Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 2 августа, печатный экземпляр отправим 6 августа
Опубликовать статью

Молодой учёный

Оценка прочности центрального подвешивания тележки пассажирского вагона

Технические науки
08.02.2023
96
Поделиться
Библиографическое описание
Оценка прочности центрального подвешивания тележки пассажирского вагона / М. Б. Балтаев, Ф. С. Галимова, Г. Э. Ярматов [и др.]. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2023. — № 6 (453). — С. 21-25. — URL: https://moluch.ru/archive/453/99844/.


В данной работе представлены результаты оценки прочности центрального подвешивания тележки пассажирского вагона. Прочность центрального подвешивания тележки оценивалась при трех расчетных режимах. Расчет производился методом конечных элементов с использованием инженерного программного продукта. Для расчета была создана конечно-элементная модель центрального подвешивания пассажирской тележки. В результате проведенного расчета на прочность центрального подвешивания пассажирской тележки установлено, что прочность при всех расчетных режимах удовлетворяет требованиям норм.

Ключевые слова: прочность, оценка, тележка, вагон, центральное подвешивание, расчет, режим, метод конечных элементов, нагрузка, соударение, деформацияцентральное подвешивание, пружина.

Вагонная тележка — основной элемент ходовой части вагона, представляет собой поворотное устройство, на которое опирается кузов вагона [1]. Рессорное подвешивание является одним из основных узлов вагонной тележки, который предназначен для смягчения ударов и уменьшения амплитуды колебаний, передающихся от колёсных пар через буксы на раму.

Для оценки прочности центрального подвешивания тележки модели 68–908 пассажирского вагона [2–9], был произведен расчет в соответствии с требованиями [10]. Прочность центрального подвешивания тележки оценивается при трех расчетных режимах. Исходные данные для расчета центрального подвешивания тележки приведены в таблице 1.

Таблица 1

Исходные данные для расчета центрального подвешивания тележки пассажирского вагона

Наименование параметра

Величина

Масса тележки, т

7,45

Расстояние от ЦТ загруженного кузова до оси автосцепок, м

1,1

Масса вагона брутто (максимальная), т

72

Масса загруженного кузова вагона (максимальная), т

57,5

База вагона, м

17

Конструкционная скорость, км/ч

160

Материал и допускаемые напряжения центрального подвешивания тележки пассажирского вагона, принимались в соответствии с [10].

Расчет производился методом конечных элементов с использованием современных программных продуктов — SolidWorks [11–13]. Для расчета была создана конечно-элементная модель центрального подвешивания пассажирской тележки. Элементы центрального подвешивания имитировались объемными параболическими конечными элементами типа тетраэдр с тремя степенями свободы в каждом узле (три перемещения).

В модели имитировались нижние опорные поверхности рессорных комплектов центрального подвешивания. Модель фиксировалась от перемещений по нижним плоскостям рамок. Общий вид и вид конечно-элементной модели центрального подвешивания пассажирской тележки показаны на рис. 1. Вид приложения кинематических и силовых граничных условий, приложенных к модели центрального подвешивания тележки при трех расчетных режимах, представлен на рис. 2.

Общий вид расчетной модели (а) и конечно-элементной модели (б) центрального подвешивания пассажирской тележки

Рис. 1. Общий вид расчетной модели ( а ) и конечно-элементной модели ( б ) центрального подвешивания пассажирской тележки

Общий вид приложения кинематических и силовых граничных условий к модели центрального подвешивания пассажирской тележки при первом (а), втором (а) и третьем (б) расчетных режимах

Рис. 2. Общий вид приложения кинематических и силовых граничных условий к модели центрального подвешивания пассажирской тележки при первом ( а ), втором ( а ) и третьем ( б ) расчетных режимах

При расчете по первому расчетному режиму принималось следующее сочетание нагрузок, действующих на центральное подвешивание тележки пассажирского вагона:

– сила тяжести брутто, складывающаяся из собственного веса кузова, веса установленного на кузове оборудования и веса пассажиров с багажом;

– вес надрессорной балки и пружин центрального подвешивания, а также дополнительная вертикальная сила, определяемая по формуле (1);

– продольное ускорение, определяемое по формуле (2).

Дополнительная вертикальная сила определялась по формуле:

, (1)

где N — продольная расчетная сила, принимаемая согласно [10] для первого расчетного режима 2,5 МН, для второго — 1,5 МН, для третьего — 1 МН;

h k — расстояние от центра тяжести загруженного кузова до оси автосцепки;

2l — база вагона; Q k — масса загруженного вагона; Q бр — масса вагона брутто.

Продольное ускорение определялось по формуле:

, (2)

где m бр — масса вагона брутто.

При расчете по второму расчетному режиму принимается следующее сочетание нагрузок, действующих на центральное подвешивание тележки пассажирского вагона:

– сила тяжести от тары вагона, а также дополнительная вертикальная сила, определяемая по формуле (1);

– продольное ускорение, определяемое по формуле (2).

При расчете по третьему расчетному режиму принимается следующее сочетание нагрузок, действующих на центральное подвешивание тележки пассажирского вагона:

– сила тяжести брутто, складывающаяся из собственного веса кузова, веса установленного на кузове оборудования и веса пассажиров с багажом; веса надрессорной балки и пружин центрального подвешивания, а также дополнительной вертикальной силы, определяемой по формуле (1);

– вертикальная динамическая нагрузка;

– продольное ускорение, определяемое по формуле (2);

– боковая сила, возникающая при движении вагона в кривых участках пути, принимаемая согласно [10] 10 % от силы тяжести брутто.

Коэффициент вертикальной динамики К дв в соответствии с [10] определялся по формуле:

, (3)

где — среднее вероятное значение коэффициента вертикальной динамики; — параметр распределения, согласно [10] принимается равным β = 1; — доверительная вероятность.

В результате расчета были получены эквивалентные напряжения, возникающие в элементах центрального подвешивания пассажирской тележки при первом, втором и третьем расчетных режимах. Значения величин, полученных по расчетным формулам, приведены в таблице 2.

Таблица 2

Значения величин, полученных по расчетным формулам

Величина

I

режим

II

режим

III

режим

Вертикальная сила, Н

102806,1

98127,6

111844,2

Боковая сила, Н

28204

Ускорение, приложенное к центральному подвешиванию тележки, м/с 2

по оси Y

по оси Z

по оси X

9,81

34,72

11,97

22,39

13,05

0,981

13,89

Оценка прочности в соответствии с [10] производилась по эквивалентным напряжениям, вычисляемым по теории Мизеса. Эквивалентные напряжения, по теории Мизеса, возникающие в центральном подвешивании пассажирской тележки при первом, втором и третьем расчетным режимам, приведены в таблице 3.

Таблица 3

Максимальные эквивалентные напряжения, возникающие в элементах центрального подвешивания

Наименование элемента

Максимальные напряжения, МПа

Допускаемые напряжения, МПа

I расчетный режим

Нижняя часть серьги

220

225

Опорный лист поддона

195

276

II расчетный режим

Нижняя часть серьги

208

225

Опорный лист поддона

127

276

III расчетный режим

Нижняя часть серьги

150

155

Опорный лист поддона

145

180

Поля распределения эквивалентных напряжений в элементах центрального подвешивания пассажирской тележки при первом, втором и третьем расчетных режимах приведены на рис. 3–4.

Поля распределения эквивалентных напряжений в элементах центрального подвешивания (серьга) пассажирской тележки при первом (а) и втором (б) расчетных режимах, Па

Рис. 3. Поля распределения эквивалентных напряжений в элементах центрального подвешивания (серьга) пассажирской тележки при первом ( а ) и втором ( б ) расчетных режимах, Па

Поля распределения эквивалентных напряжений в элементах центрального подвешивания пассажирской тележки при первом (а), втором (б) и третьем (в) расчетных режимах, Па

Рис. 4. Поля распределения эквивалентных напряжений в элементах центрального подвешивания пассажирской тележки при первом ( а ), втором ( б ) и третьем ( в ) расчетных режимах, Па

В результате проведенного расчета на прочность центрального подвешивания пассажирской тележки установлено, что прочность при всех расчетных режимах удовлетворяет требованиям норм [10]. При этом получены следующие результаты: при первом расчетном режиме максимальные эквивалентные напряжения составляют: 220 МПа (97,78 % от допускаемых); при втором расчетном режиме максимальные эквивалентные напряжения составляют 208 МПа (92,44 %); при третьем расчетном режиме максимальные эквивалентные напряжения составляют 172 МПа (95,56 %).

Литература:

  1. Рахимов Р. В. Ходовые части вагонов. Учебное пособие. — Ташкент: Узбекистан, 2018. — 200 с.
  2. Рахимов Р. В. Новые тележки для пассажирских вагонов производства Ташкентского завода по строительству и ремонту пассажирских вагонов / Р. В. Рахимов, С. В. Хохлов // Известия ПГУПС. — 2010. — № 3. — С. 157–165.
  3. Рахимов Р. В. Совершенствование конструкции пассажирской тележки с люлечным подвешиванием модели 68–909 и 68–908 / Р. В. Рахимов, С. В. Хохлов // Материалы VI Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты». — СПб.: ПГУПС, 2009. — С. 204–205.
  4. Миноваров Р. М. Пассажирские вагоны постройки Республики Узбекистан / Р. М. Миноваров, Р. В. Рахимов // Вестник ТашИИТ. — Ташкент, 2009. — № 3–4. — C. 40–45.
  5. Бороненко Ю. П. Оценка потребности в новых пассажирских вагонах для железных дорог Узбекистана и основные направления их совершенствования / Ю. П. Бороненко, Р. В. Рахимов // Вестник ТашИИТ. — Ташкент, 2009. — № 2. — С. 88–91.
  6. Рахимов Р. В. Разработка нового пассажирского вагона для железных дорог Узбекистана / Р. В. Рахимов // Материалы VI Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты». — СПб.: ПГУПС, 2009. — С. 150–153.
  7. Рахимов Р. В. Первый узбекский пассажирский вагон дальнего следования / Р. В. Рахимов // Тяжелое машиностроение. — 2010. — № 6. — С. 34–35.
  8. Рахимов Р. В. Новый пассажирский вагон купейного типа для железных дорог Узбекистана / Р. В. Рахимов // Известия ПГУПС. — 2010. — № 2. — С. 286–295.
  9. Рахимов Р. В. Оценка ходовых качеств нового пассажирского вагона модели 61–920 производства Республики Узбекистан / Р. В. Рахимов // Проблемы механики. — 2015. — № 2. — С. 53–56.
  10. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизированных вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). — Введ. 01.10.1984. — М.: ВНИИВ-ВНИИЖТ, 1983. — 260 с.
  11. Рахимов Р. В. “Ўзбекистон темир йўллари” АЖ корхоналарида янги вагонларни қуришда рақамли прототип технологиясини тадбиқ этиш / Р. В. Рахимов, Д. Н. Заирова, Ф. С. Галимова // Вестник ТашИИТ. — 2015. — № 3/4. — С. 54–60.
  12. Ергашев З. З. Внедрение цифрового прототипа на вагоностроительные предприятия Узбекистана / З. З. Ергашев, Р. В. Рахимов, Ф. С. Галимова // Вестник ТашИИТ. — 2014. — № 2/3. — С. 43–46.
  13. Raximov R. V. Introduction of modern technologies in the enterprise SJSRC “O’zbekiston temir yo’llari” / R. V. Raximov, F. S. Galimova // Bulletin of Tashkent State Technical University. — 2015. — No 3. — P. 159–164.
Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Ключевые слова
прочность
оценка
тележка
вагон
центральное подвешивание
расчет
режим
метод конечных элементов
нагрузка
соударение
деформация центральное подвешивание
пружина
Молодой учёный №6 (453) февраль 2023 г.
Скачать часть журнала с этой статьей(стр. 21-25):
Часть 1 (стр. 1-65)
Расположение в файле:
стр. 1стр. 21-25стр. 65

Молодой учёный