CC BY
52
34
Современные технологии - транспорту
Современные технологии - транспорту
УДК 629.464.2:620.193
А. С. Балтабаев, М. В. Зимакова, А. С. Сараев
ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ ВАГОНОВ-СНЕГООЧИСТИТЕЛЕЙ ПРИ КОРРОЗИОННОМ УТОНЕНИИ ИХ БАЗОВЫХ УЗЛОВ
В статье обоснована актуальность работ по продлению срока службы вагонов-снегоочистителей, выявлены основные причины возникновения неисправностей их базовых узлов. На основе программного комплекса ANSYS была создана конечноэлементная модель вагона и расчётным путём определены величины напряжений, возникающих при эксплуатации вагона-снегоочистителя, а также проведена прочностная оценка возможных коррозионных повреждений базовых узлов вагона-снегоочистителя.
вагон, ресурс, коррозия, модернизация, срок службы.
Введение
В настоящее время основным поставщиком снегоуборочной техники в парки ОАО РЖД (Россия), АО «НК КТЖ» (Казахстан) и других дорог стран СНГ и Балтии является ОАО «Трансмаш» (г. Энгельс). Следует констатировать, что в последние годы поступление новой снегоуборочной техники в парки железных дорог практически не производилось. При этом старые вагоны планомерно исключались из инвентарного парка по истечении нормативного срока службы. Это привело к значительному сокращению парка вагонов для уборки снега и появлению проблемы поддержания их технического состояния в пределах, обеспечивающих безопасность движения поездов.
Так как одновременное обновление всего парка снегоуборочной техники требует больших материальных затрат, решением данной проблемы стало проведение мероприятий по продлению срока службы вагонов-снегоочистителей на основе выполнения капитального ремонта с продлением срока полезной эксплуатации (КРП).
1 Создание конечно-элементной модели вагона-снегоочистителя и приложение нагрузок
Проведенный анализ показал, что наиболее уязвимыми (поврежденными) узлами вагонов-снегоочистителей являются навесное оборудование, рама вагона и элементы крепления. Повреждения данных узлов оказывают влияние на срок службы вагона и его остаточный ресурс.
2011/3
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
35
По результатам обследований указанных узлов снегоочистителей, находящихся в эксплуатации на сети железных дорог стран СНГ и Балтии, был сделан вывод о том, что причинами возникновения повреждений являются циклические нагружения элементов или единовременные экстремальные нагрузки.
В соответствии с «Нормами расчета и проектирования вагонов железных дорог колеи 1520 мм»1 прочность вагона рассчитывается при I и III расчетных режимах нагружения.
Первый расчётный режим - маневровые передвижения, осаживание и трогание тяжеловесного состава с места, соударение вагонов при маневрах, в том числе при роспуске с сортировочных горок, экстренное торможение в поездах при малых скоростях движения.
Третий расчетный режим - движение вагона в составе поезда по прямым и кривым участкам пути, стрелочным переводам с допускаемой скоростью, вплоть до конструкционной, при периодических служебных регулировочных торможениях, периодических умеренных рывках и толчках, штатной работе механизмов и узлов вагона.
Для теоретического обоснования возможности продления срока службы вагонов-снегоочистителей был проведён комплекс исследований с целью оценки их прочности на примере головного вагона снегоуборочной машины модели СМ-2.
Рама головного вагона состоит из сваренных между собой продольных и поперечных балок. Она выполнена из двух поясов, несущих всю нагрузку машины. Верхний и нижний пояса основной рамы связаны вертикальными стойками и раскосами, образующими каркас машины. По верху боковые стороны каркаса соединены обвязочным поясом. Вваренные впереди рамы четыре стойки служат направляющими для траверсы щеточного питателя. Сзади рамы приварены швеллеры, на которые опираются кронштейны рамы транспортёра.
При помощи инженерного программного комплекса ANSYS была создана конечно-элементная модель головного вагона-снегоочистителя, состоящая из конечных элементов типа ВЕАМ 189 и типа МАSS21. Конечно-элементная модель головного вагона приведена на рисунке 1.
Задавая значения продольных нагрузок, приложенных к раме вагона-снегоочистителя в соответствии с расчетными режимами нагружения, были получены величины максимальных напряжений, которые приведены в таблицах 1 и 2. Из результатов расчётов видно, что прочность рамы при первом и третьем расчётных режимах не удовлетворяет требованиям «Норм». Для первого расчётного режима допускаемые напряжения определяются согласно «Нормам...» и составляют [о] = 0,95[о]т = 232,8 МПа.
1 Нормы для расчёта и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). - М., 1996. - 319 с.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/3
36
Современные технологии - транспорту
Для третьего расчётного режима для хребтовой и шкворневой балок рамы допускаемые напряжения принимаются равными 155 МПа, для остальных элементов рамы и кузова 165 МПа. Полученные в результате расчёта напряжения превышают допускаемые как при первом, так и при третьем расчётном режиме. Следовательно, возникает необходимость в усилении конструкции в зонах, подвергающихся разрушению.
а)
б)
Рис.1. Конечно-элементная модель головного вагона-снегоочистителя: а - элементы кузова; б - нижняя часть ходовой рамы
ТАБЛИЦА 1. Максимальные напряжения при первом режиме
Наименование элемента рамы Максимальные эквивалентные напряжения по Мизесу, МПа
Удар со стороны хвоста Удар со стороны головы и о ю 3 Рн Сжатие Растяжение
Шкворневая балка в зоне заделки в хребтовую 306 335 328 246 219
Боковая балка в зоне соединения с шкворневой 234 294 287 198 156
2011/3
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту 37
ТАБЛИЦА 2. Максимальные напряжения при третьем режиме
Наименование элемента рамы Максимальные эквивалентные напряжения по Мизесу, МПа
Удар и о ю 3 Рн Сжатие Растяжение
Шкворневая балка в зоне заделки в хребтовую 204 176 234 182
Боковая балка в зоне соединения с шкворневой 148 121 172 141
2 Усиление конструкции вагона-снегоочистителя
Во время разработки ТУ на КРП для снегоуборочной машины СМ-2 была предусмотрена установка на вагоны усиливающих накладок. Проведённый повторный расчёт на прочность ходовой рамы головного вагона снегоуборочного поезда СМ-2 с учётом установки усилений показал, что максимальные эквивалентные напряжения в ходовой раме при первом расчётном режиме при ударе со стороны хвоста вагона возникают в шкворневой балке в зоне заделки в хребтовую и составляют 218 МПа, в боковой балке - в зоне заделки в шкворневую балку и составляют 196 МПа, что не превышает допускаемого напряжения, равного 232,8 МПа. Максимальные эквивалентные напряжения в усиленной раме при третьем расчётном режиме при сжатии, возникающие в шкворневой балке в зоне заделки в хребтовую, составляют 150 МПа; что не превышает допускаемого напряжения, равного 155 МПа, при сжатии возникающие напряжения в боковой балке в зоне заделки в шкворневую балку составляют 93 МПа, что не превышает допускаемого напряжения, равного 165 МПа.
3 Влияние коррозии металла на прочность вагона-снегоочистителя
При оценке прочности исследуемой конструкции учитывалось влияние коррозионного утонения основного металла базовых конструкций вагона и вызванное этим изменение прочностных характеристик. Номинальные толщины элементов и толщины с учетом их коррозионного утонения приведены в таблице 3.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/3
38
Современные технологии - транспорту
ТАБЛИЦА 3. Толщины элементов рамы с учетом коррозионного утонения
Наименование элемента Номинальная Толщина с учетом утонения при коррозии, %
толщина 5 10 15 20 25
Листы шкворневой балки:
верхний 12 11,4 10,8 10,2 9,6 9
нижний 12 11,4 10,8 10,2 9,6 9
вертикальный 10 9,5 9 8,5 8 7,5
Боковые балки:
верхняя полка 12,3 11,69 11 10,45 9,84 9,2
нижняя полка 12,3 11,69 11 10,45 9,84 9,2
основание 7,5 7,13 6,75 6,38 6 5,63
Зависимость напряжений в шкворневом узле и в средней части боковых балок при коррозии без усиления и с усилением при КРП показаны на рисунках 2 и 3.
а) б)
Рис. 2. Зависимость напряжений в шкворневом узле от утонения при коррозии: а - без учета усилений при КРП; б - с учетом усилений при КРП
а) б)
Рис. 3. Зависимость напряжений в средней части боковой балки при коррозии: а - без учета усилений при КРП; б - с учетом усилений при КРП
2011/3
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
39
Заключение
В результате проведенных теоретических исследований были определены зависимости между напряжениями, возникающими в наиболее нагруженных узлах ходовой рамы вагона-снегоочистителя, и утонениями элементов шкворневого узла и боковых балок при их коррозионном износе.
Было установлено, что при коррозионном износе более 14 % от номинального размера элементов шкворневой балки и при коррозионном износе более 18 % от номинального размера боковых балок напряжения в элементах превышают допустимые значения. Следовательно, в вагонах, отбираемых для продления срока службы, коррозионный износ шкворневой балки не должен превышать 14 %, боковых балок 18 %.
УДК 620.16 Е. В. Болгов
УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МОДЕЛЕЙ КРЫШЕК ЛЮКОВ ПОЛУВАГОНОВ НА УДАРНЫЕ НАГРУЗКИ
Для испытания различных конструкций крышек необходимо проводить специальные исследования. В статье показан общий вид установки, описан принцип её действия, выполнен расчёт и осуществлён подбор параметров.
испытание на удар, крышка люка, физическая модель, стенд.
Введение
В процессе проектирования новых изделий часто возникает необходимость провести оценку поведения системы в реальных условиях. Теоретически не всегда удаётся выполнить это достаточно точно в связи со сложностью объекта и действием различных нагрузок и факторов, которые трудно учесть и математически описать. В этих случаях прибегают к физическому моделированию будущей конструкции, которое наиболее точно отражает основные физические и другие параметры, присущие проектируемой системе.
В процессе проектирования и оценки условий, в которых будет работать крышка люка полувагона, возникла необходимость измерить напряжения, возникающие в основных элементах конструкции крышки, включая её крепления, и определить наиболее слабые звенья для их модернизации и усиления. Так как крышка полувагона находится в таких условиях, что ре-
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/3
