Определение вероятности неразрушения корпусных элементов гидроциллиндра аутригера путевой машины Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Содержание

113

колесных пар подвижного состава на наличие недопустимых дефектов. Отсутствие необходимости демонтировать буксовый узел и работа в многоканальном режиме многократно повышают производительность контроля.

Новая методика и аппаратура прошли эксплуатационные испытания в ряде вагонных депо Октябрьской и Горьковской железных дорог. В настоящее время идет подготовка к приемочным испытаниям.

4. Литература

Руководство по комплексному ультразвуковому контролю колесных пар вагонов РД 07.09-97.

Дымкин Г.Я и др. Принципиальные особенности многоканального ультразвукового дефектоскопа УДС2-52 «ЗОНД-2». В мире НК. - 2004. № 4.

Марков А.А. Альтернативное представление дефектоскопической информации в переносных ультразвуковых дефектоскопах. В мире НК. - 2000. №1.

Путевые работы

УДК 621.873/.875(031)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ НЕРАЗРУШЕНИЯ КОРПУСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОЦИЛЛИНДРА АУТРИГЕРА

ПУТЕВОЙ МАШИНЫ

Д.Е. Попов

Аннотация

В статье определяется вероятность неразрушения корпусных элементов силового гидроциллиндра выносной опоры (аутригера). Рассматривается максимальный неблагоприятный случай нагружения металлоконструкции. Выбран необходимый размер штока по типоряду с учетом заданной вероятности неразрушения.

Ключевые слова: аутригер; гидродомкрат; гидроцилиндр; выносная опора Введение

При проектировании гидродомкрата расчетная схема (рис. 1) предусматривает действие осевой нагрузки, приложенной к оголовку штока, и составляющей от распорной нагрузки, приложенной также к оголовку штока.

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1

Содержание

114

Рис. 1. Формирование расчетной схемы гидродомкрата аутригера а) штатный случай нагружения; б) нагружение, наблюдаемое на практике

На практике, вследствие неравномерного внедрения опорной плиты в грунт, имеет место смещение опоры штока, в связи с чем, значительно возрастает значение изгибающего момента силы, приложенной к оголовку штока. Таким образом, расчетная схема для гидродомкрата аутригера должна учитывать параметры вероятной просадки грунта в месте опирания опорной подушки крана.

При игнорировании этого фактора в практике эксплуатации свободно стоящих кранов имеют место случаи излома, остаточные изгибные деформации штоков, местная пластическая деформация стенок гильз («развальцовка»).

Разрушение несущих элементов выносной опоры может произойти под действием редко появляющихся максимальных нагрузок: внезапная просадка опор, обрыв груза на крюке, трансформация ядра опирания опорного контура, и прочих нештатных случаях нагружения. В ряде случаев эти нагрузки могут вызывать в деталях деформации, нарушающие нормальную работу узла и приводящие к отказу.

1. Определение режима нагружения системы «выносная опора -гидроцилиндр»

Зная законы распределения нагрузок и прочностных характеристик штока и гильзы, можно определить вероятность неразрушения (вероятность безотказной работы несущего элемент). На рис. 2 представлены плотности fi(R) распределения несущей способности детали и эксплуатационных нагрузок на нее f2(Q), приведенные к напряжениям в опасном сечении детали.

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1

Содержание

115

Рис. 2. Плотность распределения нагрузки и несущей способности

элемента

Гарантия неразрушения может быть определена по формуле:

Г = 1 - ю1ю2 (1)

где ю1®2 - площади пересечений, обозначенные на рис.2. Приближенную оценку вероятности неразрушения можно определить, если заменить плотность распределения единичной нагрузки плотностью распределения nt нагрузок (показано пунктиром)

Л (Q)

d [[ UQ )dQ Г dQ

= nt[fUQ)dQ f-\f2(Q)

(2)

При этом происходит смещение плотности распределения f 2(Q) в зону максимальных нагрузок, поскольку с увеличением их числа растет вероятность появления больших нагрузок.

Вероятность разрушения q приближенно может быть оценена произведением ш ш 2 (рис.2), где

а1

а

Qmax

f f'Q )dQ,

rp

(3)

где Rp - абсцисса точек пересечения fj(R) f2(Q). Вероятность неразрушения

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1

Содержание

116

1-Ю 1Ю2 >Pc >(1-Ю i ) (1-Ю 2).

(4)

Рис.3. Расчетная схема ГЦ выносной опоры крана на железнодорожном ходу «Сокол-80.01М» (Обозначения см. табл. 1)

Для примера рассмотрим применение этой методики для оценки вероятности неразрушения несущих элементов выносной опоры крана на железнодорожном ходу «Сокол 80.01 М».

ГЦ выносной опоры крана на железнодорожном ходу «Сокол» представляет собой одноступенчатый силовой гидроцилиндр (ГЦ), имеющий упруго-шарнирное опирание штока в опорном подпятнике.

ТАБЛИЦА 1. Параметры гидродомкрата выносной опоры крана на железнодорожном ходу«СОКОЛ 80.01 М»

Наименование параметра Обозначение Значение

Осевая нагрузка, (т) Рос 70

Рабочее давление, (МРа) Р 25

Длина штока, (м) Ьш 1.1

Длина гильзы (до опоры), (м) Leu, 0.3

высота шпальной выкладки, (м) Ьшп 1.14

Г ильза Диаметр, (м) Внешний D 0.25

Внутренний 0.2

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1

Содержание

117

Шток Диаметр, (м) Внешний D 0.16

Внутренний 0.1

Величина заделки поршня в гильзе, (м) B 0.2

Зазор в сочленении «поршень-гильза», (м) z 2.2e-4

Жесткость телескопического сочленения (H/рад) £ 3.5e-5

Линейная жесткость опоры, (Н/м) (моделирование линейной податливости узла) шток % 5e+7

гильза 7e+9

Угловая жесткость опоры, (Н/рад) (моделирование угловой податливости узла) шток м 2e+7

гильза 4e+7

Жесткость ступеней, (Нм2) Eli EI2 2,94Э06 3,98Э06

Эксцентриситет приложения нагрузки (м) е 9-10-3

Определим числовые характеристики для выборки эксплуатационных опрокидывающих моментов и осевых сил.

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1

Содержание

118

По выборке моментов имеет место достаточно большой размах R=89-9=80, поэтому составим вариационный ряд по интервалам значений, используя

ала и длину интервала (рис.4). Гистограмма вариационного ряда выборки "МОМЕНТ" представлена на рис. 4.

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1

Содержание

119

Рис.4. Эпюры прогибов, моментов и поперечных сил в сечениях силового

гидроцилиндра

ТАБЛИЦА 2. Режим нагружения крана на железнодорожном ходу

«СОКОЛ 80.01 М»

N п/п Параметры

Q,m n i L,m М ,тм а,0 Рос ,кН

1 10 4 25 350 30 800

2 15 6 23,6 342 35 756

3 25 8 22,2 330 39 704

4 45 8 18 320 45 653

5 60 2 15,2 310 48 542

6 80 1 6,5 300 49 400

Для вычисления среднего арифметического и дисперсии примем С = 53 и К = 8.

V х - с Z • n

MX = 4= -K + C,

n

- 1 10

S2 = -•£(х -C)2 - (MX-C)2

i=1

(5)

(6)

где MX

3 6

----8 + 53 = 43(тм),

29

S2 = — • 5440 - (43 - 53)2 29

188 -100 = 88(mi )2

«Момент»

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1

Содержание

120

0,3

0,25

0,2

0,15

0,1

0,05

0

1 23456789 10

номер интервала

Рис.5. Гистограмма вариационного ряда выборки "МОМЕНТ" Среднеквадратическое отклонение

S = VS2 = V88 = 9,4(тм),

Находим моду

Mo = xn + 3K ■ -

= 41 + 3 ■ 8 ■

(W - wi -1) + - wi+1)

0.28

0.28 + 0.21

= 54.7(тм),

- W-1

(7)

и медиану

n

9

Me = xn + K —

- T

n

29 _

49 +16-^— 4

18

35(тм).

(8)

ТАБЛИЦА 3.

Внешний силовой фактор MX (M )/(N ) S (Sm )/(Sn )

МОМЕНТ, Нм 430000 94000

ОСЕВАЯ, Н 73073 13038

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1

Содержание

121

2. Определение вероятности неразрушения по заданным геометрическим параметрам

Математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение предела текучести, для стали штока и гильзы соответственно равны: R = бООМПа, аЩ = ИМПц R = 360МПа. Максимальное значение

эксплуатационного изгибающего момента и осевой нагрузки: Mmax = 36000 (Нм), Nmax = 75000 (Н); коэффициент перехода от предела текучести полученной при растяжении к пределу текучести при изгибе sT = 1,2 коэффициент, учитывающий размеры детали Т = 1,1; коэффициент учитывающий особенности изготовления е = 1,2; количество нагружений за час n = 10; количество часов работы в год Т = 500; продолжительность эксплуатации 20 лет.

1. Параметры приведенной нагрузки в опасном сечении, выраженные в напряжениях: Q = 67,2 МПа; S = 14,3 МПа; Qmax = 192 МПа.

2. Параметры распределения несущей способности:

Коэффициенты пропорциональности: а = b = 0,9.

Матожидание и среднеквадратическое отклонение несущей способности: Яш = 540МПа; R< = 324 МПа; ош = 64,8 МПа; о< = 58,5 МПа; nt = 5105 .

3. Вероятность неразрушения pc определим по номограммам, для чего вычислим:

—

К

67,2

540

s

0,124 ; ■=-

, к

14,3

540

ащ

0,026; а-

k

Qmax - Q

s

190 - 67,2 14,3

8,6

64,8

540

0,12 ;

Тогда находим pc = 0,98 при К = 8, и при К = 8,6 значение рс = 0,975 .

3. Определение прочностных размеров, обеспечивающих заданную вероятность неразрушения

Исходные данные взяты из предыдущего раздела рс = 0,999.

1. Находим отношение — = 672 =

S 14,3

2. Находим — = 4,67 при К = 8 и

S

3. Находим — = 0,164

R

4. Экстраполируем при К = 8,6

4,67.

а

Кщ

0,12

— = 0,108 Кщ

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1

Содержание

122

5. Находим Q = 0,108 • 540 = 58,32(МПа)

6. Тогда геометрические размеры штока принимаем: Dm =0.167 (м) d = 0,1 (м).

С учетом стандартного ряда типоразмера манжет принимаем ближайший диаметр 180 мм.

Таким образом, чтобы исключить любую возможность разрушения штока, требуется увеличить внешний диаметр штока на 20 мм. Определенное увеличение массы элемента при этом оказывается экономически целесообразным, поскольку устраняются мероприятия по производству ремонта элемента и его периодического обслуживания.

4. Литература

Александров М.П., Гохберг М.М., Ковин А.А. и др. Справочник по кранам. Т.1-2. -Машиностроение. 1988.

Одинг И.Л. Допускаемые напряжения в машиностроении и циклическая прочность металлов. - М.: Машгиз, 1962. - 260 с.

Панкратов С.А. Конструкция и основы расчета главных узлов экскаваторов и кранов. Машгиз. 1962.

ТУ 24.04.270-83 “Краны на железнодорожном ходу”.

УДК 625.143.541

ПОИСК ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ СХОДОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ИЗ-ЗА РАСПОРА КОЛЕИ

А.В. Селезнев

Аннотация

Сход из-за распора колеи - отжатие гребнем одного колеса головки рельса за счет его упругого наклона и провала второго колеса внутрь колеи с другого рельса. Выполнены обзор и анализ, предлагаемых в настоящее время технических решений по недопущению данного вида схода подвижного состава с рельсов. Разработано оригинальное техническое решение.

Ключевые слова: сход подвижного состава; звеньевой путь;

промежуточное рельсовое скрепление

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1