WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Для оценки возможности дальнейшего совершенствования тележки грузовых вагонов на следующем этапе был выполнен обзор модернизаций тележки модели 18-100. По результатам которого сделан вывод о том, что, не смотря на достаточно большое количество разработанных и внедренных модернизаций, тележка грузовых вагонов не в полной мере удовлетворяет современным требованиям предъявляемым к ходовым частям.

Исследование современного состояния неисправностей ходовых частей грузовых вагонов проводилось в два этапа. На первом этапе проведено исследование неисправностей тележек при поступлении в капитальный и деповской ремонт на ЗАО «Промтрактор – Вагон» и вагонное депо ВЧД-19 Октябрьской железной дороги. По результатам обследования было определено соотношение деталей, не требующих ремонта, замененных и отремонтированных, а так же определены средние сроки службы деталей, имеющих маркировку года изготовления (рисунок 1А).

А

Б

1 – колесные пары; 2 –буксовый узел; 3 –пружины; 4 – несоответствие зазоров скользуна; 5 – завышение клина; 6 –скользун; 7 – опорная прокладка буксового проема; 8 –надрессорная балка; 9 –клин гасителя колебаний; 10 –боковая рама

Рисунок 1 - Анализ современного состояния неисправностей ходовых частей грузового вагона.

А – Результаты исследования фактических сроков службы деталей тележки

Б – Прогноз отказов тележек модели 18-100 и 18-578 при одинаковом сроке службы

На втором этапе проанализирована ситуация с основными неисправностями ходовых частей в эксплуатации. Анализ выполнялся на основании данных Департамента вагонного хозяйства ОАО «РЖД» об отцепках вагонов в текущий ремонт, по причинам неисправностей тележек моделей 18-100 и 18-578. Для прогноза отказов тележек, при одинаковом сроке эксплуатации, была разработана методика интерполирования данных. При обработке данных были приняты следующие допущения. Средний возраст деталей тележки модели 18-100 был принят 16 лет, а средний возраст деталей тележки модели 18-578 был принят 2 года.

Вероятность безотказной работы литых деталей тележки модели 18-100, при среднем возрасте 16 лет находилась по формуле:

, (1)

где N0 – общее число изделий;

n(t) – число изделий, отказавших за время t;

Для внезапных отказов распределение вероятности безотказной работы имеет вид

(2)

где – интенсивность отказов во времени, =const для одного вида неисправности, при устойчивом статическом распределении внешних воздействий и характеристики качества изделия,

t – время.

В результате выполненной обработки данных получен прогноз количества отказов литых деталей тележек 18-578 и 18-100 при одинаковом сроке службы (рисунок 1Б). По результатам исследования определен перечень мероприятий для первоочередной модернизации: необходима разработка мер по снижению износов опорных соединений подсистем букса-боковая рама, надрессорная балка-клиновой гаситель колебаний; необходимо повышение качества изготовления боковой рамы тележки.

В третьей главе диссертации разработан алгоритм выбора и обоснования конструкторско-технологических мероприятий по повышению эксплуатационной надежности узлов тележек. На основании анализа работы опорных соединений тележки создана уточненная математическая модель, позволяющая исследовать влияние износов подсистем букса-боковая рама и фрикционный клин - надрессорная балка на динамические качества грузовых вагонов. Разработана методика и конечно-элементная расчетная модель боковой рамы тележки для обоснования технологических мероприятий, направленных на повышение качества изготовления.

Сформированный алгоритм имеет линейную структуру и позволяет выполнять совершенствование тележек грузовых вагонов и обоснование конструкторско-технологических мероприятий, направленных на увеличение эксплуатационной надежности узлов и деталей тележки, требующих первоочередной модернизации. Для реализации каждого из основных этапов алгоритма разработан комплекс прикладных методик и математических моделей.

Для создания уточненной параметризированной расчетной модели грузового вагона (рисунок 2 А), позволяющей оценивать влияние эксплуатационных зазоров в опорных соединениях тележки, была проанализирована работа таких подсистем, как опорное соединение пятник-подпятник-скользуны (рисунок 2 Б), опорное соединение боковых рам с буксовыми узлами (рисунок 2 В,Г) и соединение надрессорная балка – фрикционный клин – боковая рама (рисунок 2 Д).

Рисунок 2 – Уточненная расчетная схема грузового вагона для исследования динамических качеств вагона и обоснования геометрических параметров опорных соединений тележки.

А- Расчетная схема вагона. Б - Схема взаимодействия составных частей опорного соединения пятник – подпятник – скользуны. В, Г - Схема взаимодействия составных частей опорного соединения боковой рамы тележки 18-100 на буксовый узел. Г - Расчетная схема для оценки работы клинового гасителя в горизонтальном направлении.

Анализ работы перечисленных подсистем проводился в следующей последовательности: анализировалась кинематика движения элементов, затем рассматривались силовые взаимодействия деталей подсистем в различных плоскостях и наконец определялась степень влияния параметров подсистем на те или иные параметры ходовых качеств грузового вагона.

Разработанная модель в целом является традиционной, однако адаптирована для выявления зависимостей динамических качеств от величин зазоров в опорном соединении боковая рама-букса, а так же в рессорном подвешивании тележки. Модель позволяет имитировать неравномерность износов опорного соединения букса-боковая рама тележки, путем варьирования жесткостей в продольном и поперечном направлении, а так же путем введения нелинейных жесткостных характеристик при перемещении буксы колесной пары в горизонтальной плоскости.

На следующем этапе разработана прикладная методика оценки качества отливки деталей рамы тележки с использованием метода конечных элементов.

Рисунок 3 – Расчетная модель боковой рамы тележки для исследования температурных процессов и совершенствования технологии её изготовления.

А – расчетная модель. Б – Тип конечного элемента. В – Граничные условия. Г – свойства материала.

В рамках разработанной методики была выбрана тестовая модель с помощью которой выполнено обоснование и выбор параметров конечноэлементной модели (типы конечных элементов, их размер и регулярность сетки), сформирована расчетная модель боковой рамы тележки грузовых вагонов (рисунок 3).

При разработке модели использовались традиционные подходы метода конечных элементов, использующего следующие соотношения между напряжениями, деформациями и температурой:

(3)

где - матрица – столбец начальных деформаций; - матрица упругости; - матрица –столбец напряжений; - матрица – столбец деформаций.

Причем начальные деформации вследствие изменения температуры определялись по формуле:

(4)

где -коэффициент объемного расширения; - изменение температуры.

При формировании расчетной модели учитывалось изменение свойств материала в зависимости от температуры. В результате разработання модель позволяет производить выбор геометрических параметров деталей, а так же выполнять оценку изменения уровня термических напряжений вследствие изменения конфигурации отливки боковой рамы.

В четвертой главе диссертации выполнена апробация методики и алгоритма совершенствования тележек грузовых вагонов и разработанных расчетных моделей, на примере разработки мер по защите литых деталей тележки от износов, создании системы контроля размеров элементов тележки в эксплуатации и совершенствовании технологии изготовления боковой рамы.

При помощи разработанной математической модели грузового вагона путем численного моделирования произведена оценка влияния величины зазоров в опорном соединении букса-боковая рама и износов подсистемы надрессорная балка - фрикционный клин - боковая рама на ходовые качества. В результате исследования получены зависимости коэффициентов вертикальной и горизонтальной динамики в зоне пятника, углов виляния тележки, углов набегания колесной пары на рельс и величины рамных сил от скорости движения вагона, при различных величинах продольных и поперечных зазоров опорного соединения букса - боковая рама. Оценено влияние неравномерности износов, путем изменения упруго-демпфирующих свойств подсистемы букса - боковая рама, на критическую скорость движения вагона в прямом участке пути, а так же на величину рамной силы при прохождении вагоном кривой. Далее был проведен анализ влияния износов соединения надрессорная балка - фрикционный клин – боковая рама на коэффициент вертикальной динамики вагона и амплитуду забегания боковых рам тележки. Проведенные исследования показали, что износы в системах букса-боковая рама и надрессорная балка - фрикционный клин – боковая рама тележки существенно влияют на ходовые качества вагонов. Поэтому необходимо поддерживать параметры этих подсистем, которые во многом определяют ее ресурс, близкими к проектным значениям. Проведенные исследования позволили разработать вариант модернизации, повышающей ресурс в эксплуатации и ремонтопригодность при плановых видах ремонта тележки грузовых вагонов. В рамках модернизации тележки разработано конструктивное исполнение защитных элементов тележки грузовых вагонов.

На следующем этапе в результате теплового расчета с применением разработанной уточненной модели были выявлены зоны наиболее вероятного возникновения дефектов при изготовлении боковой рамы тележки грузовых вагонов, такими зонами являются: буксовый проем боковой рамы тележки по внутреннему радиусу 55 мм; нижний угол рессорного проема.

Рисунок 4 – Результаты исследования по совершенствованию технологии изготовления боковой рамы тележки.

А – серийная конструкция боковой рамы. Б - модернизированная конструкция боковой рамы

В результате вариантного расчета выполнен выбор параметров прибылей в местах вероятного возникновения дефектов отливки. На рисунке 4 приведены поля распределения температур типовой (рисунок 4 А) и модернизированной (рисунок 4 Б) конструкции боковой рамы.

На следующем этапе была произведена проверка изменения уровня остаточных термических напряжений вследствие изменения геометрии отливки боковой рамы, которая показала, что увеличение термических напряжений не превышает 0,6 МПа, что составляет менее 0,5% от предела выносливости материала и существенно не влияет на допускаемые напряжения. В результате была создана конструкция отливки боковой рамы в которой площадь вероятного возникновения дефектов, в наиболее нагруженных сечениях, снижена на 80%.

В пятой главе приведены методики и результаты экспериментальных исследований, включающие исследования влияния размеров элементов тележек на ходовые качества вагонов, эксплуатационные испытания тележек, оборудованных защитными элементами, а так же статические и усталостные испытания боковой рамы усовершенствованной конструкции.

Ходовые испытания тележки грузовых вагонов в изношенном состоянии по сравнению с неизношенным выполнялись с целью проверки достоверности проведенных теоретических исследований. При проведении испытаний опытные поездки выполнялись с вагоном, оборудованным тележками с проектными размерами элементов и вагонов, оборудованных изношенными тележками одновременно (рисунок 5).

Рисунок 5 – Схема опытного поезда при проведении ходовых динамических испытаний на скоростном полигоне ВНИИЖТ.

В процессе испытаний помимо динамических показателей, при помощи специально разработанных устройств (рисунок 6), регистрировались перемещения элементов тележек.

Рисунок 6 – Регистрация перемещений колесных пар относительно кузова по трем направлениям.

А – Планирование эксперимента

Б – Практическая реализация при проведении испытаний

Данные о перемещениях элементов тележки, полученные в процессе испытаний подвергались обработке, которая позволила определить перемещения деталей тележки относительно различных систем координат. Так например углы набегания колесных пар на рельсы при прохождении кривых определялся по формуле:

(5)

где L – половина базы кузова, a – половина базы тележки; Rф – фактический радиус кривой (определяется кривизной железнодорожного пути на базе кузова); i – порядковый номер колесной пары в тележке по ходу движения вагона;, - углы виляния соответственно передней и задней колесных пар по ходу движения вагона.

(6)

где,,, координаты положения букс передней колесной пары относительно отсчетной системы координат при движении вагона.

;.

, (7)

где,,, координаты положения букс задней колесной пары относительно отсчетной системы координат при движении вагона.

;.

В результате проведенных ходовых динамических испытаний получены графики зависимости динамических и кинематических показателей грузовых вагонов от скорости движения вагона при номинальных размерах элементов тележки и при предельно допускаемых износах в эксплуатации (рисунок 7)

© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»