CC BY
31
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
ПРОМИСЛОВИЙ ТРАНСПОРТ
УДК 629.424.2.023.142-027.45
О. М. БОНДАРЕВ1*, В. Л. ГОРОБЕЦЬ1, Д. О. ЯГОДА1, О. О. БОНДАРЕВ2
1 Каф. «Будшельна мехашка», Дншропетровський нацюнальний ушверситет зал1зничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпропетровськ, Укра!на, 49010, тел./факс +38 (056) 793 19 08, ел. пошта [email protected]
'Каф. «Буд1вельна мехашка», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет зал1зничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпропетровськ, Украша, 49010, тел./факс +38 (056) 793 19 08 2Державна адмшстрацш зал1зничного транспорту Украши, вул. Тверська, 5, Кшв, Укра!на, 49150, ел. пошта [email protected]
РОЗРОБКА ЗАХОД1В 13 ПОКРАЩЕННЯ ПОКАЗНИК1В М1ЦНОСТ1 НЕСУЧИХ КОНСТРУКЦ1Й ГОЛОВНИХ ВАГОН1В ДИ3ЕЛЬ-ПО13Д1В ДР1А НА П1ДСТАВ1 ВИКОНАНИХ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧНИХ РОБ1Т
Мета. Метою роботи е визначення напружено-деформованого стану несучих конструкцш кузова головного вагона та вузла передач! тягового зусилля, яке може створюватись у нештатних ситуащях щд час експлуатаци. Необхвдною е також розробка заход1в, спрямованих на покращення напружено-деформованого стану вказаних елеменпв. Методика. Для досягнення поставлено! мети при виконанш роботи було проведено експе-риментальне визначення зусиль 1 р1вшв напружень у найб1льш навантажених елементах несучих конструкцш, а також у вузлах передач! тяги. Розроблено розрахунков1 модел для проведення теоретичного визначення р1вшв напружень 1 зусиль. Результата. На щдсташ анал1зу отриманих результата розрахунк1в виявлено найкращ вар1анти модертзацп, як1 були закладеш в основу пропозицш, спрямованих на покращення показнишв мщносп. Наукова новизна. На щдстаы експериментальних та теоретичних дослвджень виконано наукове супроводження робгг 1з розробки заходав модертзацп з покращення показник1в мщносп несучих конструкцш головних вагошв дизель-по!зд1в ДР1А. Практична значимiсть. Розроблено техшчне ршення, що мютпть заходи, як1 мають виконуватись щд час експлуатаци дизель-по!зд1в указано! сери. Техшчне ршення надано спещалютам Укрзал1зниц1 для ознайомлення та впровадження запропонованих заход1в 1з покращення показнишв мщносп.
Ключовi слова: кузови вагошв; головш вагони; розрахунков1 моделц теоретичш розрахунки; дизель-по!зди ДР1А; моторш в1зки; показники мщносп
Вступ
Пщ час експлуатаци дизель-по1зд1в ДР1А на затзницях Укра1ни виникла необхщнють у на-уково-дослщних роботах, спрямованих на про-довження термшу 1х експлуатаци, призначено-го заводом-виробником [1, 2, 10]. Змют цих ро-б1т - визначення ресурсу несучих конструкцш рам в1зюв, рам кузов1в. I на шдстав1 отриманих результапв виконаних робгг необхщно було
розробити заходи, яю сприяли б продовженню терм1ну 1х служби до 45 роюв. В зв1тах робгг вщзначалося, що тд час експлуатаци були за-фшсоваш випадки: утворення трщин в балках центрального шдвшування в мюцях приварю-вання опор стакашв пружинних комплекпв; наявшсть залишкових деформацш в середнш частит профшю дна цих балок, як е результатом надм1рних деформацш вщ згинання; злам
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
пружин опор центрального шдвшування; утво-рення трщин навколо опори приеднання до кузова тягових повщюв. Кр1м цього, протягом експлуатаци дизель-по!зд1в зазначено! сери та-кож були виявлеш злами поздовжшх балок шд-логи кузова головного вагона в зош !х приля-гання до тамбур1в. Досвщ експлуатаци показав, що тд час руху дизель-по!зд1в дано! серп збу-джуються коливання вагошв у вертикальнш та горизонтальнш поперечнш площинах з висо-кими ампттудами. Наслщком таких коливань е передчасний вихщ з ладу амортизатор1в (га-сител1в) поперечних коливань та коливань б1ч-ного вщносу, яю сприяють створенню високих р1вшв напружень в вище зазначених елементах.
Мета
Метою роботи е визначення напружено-деформованого стану несучих конструкцш кузова головного вагона та вузла передач1 тягового зусилля, яке може створюватись в нештатних ситуащях тд час експлуатаци, а також розробка заход1в, спрямованих на покращення напруже-но-деформованого стану вказаних елеменпв.
Методика
Для досягнення поставлено! мети тд час виконання роботи було експериментально ви-значено зусилля та р1вш напружень у найбшьш навантажених елементах несучих конструкцш, а також у вузлах передач! тяги; розроблено розрахунков1 модел1 та проведет теоретичт розрахунки з визначення р1вшв напружень та зусиль.
Результати
На рис.1 зображено загальний вигляд ди-зель-по!зда ДР1А.
Пщ час виконання ще! роботи були прийня-т до уваги конструктивш особливост кузова головного вагона дизель-по!зда ДР1А [4, 6, 9, 10] та результати обстежень техшчного стану його несучих конструкцш.
Пщ час побудови розрахункових моделей [8] та скшченно-елементних схем [3, 5] слщ враховувати, що:
- кузова вагошв суцшьнометалев1 зварно! несучо! конструкци;
- рама кузова без хребтово! балки складаеться з двох консольних частин, з'еднаних поздовжш-
ми балками, та набору поперечних елеменпв;
- консольш частини з1брано з1 зварних балок замкнутого перер1зу та гнутих профшв;
- поперечш елементи рами моторного вагона виконаш з1 швелера;
- поздовжш балки рами складаються з гнутого швелера, кутника та д1афрагми, обшитих зшнутими несучими листами;
- дах, б1чш та торцев1 стшки складаються з каркаса та лиспв обшивки.
Рис. 1. Дослвдний дизель-пойд ДР1А зав. № 272
Нижче на рис. 2-7 наведено види зруйнова-них елеменпв та елеменпв з корозшними по-шкодженнями несучих конструкцш головного вагона.
Рис. 2-5. Злам гнутого швелера та поперечин в м1сщ приеднання до б1чних стшок, а також м1сця створення трщин у листах обшивки
Наука та пpoгpec тpaнcпopтy. Вкник Днiпpoпeтpoвcькoгo нaцioнaльнoгo yнiвepcитeтy зaлiзничнoгo тpaнcпopтy, 2014, № 1 (49)
Is рис. 2-7 видго, щo за тepмiн eкcплyaтaцiï (33 pom) нecyчi кoнcтpyкцiï кyзoвa гoлoвнoгo вaгoнa oтpимaли cyттeвi кopoзiйнi пoшкoджeн-ня. Внacлiдoк змeншeння тoвщини eлeмeнтiв нecyчиx кoнcтpyкцiй, та cтвopeння вeликиx cтaтичниx, а тaкoж динaмiчниx нaвaнтaжeнь при кoливaнняx гaлoпyвaння та бiчнoï xитaвицi вiдбyлocя руйнування вкaзaниx eлeмeнтiв.
Рис. 6-7. Види кopoзiйниx rom^^em нecyчиx кoнcтpyкцiй, oбmивки кyзoвa та м1сць зaкpiплeння вузла пepeдaчi тягoвoгo зусилля
Лнaлiз впливу aмплiтyд та частоти змiни нaпpyжeнь на втомш влacтивocтi cтикoвиx зва-pниx вyзлiв, poзвиткy тpiщин, вiдмoв та пpoфi-лактики руйнувань нaвeдeнi у poбoтax [11-13].
Для викoнaння тeopeтичниx дocлiджeнь з визнaчeння нaпpyжeнocтi нecyчиx кoнcтpyк-цiй кyзoвa гoлoвнoгo вaгoнa та вузла пepeдaчi тягoвoгo зусилля нeoбxiднo бyлo eкcпepимeн-тaльнo визначити нaвaнтaжeнicть циx eлeмeн-тiв [1]. Hижчe на рис. 8 нaвeдeнo види мюць poзтaшyвaння пpиcтpoïв для вимipювaння зу-силь та мoмeнтiв, щo пepeдaютьcя дo кyзoвa гoлoвнoгo вагона.
Х1 Х
Рис. 8. MicuH poзтamyвaння вимipювaльниx пpиcтpoïв
Для нaбopy cтaтиcтичниx дaниx динaмiчнoï нaвaнтaжeнocтi пiд час pyxy пo cтpiлoчниx го-peвoдax, кривж piзниx paдiyciв, cтикoвиx rapi-внocтяx та iншиx фaктopiв бyлo здшсжго го'з-дку за нaпpямкoм Пoлтaвa-Лoзoвa-Пoлтaвa.
Пiд час пpoвeдeння oбpoбки peзyльтaтiв ви-пpoбyвaнь дiaпaзoни швидкocтeй pyxy yмoвнo пoдiлялиcя на iнтepвaли 0-15, 16-30, 31-45,
46-60, 61-75 i 76-90 км/год. При цьoмy для ^жгого ^orocy, щo peecтpyвaвcя, шдсумтова тpивaлicть peecтpaцiï складала нe мeнш 180 с. За вимipяними дeфopмaцiями у тязi пepeдaчi тягoвoгo зусилля вщ мoтopнoгo вiзкa дo кyзoвa гoлoвнoгo вaгoнa були визнaчeнi пoздoвжнi зусилля та згинaльнi мoмeнти у вepтикaльнiй i гopизoнтaльнiй пoпepeчнiй плoщинax, а за вимipяними пepeмiщeннями - зусилля, щo складали динaмiчнi дoбaвки вepтикaльниx зу-силь у цeнтpaльнoмy пiдвiшyвaннi.
В peзyльтaтi aнaлiзy eкcпepимeнтaльниx дo-cлiджeнь oтpимaнo тате:
- нaйбiльшa вeличинa згинaльнoгo мoмeнтy Mв дocягae 0,66 кНм шд час pyxy в кpивиx д> льницяx кoлiï. Вiд дiï тате!' вeличини згиналь-нoгo мoмeнтy в нижнix та вepxнix вoлoкнax тяги пepeдaчi зусилля cтвopюютьcя нaпpyжeння на piвнi 38,3 MПa;
- згинальний мoмeнт, щo дie в roproomam-нiй плoщинi пiд час pyxy в кривж дocягae 0,6 кНм, а го cтpiлoчниx пepeвoдax - 0,65 кНм. Taкi знaчeння мoмeнтiв cтвopюють у тязi rope-дaчi зусилля нaйбiльшi нopмaльнi нaпpyжeння 34,8 та 37,7 MПa вiдпoвiднo;
- пiд час pyxy дизeль-пoïздa в пpямиx най-бiльшi piвнi зусиль в тязi, щo пepeдae тягoвe зусилля вiд вiзкa дo кyзoвa FT, дocягaють 25 кН при швидкocтi 80 км/гoд. При pyxoвi в кpивиx нaйбiльшa вeличинa цьoгo зусилля складае 42 кН при швидкocтi pyxy 30 км/год.
Для визнaчeння нaйбiльшиx знaчeнь горма-льниx нaпpyжeнь в тязi пepeдaчi тягoвoгo зусилля бyлo прийнято peжим тяги в кpивиx зi швидкicтю 50 км/гoд, кoли згинальш мoмeнти у вepтикaльнiй Mв та Mj. гopизoнтaльнiй rao-щинax дopiвнюють 0,6 кНм, а тягoвe зусилля FT дopiвнюe 38 кН. Haйбiльшe нopмaльнe напру-жeння в цьoмy випадку дopiвнюe
Cmax = F + WvJM2В + M2г = 52,9 M^ .
У цeнтpaльнoмy пiдвiшyвaннi тeндeнцiя змiнювaння динaмiчниx дoбaвoк нaйбiльшиx вepтикaльниx сил Qlj зaлeжнo вiд швид^с^ pyxy е пpиблизнo тaкoю ж, як i зусиль N та FT. Haйбiльшi знaчeння зусиль (50 кН) зapeecтpo-вaнi при швид^с^ pyxy 50 км/гoд в кривж дiлянкax кoлiï, а пo стр^чн^ пepeвoдax -52 кН при швид^с^ pyxy 40 км/гoд. При такж нaйбiльшиx знaчeнняx динaмiчниx cклaдoвиx
Наука та прогрес транспорту. В1сник Дншропетровського нащонального ушверситету затзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
зусиль коефщент динашки для центрального тдв1шування дор1внюе
кдц =
а
52
= 0,353
вот 147,2
тобто перевищуе нормативне значения [7]. Не-обх1дно зазначити, що для головних вагошв дизель-по!зд1в ДР1А, з якими рашше виконува-ли випробування спещал1сти ДНУЗТу за учас-тю автор1в, в окремих випадках коефщенти динам1ки у центральному тдшшуванш досягали значень бшьше н1ж 0,5.
Зареестроваш тд час досл1дних по!здок найбшьш1 значення зусиль, що передаються до кузова в центральному тдшшуванш та у вузл передач1 тягового зусилля в1д повадка моторного в1зка, дал1 використовувались для виконання числових розрахунмв з визначення напружено-деформованого стану несучих конструкцш кузова та вузла передач! до кузова тягового зусилля.
Для виконання числових розрахунмв за методом смнченних елеменпв (МСКЕ) з визначення р1вшв напружень в елементах несучих конструкцш кузова та вузла передач! тягового зусилля до кузова головного вагона в1д моторного в1зка були розроблеш розрахунков1 скшченно-елементш схеми (модел1) [3, 5, 8].
Як результат розрахунмв на рис. 9 наведено напружено-деформований стан елеменпв несучих конструкцш кузова головного вагона дизель-по!зда, що виникае внасл1док до дина-м1чних навантажень у вертикальнш площиш.
Рис. 9. Напружено-деформований стан кузова головного вагона
Найбшьш1 р1вш напружень створюються в несучих конструкщях м1жв1конних перегородок та досягають 55,3 МПа.
На рис. 10 наведено епюру напружень, як1 утворюються в елементах рами кузова. Найбь
льш1 ршт напружень утворюються у б1чних елементах несучих конструкцш рами кузова. Трщина та злами елеменпв конструкцш рами кузова, як наведено на рис. 1-4, утворилися у цих м1сцях.
Рис. 10. Епюра розподшу напружень в елементах рами кузова
Для отримання бшьш детального анал1зу напружено-деформованого стану б1чно! балки було розроблено розрахункову скшченно-елементну схему, яка складалася 1з збшьшено! кшькосп ск1нченних елеменпв. Ця схема наведена на рис. 11, а результати розрахунмв - на рис. 12.
Рис. 11. Розрахункова схема б1чно! балки 1з збшьшеною кшьюстю скшченних елементш
Рис. 12. Напружено-деформований стан б1чно! балки головного вагона в райош !! спирання на в1зок
З анал1зу наведених результапв (рис. 12) бачимо, що найбшьш1 напруження у б1чнш сп-нщ створюються в м1сцях передач1 навантажень в1д вузл1в спирання. Найбшьш1 значення напружень досягають 29,2 МПа.
На рис. 13 зображено м1сця з найбшьшими р1внями напружень, як1 утворюються у м1жвь
Наука та прогрес транспорту. Вкннк Дншропетровського нацюнального ушверситету затзннчного транспорту, 2014, № 1 (49)
конних перегородках та на даху над тамбуром в мющ переходу вщ салону пасажир1в до час-тини кузова, в якш розташовано дизель-генераторна установка.
Рис. 14. Модершзащя стшок б1чно! стши кузова (зовшшня обшивка кузова знизу)
Рис. 15. Напружено-деформований стан б1чно! балки тсля виконання модершзаци
Загальний вигляд модел1 модершзовано! б> чно! балки наведено на рис. 16. Розрахунки на-пружено-деформованого стану б1чно! балки головного вагона показали, що впровадження запропонованого вар1анта модершзаци приведе до зменшення найбшьших напружень на 25,7 %.
Рис. 13. Мюця з найбшьшими р1внями напружень у м1жв1конних перегородках та на даху
З рис. 13 бачимо, що у випадках утворення критичних р!вшв корозшних пошкоджень не-сучих конструкцш у м1жв1конних перегородках та на даху найбшьш! напруження досягають 76,7 МПа. Корозшне пошкодження призвело до зростання найбшьших напружень на 38,7 %.
Для зменшення р!вшв напружень запропо-новано виконати модершзащю, тобто провести змщнення конструкци, яке буде сприяти змен-шенню р!вшв найбшьших напружень. Щд час посилення несучих конструкцш було розгляну-то декшька вар1ант1в. Один з вар1ант1в модершзаци наведено на рис. 14. На рис. 15 наведено результати розрахунюв з врахуванням шдси-лення несучих конструкцш б1чно! стшки. Найбшьш! напруження в цьому випадку досягають 21,7 МПа.
Рис. 16. Шдсилення б1чно! балки (щдсилююч! ребра видшено свгглим кольором)
Користуючись методикою та програмним комплексом твердотшьного моделювання, було створено модел! фрагмент конструкцш кузовно! частини в зош розташування вузла передач! тягового зусилля. Вигляд ще! модел! та скшченно-елементна розрахункова схема наведено на рис. 17. а ■ ■ б
Рис. 17. Модель (а) та скшченно-елементна розрахункова схема (б) фрагмента конструкци кузова головного вагона в мющ розташування вузла передач! тягового зусилля
Розрахункова скшченно-елементна схема для видшеного фрагмента конструкци у базовому вар1ант1 складаеться з 229 117 сюнченних елеменпв та мае 436 179 вузл1в.
Пщ час проведення розрахунюв з визначен-ня р!вшв напружень в елементах несучих конструкцш кузова та у вузл1 передач! тягового зусилля моделювався режим тяги. В цьому випадку до вузла передач! тягового зусилля вщ балки центрального шдвшування моторного в!зка до кронштейну кузова головного вагона при-кладалися згинальш моменти, що д!ють у горизонтально та вертикальн!й площинах, а також поздовжне тягове зусилля, як! були зареестро-ван! у дослщнш по!здщ. Ц! величини дор!вню-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
вали Мг = 0,65 кНм, МВ = 0,66 кНм, FT = 42 кН.
На рис. 18 наведено поле розподшу напру-жень для анал1зованого фрагмента конструкцн у базовому вар1анп, тобто у вар1анп виготов-лення пщприемства виробника.
На рис. 20 наведено поле розподшу напру-жень при варiанri пiдсилення накладкою фрагмента конструкцн.
Рис. 18. Поле розподшу напружень в зош передач! тягового зусилля у базовому вар1анп конструкцп
Виходячи з аналiзу результатiв (рис. 18) ба-чимо, що в мющ примикання поперечного шве-лера до поздовжньо! балки напруження дорiв-нюють 85 МПа. В мющ приеднання опорно! частини кронштейна до поздовжньо! балки напруження дорiвнюють 77 МПа, а в мющ переходу нахилено! частини бiчно! поверхш кронштейну до його опорно! частини напруження досягають 90 МПа (це мюце е концентратором напружень).
З метою покращення напружено-деформо-ваного стану було розглянуто декшька варiан-тiв пiдсилення несучих конструкцш
На рис. 19 наведено модель фрагмента конструкцп з тдсиленням !! накладкою, яка встано-влюеться на верхнiй поличцi поздовжньо! балки з шириною в межах технологи заварювання та ширини полички швелера.
Рис. 20. Поле розподшу напружень у вар1анп пщсилення накладкою
Виходячи з аналiзу результат (рис. 20) при варiантi шдсилення накладкою в мiсцi прими-кання поперечного швелера до поздовжньо! балки, напруження дорiвнюють 66 МПа. В мю-цi приеднання опорно! частини кронштейна до поздовжньо! балки напруження дорiвнюють 66 МПа, а в мющ переходу нахилено! частини бiчно! поверхш кронштейна до його опорно! частини напруження досягають 80 МПа.
На рис. 21 наведено модель та !! скшченно-елементна розрахункова схема фрагмента конструкцп з варiантом шдсилювання, в якому до-датково до накладки на верхнш поличщ поздовжньо! балки пропонуеться встановити двi пла-стини кутниково! форми. Ця схема складаеться з 234 548 елеменпв та з 444 394 вузлiв. а | , б
Рис. 19. Шдсилення накладкою
В цьому випадку розрахункова скшченно-елементна схема складаеться з 231 382 скшче-них елеменпв та мае 439 704 вузл1в.
Рис. 21. Пщсилення накладкою та пластинами кутниково!' форми:
а - модель, б - скшченно-елементна розрахункова схема
На рис. 22 наведено поле розподшу напружень, яке отримано пщ час числового моделю-вання навантаженосп вказаного фрагмента конструкцп при руховi дизель-по!зда в режимi тяги, в якш при пщсилюванш додатково до накладки на верхнш поличщ поздовжньо! балки пропонуеться встановити двi пластини кутниково! форми та накладку на верхнш поличщ у вузлi приеднання поперечного швелера до поздовжньо! балки.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету затзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
ТШ5 А
Рис. 22. Поле розпод1лу напружень при шдсиленш накладкою поздовжньо! балки та поперечного шве-лера у м1сщ його приеднання до поздовжньо! балки
В такому варiантi шдсилення виявлено, що у мющ приеднання поперечного швелера напруження зменшилися до 38 МПа, а нижче накладки швелера на поздовжнш балщ напруження дорiвнюють 56-66 МПа.
У випадку додаткового шдсилення цього варiанта модершзацп шляхом установлювання накладок на бiчнiй стiнцi поздовжньо! балки у вище вказаних мiсцях напруження дорiвню-ють 33 МПа та 33-40 МПа вщповщно.
Наукова новизна та практична значимють
Пщ час проведення дослщжень:
- визначено за допомогою вимiрювальних пристро!в та розроблено! методики в умовах експлуатацп дизель-по!здiв ДР1А зусилля, яю передаються до кузова головного вагона вщ вузлiв спирання кузова на моторш вiзки, а та-кож зусилля та моменти, що передаються до кузова вагона вщ надресорно! балки моторного вiзка;
- з метою покращення показникiв мiцностi бiчних стшок кузова головного вагона, в яких максимальне корозiйне пошкодження призво-дить до зростання найбiльших напружень на 38,7 %, запропоновано варiант модершзацп шляхом установлення додаткового кутника, що надае можливiсть зменшити найбiльшi напруження на 25,7 %;
- отримано напружено-деформований стан базового варiанта конструкцп та визначеш най-бiльшi напруження, що створюються у мющ примикання поперечного швелера до поздовж-ньо! балки та дорiвнюють 73-75 МПа. В мiсцi приеднання опорно! частини кронштейна до поздовжньо! балки напруження дорiвнюють
73-75 МПа, а в мющ переходу нахилено! частини 6Î4HOÏ поверхш кронштейна до його опорно! частини напруження досягають 104 МПа (це мюце е концентратором напружень);
- виконаш розрахунки варiанта пщсилення несучих конструкцш кузова в мющ передачi тягового зусилля вщ моторного вiзка, в якому встановлюються двi пластини кутниково! форми i накладка на верхнш поличщ у вузлi приеднання поперечного швелера до поздовжньо! балки, а також накладки на !! бiчну стшку. За цим варiантом пiдсилювання в результат аналiзу розрахункiв виявлено, що у мющ при-еднання поперечного швелера напруження зме-ншилися до 38 МПа та до 33 МПа, а нижче накладки швелера на поздовжнш балщ напруження дорiвнюють 56-66 МПа та 33-40 МПа вщповщно.
Таким чином, запропоноваш варiанти модершзацп несучих конструкцш кузова головного вагона дизель-по!зда ДР1А сприяють суттевому покращенню напруженого стану його несучих конструкцiй.
Розробленi варiанти модернiзацiï та техшч-не ршення щодо !х впровадження надано спе-цiалiстам Укрзалiзницi. Впровадження цих мо-дернiзацiй буде сприяти подовженню термiну експлуатацп' та забезпеченню перевезень паса-жирiв на неелектрифiкованих дiльницях залiз-ниць Укра!ни до моменту замши таких дизель-поïздiв на новi одиницi моторвагонного рухо-мого складу.
Висновки
На пiдставi отриманих результат досл> джень можна зробити таю висновки:
- з метою забезпечення безпечно! експлуатацп несучих конструкцш головних вагошв ди-зель-поïздiв ДР1А в межах подовженого терм> ну експлуатацп необхiдно пiд час проведення ПР3 або КР виконувати пщсилення бiчних ст> нок за схемами, наведеними на рис. 14, 16 та вузлiв передачi тягового зусилля за схемою (рис. 21);
- впровадження заходiв модершзацп основ-них несучих конструкцш кузова та вузлiв пере-дачi тягового зусилля пщ час виконання ремон-тiв у об'емi ПР3 або КР буде сприяти покра-щенню показникiв мщност та стану безпеки руху дизель-по!здв зазначено! серп.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Бондарев, О. М. Експериментально-теоретична оцшка показнишв мщносп балок центрального пвдвшування дизель-по!здв ДР1А / О. М. Бондарев, Д. О. Ягода, В. М. Скобленко // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. -Д., 2011. - Вип. 37. - С. 7-19.
2. Горобець, В. Л. Анал1з експлуатацшно!' нароб-ки несучих конструкцш рухомого складу в задачах продовження терм1ну його експлуатацп / В. Л. Горобець, О. М. Бондарев, В. М. Скоб-ленко // Вюн. Дшпропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. - Д., 2010. - Вип. 35. - С. 10-16.
3. Дащенко, А. Ф. А№У8 в задачах инженерной механики : монография / А. Ф. Дащенко, Д. В. Лазарева, Н. Г. Сурьянинов. - Одесса : «Астропринт», 2007. - 488 с.
4. Дизель-поезда. Устройство, ремонт, эксплуатация / Б. М. Лернер, Н. П. Ковалев, В. П. Лебедев, А. А. Курятников. - М. : Транспорт, 1982. - 279 с.
5. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. - М. : Мир, 1975. - 542 с.
6. Михайленко, А. А. Дизель-поезда типа ДР А. А. Михайленко. - М. : Транспорт, 1990. -337 с.
7. Нормы расчета и оценки прочности несущих элементов и динамических качеств экипажной части мотор-вагонного подвижного состава
®eœ3Hbix gopor MnC P® Kogeu 1520 mm. -M. : BHHKKT P®, 1997. - 147 c.
8. noTeMKHH, A. TBepgoTegbHoe MogegupoBaHue b CHCTeMe KOMnAC - 3D (+ CD - ROM) / A. noTeMKHH. - Cn6. : EXB neTep6ypr, 2004. -512 c.
9. PaKOB, B. A. .okomothbm h MOTop-BaroHHbiH nogBH^HOH cocTaB ®ege3Hbix gopor CoBeTCKoro CoM3a (1976-1985 rr.) / B. A. PaKoB. - M. : TpaHcnopT, 1990. - 238 c.
10. Po3po6Ka peKoMeHga^ü no mgBH^eHHM Te-pMiHy eKcngyaTa^ï groegb-noïSgiB ,3,1, flP1 Ha nigcTaB npoBegeHHH eKcnepuMeHTagbHo-aHaniTHHHHx po6iT», № flP 0199U000049. -,HinponeTpoBcbK, 1999. - 157 c.
11. Boyer, Howard E. Metals Handbook, 8th Edition. Volume 10 : Failure Analysis and Prevention. Fatigue Failures / Howard E. Boyer. - American Society for Metals, Metals Park, OH. - 1975. -604 p.
12. Effect of size and frequency on fatigue properties of SM50B butt welded joint / S. Yoshida, N. Inna-gaki, M. Kanao et al. // J. Welding Soc., 1978. -№ 9. - P. 5-10.
13. Fatigue crack growth behaviours at the toe of fillet welded joints under plane bending load / Y. Mitsui, Y. Kurobane, K. Harada et al. // J. Japan Welding Soc. - 1983. - № 3. - P. 58-65.
А. М. БОНДАРЕВ1*, В. Л. ГОРОБЕЦ1, Д. А. ЯГОДА1, А. А. БОНДАРЕВ2
1 Каф «Строительная механика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел./факс +38 (056) 793 19 08, эл. почта [email protected]
*Каф «Строительная механика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел./факс +38 (056) 793 19 08 Государственная администрация железнодорожного транспорта Украши, ул. Тверская, 5, Киев, Украина, 49150, эл. почта [email protected]
РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО УЛУЧШЕНИЮ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЧНОСТИ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ГОЛОВНЫХ ВАГОНОВ ДИЗЕЛЬ-ПОЕЗДОВ ДР1А НА ОСНОВАНИИ ВЫПОЛНЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАБОТ
Цель. Целью работы является определение напряженно-деформированного состояния несущих конструкций кузова головного вагона и узла передачи тягового усилия, которые могут создаваться в нештатных ситуациях во время эксплуатации. Необходимой является также разработка мероприятий, направленных на улучшение напряженно-деформированного состояния указанных элементов. Методика. Для достижения поставленной цели при выполнении работы было проведено экспериментальное определение усилий и уровней напряжений в наиболее нагруженных элементах несущих конструкций, а также в узлах передачи тяги. Разработаны расчетные модели для проведения теоретического определения уровней напряжений и усилий. Результаты. На основании анализа полученных результатов расчетов выявлены наилучшие варианты модернизации, которые были заложены в основу предложений, направленных на улучшение показателей прочности.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
Научная новизна. На основании экспериментальных и теоретических исследований выполнено научное сопровождение работ по разработке мероприятий модернизации и улучшению показателей прочности несущих конструкций головных вагонов дизелей-поездов ДР1А. Практическая значимость. Разработано техническое решение с мероприятиями, которые должны выполняться во время эксплуатации дизель-поездов указанной серии. Техническое решение предоставлено специалистам Укрзализныци для ознакомления и внедрения предложенных мероприятий по улучшению показателей прочности.
Ключевые слова: кузовы вагонов; головные вагоны; расчетные модели; теоретические расчеты; дизель-поезда ДР1А; моторные тележки; показатели прочности
0. М. BONDAREV1*, V. L. GOROBETS1, D. O. YAGODA1, О. O. BONDAREV2
1 Dep. «Structural Mechanics», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician
V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel./fax +38 (056) 793 19 08, e-mail [email protected] 'Dep. «Structural Mechanics», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel./fax +38 (056) 793 19 08
2 The State Administration of Railway Transport of Ukraine, Tverska St., 5, Kyiv, Ukraine, 49150, e-mail [email protected]
DEVELOPING MEASURES TO IMPROVE STRENGTH INDICES OF SUPPORTING STRUCTURES FOR HEAD CARS OF DIESEL TRAINS DR1A ON THE BASIS OF EXPERIMENTAL-AND-THEORETICAL WORKS
Purpose. The objective is to determine the stress-strain state of supporting structures of the head car body and the traction transmission unit, which can be created in the operation of emergency situations, and to develop the measures aimed at improving the stress-strain state of these elements. Methodology. In order to achieve this objective, in performing the work an experimental determination of efforts and stress levels in the most loaded elements of supporting structures as well as the traction transmission units was conducted; design models for the theoretical determination of stress and effort levels were developed. Findings. Based on the analysis of the calculation results the best options for the upgrades, which have been put into the basis of proposals aimed at improving the strength indices, were revealed. Originality. Based on the experimental and theoretical studies, scientific monitoring of development works on modernization and improvement of strength indices of supporting structures of head cars of diesel trains DR1A was performed. Practical value. The technical solution to the measures, which are to be carried out beyond the limits of assigned operation lifetime for diesel train of the series specified was developed and transferred to the Ukrzaliznytsia experts to introduce the proposed measures on improving the strength indices.
Keywords: bodies of cars; head cars; calculation models; theoretical calculations; diesel trains DR1A; motor bogies; strength indices
REFERENCES
1. Bondarev O.M., Yagoda D.O., Skoblenko V.M. Eksperymentalno-teoretychna otsinka pokaznykiv mitsnosti balok tsentralnoho pidvishuvannia dyzel-poizdiv DR1A [Experimental-and-theoretical evaluation of strength indices of the central suspension beams of diesel trains]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho univer-sytetu zaliznychnoho transportu [Bulletin of Dniproperovsk National University of Railway Transport], 2011, issue 37, pp. 7-19.
2. Gorobets V.L., Bondarev O.M., Skoblenko V.M. Analiz ekspluatatsiinoi narobky nesuchykh konstruktsii ruk-homoho skladu v zadachakh prodovzhennia terminu yoho ekspluatatsii [Analysis of accrued operating time of supporting structures of rolling stock in problems of prolongation its operation life]. Visnyk Dnipropet-rovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu [Bulletin of Dniproperovsk National University of Railway Transport], 2010, issue 35, pp. 10-16.
3. Dashchenko A.F., Lazareva D.V., Suryaninov N. G. ANSYS v zadachakh inzhenernoy mekhaniki [ANSYS in problems of engineering mechanics]. Odessa, Astroprint Publ., 2007. 488 p.
4. Lerner B.M., Kovalev N.P., Lebedev V.P., Kuryatnikov A.A. Dizel - poyezda. Ustroystvo, remont, eksplua-tatsiya [Diesel trains. Installation, repair, operation]. Moscow, Transport Publ., 1982. 279 p.
5. Zenkevich O.M. Metod konechnykh elementov v tekhnike [Finite elements method in engineering]. Moscow, Mir Publ., 1975. 542 p.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
6. Mikhaylenko A.A. Dizel-poyezda tipa DR A [Diesel trains of type DR]. Moscow, Transport Publ., 1990. 337 p.
7. Normy rashcheta i otsenki prochnosti nesushchikh elementov i dinamicheskikh kachestv ekipazhnoy chasti motorvagonnogo podvyzhnogo sostava zheleznykh dorog MPS RF kolei 1520 mm [Norms for calculating and assessing the strength of bearing elements and dynamic qualities of the motor-car-wagon rolling stock of Railways of the MPS, Russian Federation of track gauge 1,520 mm]. Moscow, VNIIZhT Publ., 1997. 147 p.
8. Potemkin A. Tverdotelnoye modelirovaniye v sisteme KOMPAS-3D (+CD-ROM) [Solid modeling in KOMPAS-3D]. Saint Petersburg, BKhV-Peterburg Publ., 2004. 512 p.
9. Rakov V.A. Lokomotivy i motor-vagonnyy podvizhnoy sostav zheleznykh dorog Sovetskogo Soyuza (19761985 gg.) [Locomotives and motor-car rolling stock of the Soviet Union railways (1976-1985)]. Moscow, Transport Publ., 1990. 238 p.
10. Rozrobka rekomendatsii po pidvyshchenniu terminu ekspluatatsii dyzel-poizdiv D1, DR1 na pidstavi prove-dennia eksperymentalno-analitychnykh robit», № DR 0199U000049 [Development of recommendations to improve the operation life of diesel trains D1, DR1 on the basis of experimental and analytical work, No. DR 0199U000049]. Dnipropetrovsk, 1999. 157 p.
11. Boyer Howard E. Metals Handbook, 8th edition. Volume 10: Failure Analysis and Prevention. Fatigue Failures. American Society for Metals Publ., 1975. 604 p.
12. Yoshida S., Innagaki N., Kanao M. Effect of size and frequency on fatigue properties of SM50B butt welded jointo. Journal Welding Society, 1978, no. 9, pp. 5-10.
13. Mitsui Y., Kurobane Y., Harada K., Konomi M. Fatigue crack growth behaviours at the toe of fillet welded joints under plane bending load. / Journal of the Japan Welding Society, 1983, no. 3, pp. 58-65.
Статтярекомендована до публ1кацИ'к.т.н., доц. А. Л. Пулар1ею (Украгна); к.т.н, доц. О. Д. Жаков-
ським (Украгна)
Надшшла до редколегп 15.09.2012
Прийнята до друку 28.11.2013
