремонта эксплуатируемых автосцепок позволят практически избавиться от угрозы саморасцепов поездов.

История появления массовых саморасцепов и последующих попыток сократить их может служить ярким примером того,насколько опасно отставание научного исследования от задач , выдвигаемых практической необходимостью, и к каким тяжёлым последствиям это приводит. Чтобы не оказаться позади,научные разработки должны в известной степени предвосхищать потребнасти эксплуатации.

В последнее время наблюдается рост числа обрывов элементов автосцепного устройства и появления трещин в них. Так, по данным Главного ревизора ШС по безопасности движения, в течение 1952 года в сутки происходило около двух обрывов автосцепок с тяжёлыми последствиями в виде аварий, срывов графика движения, задержек отправления поездов и т.п.

Сейчас, накануне завершения перехода на автоматические сцепные приборы, требование безопасности движения поездов делает совершенно обязательной оценку, в какой мере прочнооть автосцепки способна удовлетворить будущим условиям эксплуатации.

Статистика поломок показывает, что наиболее слабыми элементами автосцепного устройства являются тяговый клин, корпус автосцепки и тяговый хомут.

В 1952 году литейной лабораторией отделения металлов ЦНИИ МПС были начаты исследования статической прочности тягового клина, которые заключались в повышении его разрушающего усилия чисто металловедческими методами: термической обработкой и изготовлением из низколегированных сталей вмеото углеродистых, как это имеет место сейчас. Наметились известные успехи на пути к решению задачи и работа будет продолжена и в 1953 году.

В настоящей диссертации поставлена цель теоретическими и экспериментальными методами исследовать прочность наиболее сложной детали автосцепвого устройства-корпуса автосцепки - под статическими нагрузками.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Долматов, А. А.

Выводы

Проведённое обобщение статистических сведений по обрывам автосцепного устройства, теоретические и экспериментальное исследования напряжённого состояния корпуса автосцепки, предложенные элементы модернизации показывают :

1. Количество обрывов поездов по причине недостаточной прочности автосцепки велико, так в течение 1952 года за одни сутки происходило, в среднем, 1,8 обрывов деталей автосцепного устройства.

Из общего числа обрывов более половины /55$/ происходит по вполне исправным сечениям, отвечающим воем требованиям "Инструкции по содержанию и ремонту автосцепного устройства вагонов и $ ЦВ/1501 и только остальные 45$ можно отнести за счёт чрезмерных износов, неправильно выполненного ремонта и т.п.

На один сдвоенный поезд обрывов автосцепки приходится в 5-8 раз больше, чем на одиночный поезд.

Отмеченные обстоятельства свидетельствуют о том,что несущая способность автосцепного устройства исчерпывается при существующих условиях эксплуатации, что запаса прочности на перспективу не имеется. Введение более мощных локомотивов, рост весовых норм поездов приведут к прогрессивному увеличению числа обрывов упряжи.

2. Положение с обобщением опыта работы автосцепного устройства неудовлетворительно. Министерство путей сооб

133 щения и ЦНИИ МПС заинтересованы в немедленной организации обора с вагонных участков и ремонтных заводов всех необходимых сведений.

Ввиду крайне сложной формы автосцепки и неоднородности условий эксплуатации статистический анализ службы её будет наиболее надёжным источником сведений для суждения о долговечности и прочности.

3. Эксперимент на плоских моделях проушины хвостовика, просвечиваемых в поляризованном свете, а также натурные испытания показали хорошее совпадение теоретических и опытных результатов. Можно сделать вывод, что представление расчётной схемы проушины хвостовика как замкнутой рамы с прямолинейными стойками и ригелем в виде бруса большой кривизны оправдывает себя по точности и по простоте решения.

4. Проделанное исследование прояснило картину напряжённого состояния корпуса автосцепки при различных способах его нагружения. Знание фактических напряжений даёт возможность со знанием дела приступить к усовершенствованию конструкции.

5. Испытания на разрушение при разнице уровней npoi дольных осей по высоте 100 мм выявили, что наиболее слабым элементом корпуса является большой зуб. Непосредственная причина прекращения дальнейшего восприятия растягивающих усилий состояла в отгибе большого зуба,что надо расценивать как положительный факт, так как в этом случае обрыв поезда не сопровождается падением детали на

194 путь. Принцип равнопрочности к корпусу автосцепки не применим.

Сечения большого зуба нагружены неравномерно по ширине и особенно по высоте; максимальные напряжения оказываются на внутренне! грани на уровне действия растягивающего усилия, а в крайних точках напряжения близки к нулю.

6. Наибольшие напряжения в малом зубе примерно в два раза меньше соответственных напряжений в большом зубе.Однако, шейка малого, находясь в более однородном напряжённом состоянии, чем сечение большого зуба, оказывается относительно ближе к состоянию предельной несущей способности, чем большой зуб. Поэтому при повышении прочности корпуса автосцепки необходимо уделить особое внимание малому зубу, хотя он сейчас и не является лимитирующим элементом.

7. Переходное сечение между хвостовиком и головной частью корпуса автосцепки при статическом нагружении является вторым слабейшим местом и, вероятно, самым опасным при переменных напряжениях, о чём свидетельствует большое количество трещин, образующихся в процессе эксплуатации .В качестве мер повышения прочности могут служить увеличение радиусов сопряжений, сокращение ширины упорного прилива со 100 мм до 80-70 мм, увеличение толщин отдельных стенок, как показано на фиг.150. Кроме того совершенно необходимо незамедлительное улучшение технологического процесса отливки для ликвидации горячих трещин.

8. В местах резких изменений формы детали наблюдаются

195 возмущения нащ>яжённого состояния, вследствие чего создаются предпосылки к появлению усталостных трещин.

Вместе с тем, факт концентрации напряжений заключает в себе резерв прочности, позволяющий после улучшения формы и условий нагружения поднять несущую способность автосцепки без существенного увеличения расхода металла.

9. Разница уровней осей автосцепок по высоте, равная 100 мм, приводит к увеличению напряжений в наиболее ответственных сечениях автосцепки на 100-150$. Для прочности корпуса автосцепки, особенно усталостной, было бы полезно сокращение предельной допускаемой разницы уровней со ЮОмм хотя бы до 75 мм.

10. Сцепление винтовой стяжки за ухо автосцепки вызывает в последней крайне неоднородные напряжения. В верхнем углу хвостовика со стороны малого зуба предел текучести достигается при продольном усилии в поезде всего 30 тн, т.е» равном испытательному усилию при приёмке винтовой упряжи.

По соображениям прочности автосцепки необходимо ограничить веса сборных поездов, при которых разрешается сцепление винтовой упряжи за ухо автосцепки.

11. В главе I показано, что неправильный ремонт перемычки хвостовика может привести к образованию дополнительных концентраторов напряжений. Необходимо немедленно упорядочить технологию ремонта, категорически запретив заканчивать наплавку металла в зоне концентрации напряжений.

12. Концентрация напряжений по разному влияет на прочность под статическими и переменными нагрузками. При создании новых вариантов автосцепок, помимо испыта ний под статическими нагрузками необходима будет поста новка динамических испытаний на ударную и переменную нагрузки.

2

-------— 1 14 Ov j 1 1

1 ^-д-^

Вид по стрелке

N. s- /30--—

Фиг.151. Стойка рамы.