Научная статья на тему 'АНАЛИЗ НАГРУЖЕННОСТИ КОЖУХА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОВОЗА ПРИ УСЛОВИИ ОСЛАБЛЕНИЯ ЗАТЯЖКИ БОЛТОВ ЕГО КРЕПЛЕНИЯ К ТЯГОВОМУ ДВИГАТЕЛЮ'

АНАЛИЗ НАГРУЖЕННОСТИ КОЖУХА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОВОЗА ПРИ УСЛОВИИ ОСЛАБЛЕНИЯ ЗАТЯЖКИ БОЛТОВ ЕГО КРЕПЛЕНИЯ К ТЯГОВОМУ ДВИГАТЕЛЮ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
126
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОЖУХ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ / БОЛТОВОЕ КРЕПЛЕНИЕ / ОПОРНАЯ РЕАКЦИЯ / НАГРУЖЕННОСТЬ / ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Андриевский А. Г., Чабан Е. А., Москвичев В. В.

Цель: Исследовать зависимость численных величин опорных реакций, возникающих в болтовых креплениях кожуха зубчатой передачи (КЗП), от условий его закрепления к тяговому двигателю. Показать возникающее перераспределение величин опорных реакций в случае невосприятия нагрузки одним или двумя болтовыми креплениями из существующих трех проектных. Рассчитать эквивалентные напряжения, появляющиеся в конструкции кожуха зубчатой передачи при различных нештатных условиях его крепления к тяговому двигателю при статическом нагружении. Методы: Использовались уравнения статики для пространственной системы сил, включающую три вертикальных опорных реакции и собственный вес кожуха. Для исследования напряженно- деформированного состояния кожуха в случае его статического нагружения применен метод конечных элементов, реализованный в программном комплексе ANSYS Workbench. Результаты: Обнаружена причина возникающих повреждений КЗП при эксплуатации, связанная с его конструктивными недостатками. Получены расчетные формулы для определения вертикальных опорных реакций КЗП. Обнаружена необходимость учета нагруженности КЗП в случае перераспределения нагрузок, обусловленных ослаблением затяжки болтов его крепления. Указана необходимость совершенствования конструкции кожуха зубчатой передачи. Практическая значимость: Установлена вероятная причина образования повреждений КЗП в эксплуатации. Предложена методика оценки нагруженности КЗП в случае перераспределения нагрузок между его опорными точками.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Андриевский А. Г., Чабан Е. А., Москвичев В. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ANALYSIS OF THE LOADING OF THE GEAR CASING OF AN ELECTRIC LOCOMOTIVE PROVIDED THAT THE BOLTS FASTENING IT TO TRACTION MOTOR ARE LOOSENED

Objective: To study the dependence of the numerical values of the bearing reactions occurring in the bolted fasteners of the gear casing (GC) on the conditions of its fastening to the traction motor. To show the resulting redistribution of the bearing reaction values in the case of the lack of load bearing in one or two bolted fasteners from the three existing design ones. To calculate the equivalent stresses that appear in the gear casing structure under various abnormal conditions of its fastening to the traction motor under static loading. Methods: The equations of statics were used for the spatial system of forces, including three vertical bearing reactions and the weight of the casing itself. To study the stress-strain state of the casing in the case of its static loading, the finite element method was used, implemented in the ANSYS Workbench software package. Results: The cause of damage to the GC during operation has been found associated with its design flaws. Calculation formulas have been obtained for determining the vertical bearing reactions of the GC. The need to take into account the GC loading in the case of redistribution of loads due to the loosening of its fastening bolts has been found. The need to improve the design of the gear casing has been indicated. Practical importance: The probable cause of damage to the GC during operation has been found. A method is proposed for assessing the GC loading in the case of redistribution of loads between its bearing points.

Текст научной работы на тему «АНАЛИЗ НАГРУЖЕННОСТИ КОЖУХА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОВОЗА ПРИ УСЛОВИИ ОСЛАБЛЕНИЯ ЗАТЯЖКИ БОЛТОВ ЕГО КРЕПЛЕНИЯ К ТЯГОВОМУ ДВИГАТЕЛЮ»

^ СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - ТРАНСПОРТУ

УДК 629.423.1

Анализ нагруженности кожуха зубчатой передачи электровоза при условии ослабления затяжки болтов его крепления к тяговому двигателю

А. Г. Андриевский 1, Е. А. Чабан 1, В. В. Москвичев 2

1 Красноярский институт железнодорожного транспорта, филиал Иркутского государственного университета путей сообщения, Российская Федерация, 660028, Красноярск, ул. Новой Зари, 2И

2 Красноярский филиал Федерального исследовательского центра информационных и вычислительных технологий Российской академии наук, Российская Федерация, 660049, Красноярск, пр. Мира, 53

Для цитирования: Андриевский А. Г., Чабан Е. А., Москвичев В. В. Анализ нагруженности кожуха зубчатой передачи электровоза при условии ослабления затяжки болтов его крепления к тяговому двигателю // Известия Петербургского университета путей сообщения - СПб.: ПГУПС, 2021. -Т. 18. - Вып. 2. - С. 201-210. DOI: 10.20295/1815-588X-2021-2-201-210

Аннотация

Цель: Исследовать зависимость численных величин опорных реакций, возникающих в болтовых креплениях кожуха зубчатой передачи (КЗП), от условий его закрепления к тяговому двигателю. Показать возникающее перераспределение величин опорных реакций в случае невосприятия нагрузки одним или двумя болтовыми креплениями из существующих трех проектных. Рассчитать эквивалентные напряжения, появляющиеся в конструкции кожуха зубчатой передачи при различных нештатных условиях его крепления к тяговому двигателю при статическом нагружении. Методы: Использовались уравнения статики для пространственной системы сил, включающую три вертикальных опорных реакции и собственный вес кожуха. Для исследования напряженно-деформированного состояния кожуха в случае его статического нагружения применен метод конечных элементов, реализованный в программном комплексе ANSYS Workbench. Результаты: Обнаружена причина возникающих повреждений КЗП при эксплуатации, связанная с его конструктивными недостатками. Получены расчетные формулы для определения вертикальных опорных реакций КЗП. Обнаружена необходимость учета нагруженности КЗП в случае перераспределения нагрузок, обусловленных ослаблением затяжки болтов его крепления. Указана необходимость совершенствования конструкции кожуха зубчатой передачи. Практическая значимость: Установлена вероятная причина образования повреждений КЗП в эксплуатации. Предложена методика оценки нагруженности КЗП в случае перераспределения нагрузок между его опорными точками.

Ключевые слова: Кожух зубчатой передачи, болтовое крепление, опорная реакция, нагружен-ность, перераспределение нагрузки.

Введение

Зубчатые колеса тягового редуктора электровозов с опорно-осевым подвешиванием тяговых двигателей заключены в кожух, который

не является несущей конструкцией и выполняет функцию защиты зубчатой пары от внешних воздействий, а также служит резервуаром для хранения запаса смазки. В практике отечественного электровозостроения принято консольное (на-

Рис. 1. Кожух зубчатой передачи (а), эскиз болтового соединения бобышка-кронштейн тягового двигателя (б): 1 - верхняя разъемная часть; 2 - нижняя разъемная часть; 3 - бобышка; 4 - кронштейн кожуха; 5 - кронштейн двигателя; 6 - упругая шайба; 7 - болт

весное) крепление кожуха к тяговому двигателю в трех точках с помощью болтов, установленных со стороны боковины в бобышки и кронштейн (рис. 1). Применение такого способа крепления кожуха прежде всего продиктовано необходимостью соблюдения жестких габаритных ограничений, присущих тяговому приводу на электровозе, и обеспечивает более простую, компактную и удобную для сборки колесно-моторного блока конструкцию. В машиностроении консольные схемы соединения деталей являются вполне закономерным элементом конструирования и широко используются на практике, хотя и имеют ряд недостатков, которые частично или полностью можно устранить с помощью конструктивных методов [1]. Применение консольного (навесного) крепления кожуха передачи в колесно-моторных блоках электровозов имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что кожух крепится болтами, которые установлены с зазором в отверстиях кронштейнов двигателя и подвержены вибрационным нагрузкам, которые вызывают ослабление их затяжки в условиях эксплуатации [2-5]. Случай ослабления затяжки болта в одной из точек крепления кожуха зубчатой передачи (КЗП) может приводить к невосприятию этим болтовым креплением нагрузки, т. е. происходит выключение данной точки крепления из работы из-за наличия зазора между

телом болта и краем отверстия в кронштейне двигателя. В таком случае связь может теряться полностью или становится неудерживающей. Вследствие этого происходит перераспределение воспринимаемой нагрузки на оставшиеся два болтовых крепления, что может вызвать существенное увеличение напряжений в области крепления конструкции вплоть до ее разрушения.

Ослабление соединения бобышка КЗП-крон-штейн тягового двигателя может быть связано с осадкой сопрягаемых деталей, причем количество контактных поверхностей соединения может возрасти ввиду необходимости установки регулировочных шайб, количество которых, согласно конструкторской документации, не должно быть более трех единиц. Кроме того, соединение подвержено вибрационной нагрузке, что способствует процессу самоотвинчивания болтов крепления КЗП. Определим зазор между телом болта и посадочным отверстием в кронштейне:

8 = Б - й,

к о'

где 8 - зазор между телом болта и посадочным отверстием в кронштейне; Бк = 48+0'62 мм - диаметр посадочного отверстия в кронштейне; йб = = 42+0,62 мм - диаметр болта. Таким образом, максимальный зазор 8 с учетом допусков составит

6,62 мм. Сила трения, возникающая в стыке деталей и препятствующая взаимному смещению деталей стыка, определяется по формуле

2) опорная реакция болтового крепления равна нулю.

Fvp fTp Кз ,

в которой ^ - сила трения в стыке сопрягаемых деталей,/тр - коэффициент трения стали о сталь; ^ - усилие затяжки болта. Таким образом, воспринимаемая точкой крепления внешняя нагрузка, действующая в плоскости стыка, ограничивается величиной силы трения ^ . Усилие затяжки болта можно рассчитать следующим образом [6]:

К =

Ы„

0,5 • d •

+ 1,15f V f • R-р

ynd J

Здесь М - момент затяжки болта, /- приведенный коэффициент трения, р - шаг резьбы болта, Ятр - радиус трения опорной поверхности головки болта, С - диаметр стержня болта. Согласно технической документации [7], рекомендуемый момент затяжки болтов крепления КЗП должен находиться в пределах от 0,9 до 1 кН-м. Однако следует отметить отсутствие должного контроля момента затяжки болтов при производстве ремонта и технического обслуживания электровозов в условиях локомотивного депо.

Сформулируем необходимые и достаточные условия невосприятия нагрузки точкой опоры.

Достаточные условия:

1) ослабление затяжки болтового соединения;

2) раскрытие стыка соединения бобышка-кронштейн тягового двигателя, т. е. появление зазора в стыке;

3) функция зазора Я({) между телом болта и отверстием кронштейна тягового двигателя не равна нулю, Щ) = гк(0 - 2б(/), где гк(0 и 2б(?) -координаты вертикального перемещения кронштейна и тела болта соответственно.

Необходимые условия:

1) сила трения в стыке соединения бобышка-кронштейн двигателя незначительна или равна нулю;

Расчет вертикальных опорных реакций, возникающих в болтовых креплениях КЗП к тяговому двигателю

Накопленный опыт проектирования корпусных конструкций рекомендует рациональные сечения для обеспечения наибольшей жесткости и прочности при наименьшей массе изделия. Такими свойствами обладают развитые по периферии полые тонкостенные детали типа коробок, труб и оболочек [1, 8]. Кожух зубчатой передачи имеет коробчатое сечение, т. е. изготовлен согласно принятым канонам проектирования корпусных конструкций. Однако в напряженно-деформированном состоянии (НДС) деталей, как правило, есть локальные области, в которых значения уровня возникающего напряжения более высокие по сравнению с уровнями напряжения в основной конструкции. Такое явление появляется не только по причине наличия концентраторов напряжения, но и из-за количества и положения точек, где на конструкцию действуют реактивные усилия (рис. 2).

Для определения вертикальных реакций в принятой расчетной схеме на рис. 2 составим систему уравнений статического равновесия для полученной пространственной параллельной системы сил:

х 0, ^+Яц + Кш - О = 0,

Е М = о,

2 . 2 e + c -

RII (a + b) + RIIIл/ -Gylb2 + (e + d )2 = 0,

X M = 0,

Rj(a + b) + Rn^e2 + (a + b + c)2 -Ga2 + (e + d )2 = 0,

(1)

в точках крепления КЗП: I - нижняя бобышка; II - верхняя бобышка; III - кронштейн КЗП

где а, Ъ, с, е и й - геометрические параметры, После преобразований для определения вер-задающие положение точек крепления КЗП; Яр тикальных реакций, действующих на конструк-RII, Яш - вертикальные опорные реакции. цию КЗП в случае восприятия нагрузки всеми

тремя точками крепления, имеем

R - G

4b2 + (e + d )2

1 --

(jb2 + (e + d)2 +ja2 + (e + d)2 - a - b) sje2 + (a + b + c)2 We2 + c2 - a - b

yle2 + c2

a + b

(Vb2 + (e + d)2 ^a2 + (e + d)2 - a - b) -y/e2 + (a + b + c)2 We2 + c2 - a - b

G-slb2 + (e + d )2

R// =■

^b2 + (e + d)2 +^/a2 + (e + d)2 - a - b)G yje2 + (a + b + c)2 +Je2+c2 - a - b

I 2 . 2" Ve + c

a + b

riii -

(jb2 + (e + d)2 + -y/a2 + (e + d)2 - a - b)G sje2 + (a + b + c)2 +Ve2 + c2 - a - b.

(2)

(3)

(4)

Рассмотрим случай закрепления КЗП, когда Яи = 0. В этом случае система уравнений статического равновесия (1) примет вид

Я, + Яш - С = 0,

(5)

Rmyje2 + с2 - G^b2 + (e + d)2 = 0 .

Выражения для определения возникающих в таком случае вертикальных реакций запишем следующим образом:

Rj - G

riii -

1 V b2 + (e + d )2

Je2 + с2

Gyjb2 + (e + d )2

Ve2 + c2

(6)

Рассмотрим случай, когда Я = 0. Здесь система уравнений статического равновесия (1) примет вид

(7)

rii + riii - G - 0 ■>

Rillte2 + (a + b + с)2 -- Gyla2 + (e + d)2 - 0.

Возникающие вертикальные реакции определим по формулам

Rjj - G

R -

1 yja2 + (e + d )2

-Je2 + (a + b + c)2

Gyja2 + (e + d )2 -Je2 + (a + b + c)2

Я (а + Ъ) - ву/а2 + (е + й)2 = 0. (9)

Выражения для определения возникающих в этом случае вертикальных реакций примут вид

RI-

Rjj - G

G^a2 + (e + d )2 a + b

1 -Ja2 + (e + d )2 a + b

(10) (11)

Рассмотрим случай, когда точки крепления нижняя и верхняя бобышки КЗП-кронштейн тягового двигателя перестанут воспринимать нагрузку, т. е. Я = 0 и Я = 0. В этом случае получим уравнение

riii - g.

(12)

Рассмотрим случай, когда нагрузку воспринимает точка крепления верхней бобышки КЗП, т. е. Я = 0 и Я = 0. В таком случае имеем уравнение

Rjj - G.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(13)

Используя выражения (1)—(13) выполним расчет опорных реакций болтовых креплений КЗП при разных случаях его закрепления и представим его результаты:

Я

кН... 0 0,772 1,172 0 0 0,687

Яц,

(8) кН... 0,966 0 0,337 0 1,510 0,597

КПР

кН... 0,543 0,737 0 1,510 0 0,225

Рассмотрим случай, когда точка крепления III кронштейн КЗП-подшипниковый щит тягового двигателя перестанет воспринимать нагрузку, т. е. Я = 0. В этом случае система уравнений статического равновесия (1) будет такой:

Rj + Ra -G - 0,

Методика оценки пробега КЗП в условиях перераспределения нагрузки в случае ослабления затяжки болтов его крепления

При непрерывном мониторинге технического состояния можно своевременно обнаружить

появившиеся нарушения в работе оборудования, однако такой процесс дорогостоящий и не всегда целесообразен [9, 10]. Оценка пробега (наработки) с определенным значением нагруженности позволяет более точно оценить ресурс КЗП. Примем, что в интервале времени для выборки из N. кожухов будет выявлено п. кожухов с ослаблением болтов крепления. Тогда для определения вероятности ослабления болтов в рассматриваемом интервале наработки I. можно записать выражение

п.

Р(Ъ ) = П. N

С учетом этого суммарный пробег КЗП с повышенными нагрузками в интервале времени / составит

I h = P(t,)kIL, = NkI Li,

где - суммарный пробег КЗП с повышенными нагрузками; - суммарный пробег локомотивов в интервале времени t .; А: - количество КЗП на одном локомотиве.

Рассчитаем средний пробег, с повышенными нагрузками приходящийся на один КЗП выборки:

L = = Pit )k^ = nLkZh - IN ^ IN N z N

ср

Численное исследование НДС КЗП в случае его статического нагружения

Для численного исследования НДС КЗП была разработана твердотельная модель в программном комплексе ANSYS. Напряженное состояние кожуха оценивалось в условиях статического нагружения модели кожуха собственным весом при описанных выше условиях его закрепления (рис. 3).

В результате проведенного численного исследования НДС КЗП были получены поля распре-

деления эквивалентных напряжений. Для всех случаев нагружения характерна локализация возникновения напряжений в области болтовых креплений. При штатном закреплении КЗП максимальное напряжение появляется в области кронштейна кожуха и составляет 1,53 МПа. Наиболее неблагоприятный из остальных рассматриваемых случаев нагружения КЗП - восприятие нагрузки только одним кронштейном КЗП, для которого максимальное напряжение равно 44,3 МПа. Максимальные эквивалентные напряжения, возникающие для каждого расчетного случая нагружения, будут следующими (рис. 3): Случай нагружения... а б в г д е

Уровень напряжения а,

МПа. 1,53 1,74 6,03 44,3 5,09 5,46

В случаях закрепления, где имеется кронштейн кожуха, область проявления максимальных эквивалентных напряжений в стенке кожуха находится в непосредственной близости к кронштейну.

Заключение

Проведенный анализ величин опорных реакций болтовых креплений КЗП показал, что при условии невосприятия нагрузки одним из болтовых креплений происходит перераспределение численных значений опорных реакций и соответственно полей эквивалентных напряжений, возникающих в конструкции КЗП.

По результатам анализа нагруженности КЗП для всех рассматриваемых случаев закрепления кожуха наиболее нагруженной является область стенки, находящаяся в непосредственной близости с кронштейном кожуха. Данное обстоятельство подтверждается наиболее частым выявлением повреждений для кожуха именно в этой области стенки.

Таким образом, для обеспечения надежности восприятия нагрузок болтовыми крепления-

A: Static Structural

Equivalent Stress

Type: Equivalent (von-Mises) Stress Unit: Pa Time: 1

0

§

1,5378еб Max

l,428e6

1,3182e6

1,2084e6

1,0985e6

9,8871e5

8,7889e5

7,6907e5

6,5925e5

5,4943e5

4,3961e5

3,2978e5

2,1996e5

1,1014e5

318 82 Min

A: Static Structural

Equivalent Stress

Type: Equivalent (von-Mises) Stress Unit: Pa Time:

000 M ]

A: Static Structural

Equivalent Stress

Type: Equivalent (von-Mises) Stress Unit: Pa Time: 1

0

0 i

4.4302e7 Max

4,1138e7

3,7973e7

3,4809e7

3,1645e7

2,348e7

2,5316e7

2,2151e7

1,3987e7

l,5823e7

1,2658e7

9,4939e6

6,3295e6

3,1652еб

779,83 Min

A: Static Structural

Equivalent Stress

Type: Equivalent (von-Mises) Stress Unit: Pa Time: 1

0

0 ï

5,0924ei Max

4,7287e6

4,3б5еб

4,0013e6

3,6376e6

3,2739e6

2,9102e6

2,5465e6

2,1828e6

1r819"le6

1,4554еб

1,0917e6

7,280365

3,6433e5

632 % Min

A: Static Structural

Equivalent Stress

Type: Equivalent (von-Mises) Stress Unit: Pa Time: 1

П

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0 0

5,46 56e6 Max

5,0752еб 4,6848e6 4,2945еб 3,9041еб 3,5137еб 3,1233еб 2,7329е6 2,3425еб 1,9522еб 1,5618е6 1,1714е6 7,8102е5 3,90б3е5 251.49 Min

Рис. 3. Определение напряженного состояния конструкции КЗП при различных условиях его закрепления: а - штатное закрепление всеми болтовыми креплениями; воспринимают нагрузку: б - верхняя и нижняя бобышки, в - нижняя бобышка и кронштейн, г - только кронштейн кожуха, д - верхняя бобышка и кронштейн, е - верхняя бобышка

б

а

в

г

д

е

ми КЗП в случае ослабления затяжки одного из болтов, которое может произойти с вероятностью P(L), и во избежание при этом возникновения опасных (высоких) уровней напряжения необходимо увеличение количества точек крепления кожуха. Это может привести к некоторым конструктивным ограничениям со стороны колесно-моторного блока, однако возможность увеличить закрепление КЗП до четырех точек существует.

Библиографический список

1. Орлов П. И. Основы конструирования : справ.-метод. пособие : в 3 кн. - Кн. 1. - Изд. 2-е, перераб. и доп. / П. И. Орлов. - М. : Машиностроение, 1977. -623 с.

2. Москвичев В. В. Проблемы кожухов зубчатой передачи электровозов : отказы, нагруженность, виброзащита / В. В. Москвичев, Е. А. Чабан, А. Г. Андриевский // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2020. - Т. 65. - № 1. - С. 3142.

3. Андриевский А. Г. Анализ конструктивных решений, принятых для кожухов зубчатой передачи электровозов серии ВЛ80 и 2ЭС5К / А. Г. Андриевский, Е. А. Чабан // Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава : Материалы V Всерос. науч.-технич. конференции с международным участием. - Омск : Омск. гос. ун-т путей сообщения, 2019. -С. 50-57.

4. Пахомов М. П. Предупреждение неисправностей кожухов зубчатой передачи электровозов / М. П. Пахо-мов, В. П. Богданов, И. И. Галиев, Г. А. Чистяков // Же-

лезнодорожный транспорт. - 1971. - № 11. - С. 4344.

5. Школьный М. И. Кожухи зубчатых передач. Проблемы и альтернативные конструкции / М. И. Школьный, Г. Г. Ахмедов, И. П. Демченко // Вестн. Всерос. науч.-исслед. и проект.-конструкт. ин-та электровозостроения. - 2017. - № 2 (76). - С. 43-51.

6. Биргер И. А. Резьбовые и фланцевые соединения / И. А. Биргер, Г. Б. Иосилевич. - М. : Машиностроение, 1990. - 368 с.

7. Электровоз ВЛ85 : руководство по эксплуатации. - Всесоюз. науч.-исслед., проект.-конструкт. и технол. ин-т электровозостроения ; Новочеркаск. элек-тровозостроит. завод. - М. : Транспорт, 1992. - 479 с.

8. Иосилевич Г. Б. Детали машин : учебник для машиностроит. специальностей вузов / Г. Б. Иоси-левич. - М. : Машиностроение, 1988. - 366 с.

9. Галкин В. Г. Надежность тягового подвижного состава : учеб. пособие для вузов ж.-д. транспорта / В. Г. Галкин, В. П. Парамзин, В. А Четвергов. - М. : Транспорт, 1981. - 184 с.

10. Швалов Д. В. Системы диагностики подвижного состава : учебник / Д. В. Швалов, В. В. Шаповалов ; под ред. Д. В. Швалова. - М. : Изд-во «Лань», 2005. -268 с. - URL : https://e.lanbook.com/book/59148 (дата обращения : 02.12.2020).

Дата поступления: 03.03.2021 Решение о публикации: 24.03.2021

Контактная информация:

АНДРИЕВСКИЙ Анатолий Геннадьевич - преподаватель; [email protected] ЧАБАН Елена Анатольевна - канд. техн. наук, доц.; [email protected] МОСКВИЧЕВ Владимир Викторович - д-р техн. наук, проф.; [email protected]

Analysis of the loading of the gear casing of an electric locomotive provided that the bolts fastening it to traction motor are loosened

A. G. Andrievsky 1, E. A. Chaban 1, V. V. Moskvichev 2

1 Krasnoyarsk Institute of Rail Transport, branch of the Irkutsk State Transport University, 2I, Novoy Zari ul., Krasnoyarsk, 660028, Russian Federation

2 Krasnoyarsk branch of the Federal Research Center for Information and Computational Technologies, Russian Academy of Sciences, 53, Mira pr., Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation

For citation: Andrievsky A. G., Chaban E.A., Moskvichev V. V. Analysis of the loading of the gear casing of an electric locomotive provided that the bolts fastening it to traction motor are loosened. Proceedings of Petersburg Transport University. Saint Petersburg, Petersburg State Transport University, 2021, vol. 18, iss. 2, pp. 201-210. (In Russian) DOI: 10.20295/1815-588X-2021-2-201-210

Summary

Objective: To study the dependence of the numerical values of the bearing reactions occurring in the bolted fasteners of the gear casing (GC) on the conditions of its fastening to the traction motor. To show the resulting redistribution of the bearing reaction values in the case of the lack of load bearing in one or two bolted fasteners from the three existing design ones. To calculate the equivalent stresses that appear in the gear casing structure under various abnormal conditions of its fastening to the traction motor under static loading. Methods: The equations of statics were used for the spatial system of forces, including three vertical bearing reactions and the weight of the casing itself. To study the stress-strain state of the casing in the case of its static loading, the finite element method was used, implemented in the ANSYS Workbench software package. Results: The cause of damage to the GC during operation has been found associated with its design flaws. Calculation formulas have been obtained for determining the vertical bearing reactions of the GC. The need to take into account the GC loading in the case of redistribution of loads due to the loosening of its fastening bolts has been found. The need to improve the design of the gear casing has been indicated. Practical importance: The probable cause of damage to the GC during operation has been found. A method is proposed for assessing the GC loading in the case of redistribution of loads between its bearing points.

Keywords: Gear casing, bolted fastener, bearing reaction, loading, load redistribution.

References

1. Orlov P. I. Osnovy konstruirovaniya. Sprav.-metod. posobiye. V 3 kn. [Basics of design. Reference and methodological manual. In 3 books], Book 1, Ed. 2, revised and amended. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 1977, 623 p. (In Russian)

2. Moskvichev V. V., Chaban E.A. & Andrievsky A. G. Problemy kozhukhov zubchatoy peredachi elektrovozov: otkazy, nagruzhennost', vibrozashchita [Problems of gear casings of electric locomotives: failures, loading, vibration protection]. Sovremennyye tekhnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovaniye [Modern technologies. System

analysis. Modeling], 2020, vol. 65, no. 1, pp. 31-42. (In Russian)

3. Andrievsky A. G. & Chaban E.A. Analiz konstruk-tivnykh resheniy, prinyatykh dlya kozhukhov zubchatoy peredachi elektrovozov serii VL80 i 2ES5K [Analysis of design solutions adopted for gear casings of electric locomotives of the VL80 and 2ES5K series]. Tekhnolo-gicheskoye obespecheniye remonta i povysheniye dina-micheskikh kachestv zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava. Materialy V Vseros. nauch.-tekhnich. konferen-tsii s mezhdunarodnym uchastiyem [Engineering support for repairs and improving the dynamic properties of the railway rolling stock. Proceedings of the V All-Russia

Scientific and Technical Conference with International Participation]. Omsk, Omsk State Transport University Publ., 2019, pp. 50-57. (In Russian)

4. Pakhomov M. P., Bogdanov V. P., Galiev I. I. & Chistyakov G. A. Preduprezhdeniye neispravnostey ko-zhukhov zubchatoy peredachi elektrovozov [Prevention of malfunctions of gear casings of electric locomotives]. Zheleznodorozhnyy transport [The Railway Transport Magazine], 1971, no. 11, pp. 43-44. (In Russian)

5. Shkol'nyy M. I., Akhmedov G. G. & Demchen-ko I. P. Kozhukhi zubchatykh peredach. Problemy i al'ternativnyye konstruktsii [Gear casings. Problems and alternative designs]. Proceedings of the All-Russian Scientific Research and Design Institute of Electric Locomotive Engineering, 2017, no. 2 (76), pp. 43-51. (In Russian)

6. Birger I. A. & Iosilevich G. B. Rez'bovyye i flant-sevyye soyedineniya [Threadedand flange connections]. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 1990, 368 p. (In Russian)

7. Elektrovoz VL85. Rukovodstvo po ekspluatatsii [Electric locomotive VL85. Operation manual]. All-Union Scientific Research, Design and Technological Institute of Electric Locomotive Engineering; Novocherkassk Electric Locomotive Plant. Moscow, Transport Publ., 1992, 479 p. (In Russian)

8. Iosilevich G. B. Detali mashin. Uchebnik dlya ma-shinostroit. spetsial'nostey vuzov [Machine parts. A textbook for mechanical engineering specialties of universities]. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 1988, 366 p. (In Russian)

9. Galkin V. G., Paramzin V. P. & Chetvergov V.A. Na-dezhnost'tyagovogopodvizhnogo sostava. Ucheb. poso-biye dlya vuzov zh.-d. transporta [Reliability of traction rolling stock. Training manual for railway transport universities]. Moscow, Transport Publ., 1981, 184 p. (In Russian)

10. Shvalov D. V. & Shapovalov V. V. Sistemy diag-nostikipodvizhnogo sostava. Uchebnik [Diagnostic systems of rolling stock. Textbook]. Ed. by D. V. Shvalov. Moscow, Lan' Publishing House, 2005, 268 p. Available at: https://e.lanbook.com/book/59148 (accessed: December 02, 2020). (In Russian)

Received: March 03, 2021 Accepted: March 24, 2021

Author's information:

Anatoly G. ANDRIEVSKY - Lecturer; [email protected]

Elena A. CHABAN - PhD in Engineering, Associate Professor; [email protected] Vladimir V. MOSKVICHEV - Dr. Sci. in Engineering, Professor; [email protected]

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.