CC BY
32
УДК 629.424.1:621.31:681.3
О. М. БОНДАРЕВ, В. Л. ГОРОБЕЦЬ (ДПТ), I. М. ГРУЩАК (Укрзалiзниця)
ВИЗНАЧЕННЯ СТРОКУ СЛУЖБИ НЕСУЧИХ КОНСТРУКЦ1Й МОТОРВАГОННОГО РУХОМОГО СКЛАДУ 13 ЗАСТОСУВАННЯМ МЕТОДИКИ ПОР1ВНЯННЯ ÏX ДИНАМIЧНОÏ НАВАНТАЖЕНОСТ1
У статп на приклад1 електропо1'зд1в cepiï ЕР9 пропонуеться вар1ант оцшювання строку служби несучих конструкцш моторвагонного рухомого складу, яш е аналогами, на пiдставi результапв поpiвнювального аналiзу експериментально вимipяних в умовах експлуатаци величин, що характеризують ïx навантаженiсть та напружено-деформований стан.
В статье на примере электропоездов серии ЕР9 предлагается вариант оценивания срока службы несущих конструкций моторвагонного подвижного состава, являющихся аналогами, на основании сравнительного анализа результатов экспериментально измеренных в условиях эксплуатации величин, характеризующих их нагруженность и напряженно-деформированное состояние.
In the paper on the example of electric trains of a series ЕР9 it is suggested a variant of estimation of service life for carrying structures of the motor-wagon rolling stock, which are analogs, on the basis of results of comparative analysis of values, measured experimentally in operation conditions, that characterize their loading conditions and stressed-and-strained state.
В роботах [1, 2], присвячених проблемi по-довження строку служби несучих конструкцш (НК) рухомого складу (РС), показано, що для прийняття вщповщного ршення (позитивного або шшого) необхщно виконати цикл експери-ментально-аналггичних робщ серед яких е: ек-спериментальне визначення навантаженосп та напружено-деформованого стану; теоретичш розрахунки з уточненого розрахунку напруже-но-деформованого стану; експериментальне ви-значення показниюв втоми; теоретичш розра-хунки з визначення ресурсу.
Розглянемо випадок, коли необхщно зроби-ти висновок вщносно ресурсу НК рухомого складу, для котрих iснують даш попереднiх ви-пробувань рухомого складу РС-аналога.
Пiд РС-аналогом будемо розум^и тип рухомого складу, який щентичний або подiбний до дослщжуваного РС за конструкцiею рам вiз-кiв та кузова РС. При цьому вважаеться, що у випадку виробництва НК одним i тим самим виробником з однакових матерiалiв та за единою технолопею вказанi НК мають однаковi характеристики опору втомi.
У цьому випадку вщмшшсть ресурсу НК вказаного РС буде залежати вiд рiзницi динамi-чного навантаження, яке вони отримують в ти-пових умовах експлуатацii. Застосування тако! методики наведено нижче, на прикладi порiв-няння динамiчного навантаження рам вiзкiв причiпних вагонiв електропо!дщв ЕР9П (РС-аналог) та ЕР9М (дослщжуваний РС).
Для поpiвняння навантаження рам вiзкiв електpопоïздiв ЕР9П та ЕР9М буде поpiвняне напрацювання, яке вони отримують через ди-намiчне навантаження з боку кузовiв вагонiв, тобто з урахуванням динамши другого ступеню шдвшування.
Еквiвалентна, нормована вiдносно статичного навантаження сила буде обчислюватися як
S
S _ ДИН ЕКВ
ЕКВ jy çi
K a SCT
(SCT V + Ka S дин )
Ka SCT
V
(SCT Tjr + КДВ SCT )
Ka _ V
Sc
Ka
K
ДВ '
(1)
де SEKg - еквiвaлентнa нормована сила; SдИн ЕКВ - еквiвaлентне за руйшвною здaтнiстю динaмiчне навантаження; SCT - статичне навантаження на вiзок; K0 = 3,7 - коефщент концен-тpaцiï напружень в paмi вiзкa; у = 0,3 - коеф> цiент чутливостi мaтеpiaлу до aсиметpiï циклу; SдИН - динaмiчнa добавка вертикально!' сили; КдВ - коефiцiент веpтикaльноï динaмiки.
Taким чином, пiдстaвляючи ноpмaтивнi чи-сельш значення коефiцiентiв, отримуемо
Sекв _ 0,08-
K
ДВ •
(2)
Для бiльш коректного врахування квазюта-тичного характеру навантаження при рус ваго-
шв у кривих коефщент динамiки обчислюеться як
К = 0,5( К+- К— ),
(3)
де К+ - коефiцiент вертикально! динамши при довантаженнi з ймовiрнiстю 0,95; - те ж
саме при розвантаженш.
Нормоване напрацювання з урахуванням ймовiрностей ситуаци руху розраховуеться як
о=И р
¿=1 1=1
ЕКВ ¿1
(4)
де О - напрацювання вiзка на один цикл коли-вань; п = 4 (20...40; 40...60; 60...80; 80... 100 км/год.) - кшьюсть дiапазонiв швидкостi руху;
pi — ймовiрнiсть руху з 7-тою швидюстю; Ре — ймовiрнiсть руху в прямш ( = 1), кривш вели-
с<т
кого та середнього ращусу; Л ЕКВ ¿}- — еквiвалент-
на сила в ¿-] ситуаци руху; т = 4 - показник ступеня криво! витривалость
Вважаючи конструкцi! електропо!здiв схожими, припускаемо, що ефективнi частоти !х коливань спiвпадають. Тодi вщношення ресур-сiв дослiдних вагонiв ЕР9М та ЕР9Е до еталону ЕР9П буде оборотним вщносно до вщношення !х напрацювань за формулою (4).
Статистичш данi вiдносно ймовiрностей пе-ребування вагонiв в рiзних станах руху взял з роботи [3] на тдстав даних МШС СРСР.
Таблиця 1
Ймовiрностi швидкостей руху
Швидшсть руху 20.40 40.60 60.80 80.100
Ймов1ршсть рi 0,04 0,28 0,34 0,34
Таблиця 2
Ймовiрностi радiусiв кривизни коли
Тип дшянки Пряма, 600 < я, 350 < Я < 600, Я < 350
1 = 1 1 = 2 1 = 3
Ймов1ршсть Ре 0,756 0,147 0,074 0,023
Альтернативою використанню даних табл. 1, 2 е проведення експериментальних до-слщжень динамiчно! навантаженостi РС в екс-плуатацiйному режимi.
казаний режим передбачае проведення ди-намiчних ходових та мщшсних випробувань з виконанням наступних умов:
• використання для проведення випробувань пол^ону типових напрямюв обертання до-слiджуваного типу РС;
• проведення випробувань в режимi встано-вленого графiку руху по!здiв.
Вщношення ресурсу дослщжувано! кон-струкцi! до ресурсу РС-аналога ё знаходиться як зворотне вщношення нароб^юв:
Тодi ресурс дослщжувано! конструкцi! ви-значатиметься наступним чином:
ЯД = ^ Я
Ь
А '
(6)
Д
ё=Од.
Оа
(5)
У вказаному виразi: Од - питомий (на оди-ницю вiдстанi) наробiток дослiджувано! конс-трукци в процесi експлуатацi!; Оа - питомий наробггок НК РС-аналога в процес експлуата-
иД!.
де Ьд - середньорiчний пробiг дослiджувано! конструкци в процесi експлуатацi!; Оа - серед-ньорiчний пробiг НК РС-аналога в процес екс-плуатацi!; Яд - ресурс, виражений в одиницях строку експлуатацi! дослiджувано! конструкцi! в процес експлуатацi!; ЯА - ресурс, виражений в одиницях строку експлуатаци НК РС-аналога в процес експлуатаци.
Для порiвняння навантаження рам вiзкiв електропо!здiв ЕР9П та ЕР9Е, М буде порiвня-не напрацювання, яке вони отримують через динамiчне навантаження з боку кузовiв вагонiв, тобто з урахуванням динамши другого ступеню шдвшування.
Нижче у табл. 3—6 наведено значення коеф> цiентiв вертикально! динамши, в табл. 7—12 -даш про пiдрахунки наробiткiв головних та мо-торних вагонiв при !х русi по рiзних дiльницях коли та з рiзними швидкостями.
Головний вагон електропоТзда ЕР9М
^сер.? км/год. —дцгпкс —дцглкс —дцгпкв —дцглкв —дцгпр
38 0.29 0.25 0.215 0.22 0.15
53 0.255 0.24 0.26 0.195 0.14
68 0.195 0 0.215 0.205 0.14
83 0.16 0.165 0.21 0.16 0.18
98 0.16 0 0.315 0.14 0.18
Моторний вагон електропоТзда ЕР9М
^сер.? км/год. —дцмпкс —дцмлкс —дцмпкв —дцмлкв —дцмгпр
38 0.21 0.22 0.175 0.17 0.13
53 0.15 0.165 0.19 0.195 0.12
68 0.16 0 0.195 0.19 0.12
83 0.125 0.205 0.165 0.125 0.15
98 0.155 0 0.265 0.12 0.15
Таблиця 4
Головний вагон електропоТзда ЕР9Е
Таблиця 5
V у сер.? км/год. - -^дцгпкс - -^дцглкс - -^дцгпкв - -^дцглкв - дцгпр
38 0.335 0.295 0.245 0.24 0.15
53 0.215 0.24 0.265 0.23 0.15
68 0.205 0 0.245 0.265 0.17
83 0.195 0.245 0.235 0.165 0.2
98 0.195 0 0.345 0.18 0.19
Таблиця 6
Моторний вагон електропоТзда ЕР9Е
^ер.? км/год. —дцмпкс —дцмлкс —дцмпкв —дцмлкв —дцмпр
38 0.255 0.215 0.195 0.18 0.13
53 0.145 0.18 0.205 0.215 0.12
68 0.15 0 0.21 0.205 0.15
83 0.18 0.185 0.2 0.15 0.17
98 0.175 0 0.275 0.115 0.17
Розрахунок питомих пароГмтк'ж головних вагошв при рус! в прямих
у Диналичш добавки Кт Екв1валентш зведеш сили 5екв Наробшси
км/год. ЭР9М головний ЭР9Е головний ЭР9П головний ЭР9М головний ЭР9Е головний ЭР9П головний ЭР9М головний ЭР9Е головний ЭР9П головний
38 0.15 0.15 0.168 0.23 0.23 0.248 0.000111936 0.000111936 0.00015131
53 0.14 0.15 0.216 0.22 0.23 0.296 0.000655917 0.000783555 0.002149438
68 0.14 0.17 0.224 0.22 0.25 0.304 0.00079647 0.001328125 0.002903844
83 0.18 0.2 0.224 0.26 0.28 0.304 0.001553718 0.00208983 0.002903844
98 0.18 0.19 0.224 0.26 0.27 0.304 0.001553718 0.001806899 0.002903844
Разом 0.003531851 0.004626982 0.008325283
Таблиця 8
Розрахунок питомих пароГмтк'ж головних вагошв при рус! в кривих великих ра/пусж
у Динашчни добавки ,К"ДВ Ек^алентш зведеш сили 5екв Наробшси
км/год.. ЭР9М головний ЭР9Е головний ЭР9П головний ЭР9М головний ЭР9Е головний ЭР9П головний ЭР9М головний ЭР9Е головний ЭР9П головний
38 0.22 0.25 0.32 0.3 0.33 0.4 0.000324 0.000474368 0.001024
53 0.26 0.27 0.528 0.34 0.35 0.608 0.003741741 0.00420175 0.038262412
68 0.22 0.27 0.368 0.3 0.35 0.448 0.002754 0.005102125 0.013695913
83 0.21 0.24 0.36 0.29 0.32 0.44 0.002404755 0.003565158 0.012743526
98 0.32 0.35 0.304 0.4 0.43 0.384 0.008704 0.011623923 0.007392712
Разом 0.002635489 0.003670197 0.010748429
ю Таблиця 9
Розрахунок питомих мароГмтк'ш головних luu oiiiii при pyci в кривих ccpc.uiix pajiyciii
у Динам1чш добавки Кт Ек^алентш зведеш сили SeKB HapoöiTKH
км/год.. ЭР9М головний ЭР9Е головний ЭР9П головний ЭР9М головний ЭР9Е головний ЭР9П головний ЭР9М головний ЭР9Е головний ЭР9П головний
38 0.4 0.34 0.384 0.48 0.42 0.464 0.002123366 0.001244678 0.001854095
53 0.29 0.24 0.432 0.37 0.32 0.512 0.005247651 0.002936013 0.019241453
68 0.2 0.21 0.256 0.28 0.29 0.336 0.00208983 0.002404755 0.004333472
83 0.19 0.25 0.296 0.27 0.33 0.376 0.001806899 0.004032131 0.006795639
98 0.14 0.2 0.368 0.22 0.28 0.448 0.00079647 0.00208983 0.013695913
Разом 0.000892752 0.000940348 0.003398122
Таблиця 10
Розрахунок питомих наробптав моторних вагошв при pyci в прямих
V у сер.? Динашчш добавки Кт Екв1валентш зведеш сили SeKB Наробтси
км/год.. ЭР9М моторний ЭР9Е моторний ЭР9П моторний ЭР9М моторний ЭР9Е моторний ЭР9П моторний ЭР9М моторний ЭР9Е моторний ЭР9П моторний
38 0.13 0.13 0.118 0.21 0.21 0.198 7.77924Е-05 7.77924Е-05 6.14781Е-05
53 0.12 0.12 0.12 0.2 0.2 0.2 0.000448 0.000448 0.000448
68 0.12 0.15 0.145 0.2 0.23 0.225 0.000544 0.000951459 0.000871383
83 0.15 0.17 0.138 0.23 0.25 0.218 0.000951459 0.001328125 0.0007679
98 0.15 0.17 0.138 0.23 0.25 0.218 0.000951459 0.001328125 0.0007679
Разом 0.00224737 0.003124927 0.002204996
Розрахунок питомих пароГмтк'ш моторних вагошв при руа в кривих великих раиуст
км/год.. Диналичш добавки Кт Еквшалентш зведеш сили 5екв Наробтси
ЭР9М моторний ЭР9Е моторний ЭР9П моторний ЭР9М моторний ЭР9Е моторний ЭР9П моторний ЭР9М моторний ЭР9Е моторний ЭР9П моторний
38 0.175 0.195 0.151 0.255 0.275 0.231 0.00016913 0.000228766 0.000113896
53 0.195 0.215 0.25 0.275 0.295 0.33 0.001601359 0.002120538 0.003320579
68 0.195 0.21 0.204 0.275 0.29 0.284 0.001944508 0.002404755 0.002211833
83 0.165 0.2 0.237 0.245 0.28 0.317 0.00122502 0.00208983 0.003433333
98 0.265 0.275 0.237 0.345 0.355 0.317 0.004816763 0.005399982 0.003433333
Разом 0.001434247 0.001799849 0.001839407
Таблиця 12
Розрахунок питомих наробгтшв моторних вагошв при рус! в кривих середшх рад ¡у а и
V у сер.? км/год.. Динам1чш добавки Кдв Ек^алентш зведеш сили 5екв Наробтси
ЭР9М моторний ЭР9Е моторний ЭР9П моторний ЭР9М моторний ЭР9Е моторний ЭР9П моторний ЭР9М моторний ЭР9Е моторний ЭР9П моторний
38 0.22 0.255 0.204 0.3 0.335 0.284 0.000324 0.000503778 0.000260216
53 0.165 0.18 0.184 0.245 0.26 0.264 0.00100884 0.001279533 0.001360109
68 0.16 0.15 0.138 0.24 0.23 0.218 0.001128038 0.000951459 0.0007679
83 0.205 0.185 0.164 0.285 0.265 0.244 0.00224315 0.001676727 0.001205142
98 0.155 0.175 0.164 0.235 0.255 0.244 0.001036932 0.001437605 0.001205142
Разом 0.000424831 0.000432834 0.00035509
ю
Кшцевий етап розрахунюв з порiвняння питомих нароб^юв вагонiв електропоlздiв ЕР9М, Е з наробпгсом електропо1зда ЕР9П наведено в табл. 13, 14.
Таблиця 13
Порiвняння питомих нароб^шв причшних (головних) вагонiв
Вагони причшш (головш) Пор1вняльна оцшка
ЭР9М ЭР9Е ЭР9П
Позна-чення Б1 Б2 Б3 Б3/01 Б3/02
Наробпки 0.00706 0.00924 0.0225 3.18 2.43
Таблиця 14
Пор1вмяммя питомих нароб^шв моторних вагошв
Вагони моторш Пор1вняльна оцшка
ЭР9М ЭР9Е ЭР9П
Позна-чення Б1 Б2 Б3 Б3/01 Б3/02
Наробгтки 0.0041 0.00536 0.00440 1.07 0.82
З даних табл. 13, 14 виходить, що вщношен-ня наробiткiв вiзкiв причшних (головних) вагошв електропоlздiв ЕР9М, Е та моторних вагошв ЕР9М дозволяе без обмежень прийняти Техшч-нi рiшення з подовження строку 1х служби. При цьому вважаеться, що показники витрива-лостi рам вiзкiв електропо].здв ЕР9Е, М не пр-шi, нiж рам вiзкiв електропоlздiв ЕР9П. Рами моторних вагошв електропоlздiв ЕР9Е наван-таженi бшьше, аналог (ЕР9П), що в данш по-становцi дозволяе подовжити !х строк служби до 35 роюв. В даному випадку iснуе певний резерв строку служби, пов'язаний iз тим, що при проведенш оцшки строку служби несучих конструкцш електропоlздiв ЕР9П в якостi еталону навантаження було прийнято найбiльш жорсткий режим руху (рух у кривих великого радiусу, дiапазон швидкостi руху 60...100 км/год.) з питомим наробггком
В = 0.01 (нароб^ок у статистичнш постановцi складае В = 0.0044, див. табл. 14). Враховуючи вказане, строк служби рам вiзкiв моторних вагошв електропоlздiв ЕР9Е з особливими заува-женнями та шдвищеним контролем може бути подовжений на 9 роюв, тобто до 37 роюв вiд побудови. Доповнення до Техшчного рiшення щодо впорядкування експлуатаци моторних ва-гонiв електропо]дщв ЕР9М на рами вiзкiв моторних вагошв електропо].здв ЕР9Е не розпо-всюджуеться.
Висновки
Проведеш дослiдження дозволяють зробити висновки про наступне.
Вщношення наробiткiв вiзкiв причiпних (головних) вагошв електропоlздiв ЕР9М, Е та моторних вагошв ЕР9М дозволяе без обмежень прийняти Техшчш ршення з подовження строку !х служби. При цьому вважаеться, що показники витривалосп рам вiзкiв електропо!з-дiв ЕР9Е, М не прш^ нiж рам вiзкiв електропо!-здiв ЕР9П.
Рами моторних вагошв електропоlздiв ЕР9Е навантаженi бшьше, аналог (ЕР9П), що в данш постановщ дозволяе подовжити !х строк служби до 35 роюв.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Боднарь, Б. Е. Методы сравнительной оценки ресурса несущих конструкций подвижного состава [Текст] / Б. Е. Боднарь, В. Л. Горобец, И. М. Грущак // Вестник Восточноукр. нац. унта им. В. Даля. - 2004. - № 8 (78). - С 118-126.
2. Методика оценки остаточного ресурса несущих конструкций тягового подвижного состава [Текст]. - К.: Гос. администрация ж.д. трансп. Украины, ДИИТ, 1998. - 51 с.
3. Грущак, I. М. Пор1вняльна оцшка впдиливу модершзаци на напружено-деформований стан рами в1зку електровоза ВЛ60 [Текст] / I. М. Грущак. - В1сник Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - 2008. -Вип. 22. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2008. - С. 18-22.
Надшшла до редколеги 24.09.2008.
