Влияние профилей колес локомотива на динамические показатели

Объект исследования: профиль локомотивных колес.

Результаты, полученные лично автором: выполнен обзор локомотивных профилей колес отечественного и зарубежного производства. Дан анализ профилей колес и возможность их применения на локомотивах различного назначения.

В настоящее время на железных дорогах России продолжаются поиски более совершенных методов снижения интенсивности износа колесных пар подвижного состава. Проблема превратилась в одну из основных общесетевых, в значительной мере влияющих на рост расходов предприятий и дорог в целом.

В данной работе были рассмотрены два профиля. Это профиль ДМеТИ и профиль ГОСТ (конический). Принципиальный отличием этих двух профилей является то, что профиль ДМеТИ – это профиль одноточечного контакта колеса с рельсом, а ГОСТ - двухточечный. Основываясь на результатах проведенных численных опытов, выполненных средствами программного комплекса «Универсальный механизм» в БГТУ можно сделать следующие выводы.

Применение профиля ДМетИ вместо конического позволяет в целом снизить боковое воздействие на рельсошпальную решетку (рамные силы) при движении в прямых и кривых участках пути. Исключение составляет лишь движение по прямым со скоростями свыше 60 км/ч и при некоторых режимах движения в кривой радиусом 600м на малых скоростях. Однако во всех рассмотренных случаях максимальные значения рамных сил не превышали нормативных значений 0,4*Qст=0,4*210 =82 кН.

Уровень действующих боковых сил и интенсивность износа профилей колес у экипажа с профилями колес типа ДМетИ существенно ниже, чем у экипажа с коническими профилями во всех рассмотренных режимах движения тепловоза. Так для наиболее вероятных в эксплуатации режимов движения по кривым радиусами от 200 м и более, эффект по интенсивности износа от применения профилей в начальный период эксплуатации колес составляет 40% и более.

Снижение работы сил трения приводит не только к продлению срока службы профилей колес и рельсов, но и к экономии топлива за счет снижения сопротивления движению.

Материал поступил в редколлегию 25.04.2017

УДК 629.463.1

Н.А. Редя

Научный руководитель: заведующий кафедрой «Подвижной состав железных дорог», к.т.н. Д.Я. Антипин

nik.redya@yandex.ru

Обоснование рациональной конструкции кузова вагона бункерного типа

Объект исследования: несущая конструкция кузова ваг она бункерного типа.

Результаты, полученные лично автором: выполнено обоснование конструкции кузова вагона бункерного типа с несущими элементами, изготовленными из алюминиевых сплавов.

Предложена оригинальная несущая конструкция кузова вагона-хоппера для перевозки минеральных удобрений с алюминиевыми стенами и крышей и стальной рамой. В качестве аналога для разработки несущей конструкции кузова был принят вагон-хоппер модели T6350 производства American Railcar Industries, Inc. Соединение стальной рамы с алюминиевыми элементами кузова осуществляется за счет применения биметаллических пластин.

Обоснование несущей конструкции осуществляется путем оценки ее соответствия требованиям с точки зрения прочности. Анализа напряженно-деформированного состояния несущей конструкции кузова вагона выполнен с использованием детализированной пластинчатой конечно-элементной модели.

Модель представляет собой пространственную пластинчатую расчетную схему, образованную трех- и четырехузловыми изотропными пластинчатыми элементами типа Plate, учитывающими все внутренние силовые факторы (мембранные, сдвиговые, поперечные и изгибные) и позволяющими моделировать пластины значительной толщины. Общее количество пластинчатых элементов со средним размером 50×50 мм составило 182 тыс. Толстостенные литые элементы кузова вагона (пятник, передний упор, объединенный с розеткой автосцепки, и задний упор) смоделированы 60 тыс. четырех-, пяти- и шестигранными пространственными объемными элементами типа Solid. Взаимодействие объемных элементов с пластинчатой конечно-элементной схемой осуществлялось путем введения в соответствующие узлы конечно-элементной модели, находящиеся в зонах взаимодействия объемных и пластинчатых элементов, специальных абсолютно жестких стержневых элементов типа Rigid.

Разработка конечно-элементной модели кузова осуществлялась на основе трехмерной твердотельной модели несущей конструкции вагона и комплекта конструкторской документации в среде промышленного программного комплекса, реализующего метод конечных элементов, –Siemens PLM Software Femap.

Конечные элементы схемы объединены в 137 тыс. узлах, число степеней свободы конечно-элементной модели составляет 818,5 тыс. (рис. 1).

Рис. 1. Пластинчатая конечно-элементная модель несущей конструкции кузова вагона-хоппера

Оценка прочности кузова производилась в соответствии с расчетными режимами и нагрузками согласно «Нормам…».

Квазистатическая продольная нагрузка растяжения или сжатия в соответствии с рекомендациями «Норм…» прикладывается к ударным поверхностям переднего или заднего упоров по обоим концам кузова при одинаковом уровне осей автосцепок взаимодействующих вагонов.

Квазистатическая продольная нагрузка сжатия Р_пр=-2,5 МН по первому расчётному режиму прикладывается к узлам расчетной модели кузова, соответствующим ударным поверхностям задних упоров автосцепки по обоим концам кузова.

При продольной сжимающей силе по третьему расчетному режиму Р_пр = - 1,0 МН величины соответствующих узловых продольных нагрузок по первому расчетному режиму умножаются на коэффициент 0,4.

Квазистатическая продольная нагрузка растяжения Р_пр=+2,0 МН по первому расчетному режиму прикладывается к узлам расчетной модели кузова, соответствующим ударным поверхностям передних упоров автосцепки по обоим концам кузова.

При продольной растягивающей силе по третьему режиму Р_пр=+1,0 МН величины соответствующих узловых продольных нагрузок по I режиму умножаются на коэффициент 0,5.

В результате расчета прочности кузова получены данные о распределении эквивалентных напряжений в несущих элементах конструкции кузова вагона по сочетаниям основных нормативных нагрузок, приведенным в таблицах 1 и 2.

Прогиб обвязки рамы в средней части кузова от вертикальной нагрузки брутто составляет f = 3,7 мм.

Оценка соответствия конструкции кузова требованиям «Норм…» проводилась путем сравнения максимальных расчетных эквивалентных напряжений в несущих элементах кузова, приведенных в таблицах 1 и 2, с допускаемыми напряжениями.

Проанализировав результаты, можно сделать вывод, что максимальные расчетные напряжения во всех несущих элементах кузова вагона не превышают напряжений, допускаемых «Нормами…».

Материал поступил в редколлегию 25.04.2017

УДК 629.4

М.С. Солупаев, П.А. Косоногов

Научный руководитель: доцент кафедры «Подвижной состав железных дорог», к.т.н. А.А. Лагутина

solupaev00@mail.ru