WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

БАЛТАБАЕВ Абылкасен Сердалиевич

МОДЕРНИЗАЦИЯ И ПРОДЛЕНИЕ СРОКОВ СЛУЖБЫ СПЕЦИАЛЬНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ДЛЯ УБОРКИ СНЕГА

Специальность 05.22.07 — Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» на кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство».

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Бороненко Юрий Павлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Сычёв Вячеслав Петрович заведующий кафедрой «Железнодорожный путь, машины и оборудование» ФГБОУ ВПО Российская открытая академия транспорта «Московский государственный университет путей сообщения» кандидат технических наук, Битюцкий Никита Александрович Исполнительный директор ООО «Экспертный Центр вагоностроения» Ведущая организация – ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный университет путей сообщения»

Защита диссертации состоится «18» октября 2012 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 218.008.05 на базе ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения» по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд. 5-407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петербургского государственного университета путей сообщения и на сайте Минобрнауки www.vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан «18» сентября 2012 г.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью, просим направлять в адрес ученого совета университета.

Ученый секретарь диссертационного совета Кручек Виктор Александрович д.т.н., профессор

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Современный этап развития парка грузовых вагонов стран СНГ, Латвии, Литвы и Эстонии характеризуется медленным, но неуклонным ростом объёма перевозок. Однако позитивные тенденции, сдерживаются старением вагонного парка – многие вагоны уже вынужденно работают за пределами своего нормативного срока службы, а их пополнение ведётся недостаточными темпами.

Все тенденции, присущие вагонному парку в целом, можно отнести и к парку вагонов снегоуборочной техники. В настоящее время в эксплуатационном парке железных дорог Республики Казахстан находятся 2единиц снегоуборочной техники различных типов, из которых 190 уже выработали свой назначенный ресурс.

В 60-70 годы прошлого века при проектировании железнодорожной снегоуборочной техники применялись упрощенные методы расчёта напряженно-деформированного состояния конструкций, что являлось причиной необоснованного завышения коэффициентов запаса прочности металлоконструкций в одних местах и созданию концентраторов напряжений в других.

Развитие методов расчёта, технического диагностирования и экспериментальных исследований, базирующихся на современных программнотехнических средствах ЭВМ, а также накопление значительных объёмов статистической информации, позволяют в настоящее время разработать модернизации конструкций, увеличивающие общий ресурс снегоуборочных машин и дающие возможность продлить сроки их службы.

Существенное различие в объёмах остаточного ресурса у разных частей вагонов снегоуборочной техники подтолкнуло автора диссертации к выдвижению гипотезы о возможности рационального использования избыточного остаточного ресурса данного типа вагонов путём проведения модернизации и усиления конструкции для продления срока их эксплуатации за пределами срока службы, установленного нормативно-технической документацией. Для подтверждения (или опровержения) этой гипотезы необходимо было разрешить проблему уточнённой оценки прочности и долговечности конструкции снегоуборочных машин. Для разрешения этой проблемы в диссертации была сформулирована цель проводимых исследований.

Цель работы - разработка научно-обоснованных технических решений по модернизации снегоуборочных машин и обоснование их новых сроков службы в условиях Казахстана.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

1. Разработаны расчетные схемы и математические модели для оценки прочности снегоуборочных машин, отличающиеся подробным учетом особенностей конструкций и характером силовых нагружений.

2. Определены параметры технического состояния парка железнодорожного подвижного состава для уборки снега, показаны существенные отличия в темпах коррозии в сравнении с другими типами подвижного состава в условиях Казахстана;

3. Изучено влияние уменьшения толщин несущих элементов силового каркаса снегоуборочной техники на его прочность и долговечность;

4. Установлены технологические концентраторы напряжений, снижающие показатели прочности несущих конструкций и предложены технические решения по их устранению.

Практическая значимость работы.

Проведённый в диссертационной работе анализ технического состояния снегоуборочной техники и обоснование технической и экономической целесообразности проведения ее модернизации с продлением срока службы на основе учёта разработанной методики расчёта НДС данного типа подвижного состава, позволили разработать рекомендации по совершенствованию несущих конструкций снегоочистителей, позволяющие продлить их срок службы, обеспечив безопасность движения и снизив эксплуатационные расходы. Разработанные автором технологии проведения КРП, на основе выбора оптимальных вариантов усовершенствования конструкции, позволяют продлевать полезный срок использования снегоуборочных машин СМ-2 и СДПМ для уборки снега не менее, чем на 10 лет.

Реализация результатов работы: По разработанным при участии автора диссертации, техническим условиям производится капитальный ремонт и вагонам продлевается срок службы на 10 лет. Отдельные положения и результаты работы используются при проведении научных исследований, выполнении дипломных работ, бакалаврских и магистерских диссертаций на кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство» ПГУПС.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались на V, VI и VII Международных научно-технических конференциях «Подвижной состав XXI века (идеи, требования, проекты)» (ПГУПС, НВЦ «Вагоны», 2007 - 2011 г.г.), обсуждались на кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство» ПГУПС (2007-2011 г.г.).

Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в печатных работах. Две статьи опубликованы в изданиях, входящих в Перечень изданий, рекомендованных ВАК для публикации научных результатов диссертационных работ, это журналы Транспорт РФ и Известия Петербургского университета путей сообщения.

Структура и объем работы. Диссертация включает в себя введение, глав, заключение и изложена на 125 страницах машинописного текста, в том числе 21 таблица, 68 рисунков. Список литературы насчитывает наименований.

Основное содержание диссертации Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определена цель работы, ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе проведен обзор и анализ конструкций снегоуборочной техники, выполнен обзор работ в области проектирования специализированного подвижного состава для уборки снега, сформулированы задачи, выбраны методы и алгоритм исследований.

Анализ исследований по проблемам, связанным с выбором метода прогнозирования остаточного ресурса показал, что различными исследователями, вузами, научно-исследовательскими институтами и конструкторскими бюро такими, как ВНИИЖТ, МГУПС, ПГУПС, УралНИТИ, ВМА им. Кузнецова был рассмотрен большой класс задач, связанных с диагностированием конструкций: оценка остаточного ресурса конструкций по параметрам магнитной памяти металла; исследование ресурса конструкций с помощью статических прочностных и динамических ударных испытаний; прогнозирование остаточного ресурса по параметрам малоцикловой и многоцикловой усталости.

Впервые вопросы обоснования возможности продления сроков службы вагонов, в том числе специализированных, и способов определения их остаточного ресурса были рассмотрены в работах Ю.П. Бороненко, М.Б Кельриха, А.Д. Кочнова, В.Н. Цюренко. Также необходимо отметить вклад ученых Днепропетровского государственного технического университета железнодорожного транспорта: И.Г. Барбаса, Е.П. Блохина, А.М. Бондарева, В.Л. Горобца, В.И. Гронского, Н.В. Каленик - в разработку отдельных вопросов, связанных с ресурсом тягового подвижного состава.

Все типы снегоочистителей и снегоуборочных машин, эксплуатирующихся на железных дорогах СНГ, разработаны Проектнотехнологическо-конструкторским бюро Главного управления пути МПС. В создание снегоуборочной техники большой творческий вклад внесли ученые и конструктора лауреаты Государственной премии СССР Ф.Д.Барыкин, Н.Н.Гуленко, Н.Г.Орлов, В.Х.Балашенко, инженеры И.Н.Федотов, В.Е.Гора, Л.Л.Трухматов и другие. Особо следует отметить машиниста М.Ф.Гавриченко, который ещё в 1931 году получил авторское свидетельство на снегоуборочный поезд — прототип всех современных машин, работающих в странах СНГ.

Проведённый обзор позволил констатировать, что не смотря на многообразие, снегоуборочные машины можно разделить на две группы:

плужные и роторные. Типичным представителем их являются снегоуборочная машина СДПМ и снегоуборочный поезд СМ-2. Остальные машины являются их модификациями.

Большое количество экспериментальных исследований посвящено определению остаточного ресурса конструкций, имеющихся в достаточном количестве, например, грузовых вагонов. Разработаны методики, позволяющие проецировать результат на крупные партии вагонов. Значительно менее изученной оказалась ситуация с вагонами снегоуборочной техники, в силу их единичности предъявления для продления.

Подытоживая сделанный обзор, был сделан вывод о том, что весьма актуальной задачей является разработка методик диагностирования технического состояния подвижного состава предназначенного для уборки снега и его модернизаций позволяющих увеличить остаточный ресурс данного типа техники.

Исходя из цели диссертационной работы и проведенного выше обзора и анализа вопроса, в данной работе были поставлены и решались следующие задачи:

1. Проведение обзора конструкций снегоуборочных машин и анализ их технического состояния;

2. Теоретическая оценка прочности и долговечности исследуемых конструкций существующих образцов снегоуборочной техники;

3. Определение основных конструктивных недостатков, присущих существующим снегоуборочным комплексам;

4. Разработка рекомендаций по совершенствованию несущих конструкций снегоуборочной техники;

5. Выполнение нормативных расчетов на прочность и долговечность модернизированных несущих конструкций снегоочистителей и прогнозирование их остаточного ресурса;

6. Выполнение комплекса экспериментальных исследований модернизированного снегоуборочного комплекса;

7. Обоснование эффективности использования модернизированного комплекса уборки снега в условиях республики Казахстан.

Выполненный обзор работ позволил сформулировать основные задачи исследования, необходимые для достижения поставленной цели и ограничивающие круг рассматриваемых вопросов. В диссертационной работе проведены исследования и разработки в части алгоритмов, расчетных моделей и особенностей конструкции, при этом вопросы нормирования характеристик прочности и допускаемые показатели принимались в соответствии с действующими отраслевыми стандартами.

Решение поставленных в диссертации задач проводилось путем комбинации теоретических методов исследования, современных методов компьютерного моделирования и экспериментальных исследований.

Вторая глава диссертации посвящена разработке программы и методики технического диагностирования вагонов снегоуборочной техники, а также обследованию текущего состояния парка вагонов предназначенных для уборки снега с истекшим сроком службы.

По критерию общности схемы обследования вагонов снегоуборочная техника была разбита на две группы, для каждой из которых было необходимо разработать методику технического диагностирования:

снегоочистители имеющие роторный заборный орган (СМ-2, СМ-2М, СМ-5, СМ-7, ЭОС-3 и др.);

плужные снегоочистители (СДП-М, СДП-М2 и др.).

При обследовании проверялись хребтовые, шкворневые, продольные и поперечные балки рамы кузова, лобовые балки, кронштейны крепления электрических аппаратов и пневматических приборов, всё навесное оборудование, угольники, накладки и ребра жесткости, состояние сварных швов, заклепочных и болтовых соединений, наружная обшивка кузова, состояние окраски кузова.

Сменные узлы вагона: тележки, автосцепное и автотормозное устройства не диагностировались, так как они осматриваются при проведении ТО снегоуборочной техники и при необходимости заменяются в установленном порядке.

На техническое состояние вагонов снегоуборочной техники в эксплуатации влияют два основных фактора: первый связан с конструктивными особенностями вагона, второй – с перевозимым в вагоне грузом.

Немаловажными факторами при производстве работ по продлению срока службы являлось наличие дополнительных или отсутствие основных конструктивных элементов в некоторых моделях снегоуборочной техники.

Например, наличие выдвижных автосцепок, применяемых в конструкции СДП-М, и отсутствие сплошной хребтовой балки у головного вагона СМ-2.

Вагоны снегоуборочной техники, имеют в подвагонном пространстве различные устройства и механизмы, что вызывает нетиповое (несимметричное) расположение на вагоне тормозного оборудования и рычажной передачи. Кроме того данные вагоны имеют повышенный центр тяжести и большую, по сравнению с другими вагонами, базу, что негативно сказывается на условиях работы деталей и узлов вагона.

Обследование технического состояния 45 вагонов типа СМ-2, 2 вагонов типа ЭСО-3 и 18 вагонов СДП-М приписки станций «Кульсары», «Астана», «Караганда» и других АО «НК «КТЖ», проводилось в период с 2006 по 2008 год.

В результате первого этапа работы было установлено, что на многие вагоны отсутствует какая-либо техническая документация, нет статистических данных по использованию снегоуборочной техники, информации по техническому обслуживанию и ремонтам. Неизвестно, использовались ли снегоуборочные машины СМ-2 в летний период для очистки путей от мусора, угля, шлака и т.п., что предусмотрено технической документацией на них.

Проведенный на втором этапе анализ технического состояния позволил выявить основные зоны повреждаемости вагонов снегоуборочной техники – их коррозионный износ, трещины и деформации основных элементов рамы и навесного оборудования. В результате обследования технического состояния металлоконструкций обшивки и рам кузовов вагонов были выявлены немногочисленные случаи коррозии, величина которой достигала 5-7% (продольных балок в консольной и средней частях, обшивки в местах нарушения лакокрасочного покрытия). Коррозионные повреждения также наблюдались на концевых частях рамы вагона и на хребтовых балках. Основными повреждениями рамы, кузова и навесного оборудования вагонов являются трещины и деформации различного происхождения, в основном усталостного и ударного характера.

В результате анализа полученных на третьем этапе данных по толщинометрии вагонов, были сделаны следующие выводы:

Неисправности несущего каркаса кузова СДП-М редки, а коррозия за срок службы не превышает 7%, что много меньше предполагаемых при проектировании темпа износа 0,1-0,2 мм в год. Основные повреждения в виде трещин связаны с повреждениями основного оборудования – крылья (83%) и передний щит (50%), которые могут быть заменены или отремонтированы без модернизации основной конструкции.

Коррозия несущих элементов СМ-2 не превышает 6%. При этом значительная часть силового каркаса имеет повреждения изгиба рамы (18%), трещин стоек (13%) и обшивки (10%), которые требуют внесение изменений в силовую конструкцию. Механизмы СМ-2 имеют повреждения в местах крепления рабочих органов (13%) и выдвижения автосцепки (50%), которые могут быть устранены при ремонте.

Снегоуборочная машина СМ-2 нуждается в серьезной модернизации с целью усиления конструкции для обеспечения возможности увеличения срока службы.

Третья глава диссертации посвящена оценке прочности несущих конструкции снегоуборочной техники.

Была создана конечно-элементная (КЭ) модель рамы снегоуборочной машины СМ-2, как основной его несущей части, показанная на рис.1. КЭ модель рамы СМ-2 имела следующие параметры - 5886 узлов, 1718 конечных элементов типа BEAM 189, 6 конечных элементов типа MASS 21.

На первом этапе теоретических исследований, в соответствии с действующими «Нормами для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)», были проведены расчёты для I и III нормативных расчётных режимов нагружения. Напрямую нормы не определяют порядок расчета снегоуборочных машин. Поэтому основываясь на нормах и на ОСТ 32.62-96 «Нормы прочности металлоконструкций путевых машин», были введены дополнительные условия учитывающие специфику эксплуатации. Результаты расчетов приведены в табл. 1-2.

Дополнительно рассматривался второй специальный расчетный режим: движение при уборке снега. При этом в диссертации были выведены формулы, которые определяют нагрузки на плуг возникающие при уборке снега:

Сила, действующая на плуг:

F c S V, (1) Давление снежного покрова на плуг определялась по зависимости:

F P c V, (2) S c где: - удельная плотность снега, зависит от влажности и кг сух влаж с...с 0,2...0,8, находится в диапазоне мS- площадь плуга снегоочистительной машины, S b h, соприкасающаяся со снежным покровом, где: V- скорость движения снегоочистительной машины, м/с.

Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Из результатов расчёта можно сделать вывод, что прочность рамы головного вагона снегоуборочной машины СМ-2 при первом и третьем расчетном режиме не удовлетворяет требованиям «Норм». 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.

Таблица Максимальные эквивалентные напряжения в элементах головного вагона СМ-2, полученные при I расчётном режиме Максимальные эквивалентные напряжения по Мизесу, МПа Удар Наименование элесо Удар со Рас- Допускаемента рамы Сжасторо- стороны Рывок тяже- мое (по тие ны головы ние нормам) хвоста Шкворневая балка в зоне заделки в хреб- 306 335 328 246 219 2товую Боковая балка в зоне соединения с шквор- 234 294 287 198 156 2невой Рис.1 Конечно-элементная модель рамы снегоуборочной машины СМ-2.

В ходе третьего этапа, были проведены расчёты напряжённодеформированного состояния элементов головного вагона снегоуборочной машины СМ-2 при различной степени коррозионного износа его конструктивных элементов и установленных усилениях силового каркаса.

Результаты расчетов для наиболее нагруженных узлов (шкворневая балка в зоне соединения с хребтовой балкой и боковая балка в зоне шкворневой) при наиболее опасном режиме нагружения–удар со стороны хвоста приведены в таблице 2 и ни рис. 2.

Из результатов расчёта можно сделать вывод, что прочность рамы с установленными усилениями при первом и третьем расчетном режиме удовлетворяет требованиям «Норм», так и требованиям ОСТ 32.62-96.

а) б) в) г) Рис. 2 Зависимость напряжений от усиления и коррозии:

а, в- без усилений при КРП; б, г -с учетом усилений при КРП.

В четвертой главе производился выбор критериев оценки остаточного ресурса вагонов снегоуборочной техники с учётом особенностей их эксплуатации. Для прогнозирования их остаточного ресурса был разработан обобщённый алгоритм оценки остаточного ресурса вагонов предназначенных для уборки снега, являющийся развитием алгоритма, предложенного в работах А.В. Третьякова.

Таблица Максимальные напряжения при третьем режиме Максимальные эквивалентные напряжения Наименование эле- по Мизесу, МПа мента рамы Удар Рывок Сжатие Растяжение Допускаемое (по нормам) Шкворневая балка в зоне заделки в 204 176 234 182 1хребтовую Боковая балка в зоне соединения с 148 121 172 141 1шкворневой В соответствии с ним проводился визуальный контроль (наружный осмотр) рамы вагонов и толщинометрия основных несущих элементов конструкции. После этого проводится дефектоскопия стандартными методами (ультразвуковая дефектоскопия и капиллярный контроль). Эта работа выполнялась посредством измерительных приборов с целью выявления зон и степени утонения элементов, а также обнаружения мест концентрации напряжений в металлоконструкции снегоуборочной машины.

Исходя из проведённого анализа разрушений, возникающих в конструкции снегоуборочных машин, для прогнозирования вновь назначаемого срока службы, в данной работе использовались: обобщённый показатель расхода индивидуального ресурса снегоуборочной машины и специализированные критерии, учитывающие действие на элементы базовых частей снегоуборочной машины коррозии, изменения механических характеристик металла, много – и малоцикловой усталости.

Прогнозирование остаточного индивидуального ресурса снегоуборочной машины по специализированным критериям выполнялось следующим образом. Остаточный ресурс базового элемента снегоуборочной машины Тк,. подвергающегося действию коррозии, определялся по зависимости:

SфS p Tк , (3) a где Sф - фактическая минимальная толщина стенки элемента, мм;

Sр - расчётная толщина стенки элемента, мм;

а - скорость равномерной коррозии, мм/год.

Величина расчётного срока эксплуатации в годах Тк по критерию многоцикловой усталости определялась по зависимости:

а,N ( )mN[n] Т , к I I II III III Nc1 (aj )mPj Nc2 (ak )mPkII Nc3 (an )mPn (4) j kn где а,N - предел выносливости по амплитуде для контрольной зоны снегоуборочной машины при симметричном цикле и установившемся режиме нагружения при базовом числе циклов N0;

[n] - допускаемый коэффициент запаса сопротивления усталости;

m - показатель степени в уравнении кривой усталости;

Tк - расчётный срок эксплуатации в годах;

N0 - базовое число циклов;

NC1,2,3 - число циклов динамических напряжений, действующих на вагон соответственно через автосцепку или через плуг, от колебаний на рессорах, эксплуатационных (циклы уборки снега) и др.;

a,i (i j,k,n) - расчётная величина амплитуды динамического напряжения условного симметричного цикла, приведённая к базовому числу циклов N0, эквивалентная по повреждающему действию реальному режиму эксплуатационных случайных напряжений за расчётный срок эксплуатации;

I - амплитуды динамических напряжений в j диапазонах ударaj ных продольных сил;

II - амплитуды динамических напряжений от колебаний на ресak сорном подвешивании (в k диапазонах);

III - амплитуды динамических напряжений от циклов уборки снеan га (в n диапазонах);

P ij,k,n (где i=I,II,III) - частость возникновения амплитуд при соответствующих нагрузках.

На следующем этапе проводились исследования усталостной прочности головного вагона снегоуборочной машины СМ-2.

Согласно «Нормам…» минимально допустимый коэффициент запаса сопротивления усталости для случая использования статистически надежных данных по при p=0,95 и приближенных по , определенных расчётным пуa,N а,э тем, принимается [n] = 1,5.

Условие прочности n [n] выполняется для всех трех зон исследуемой конструкции.

Расчеты по оценке сопротивления усталости показали, что коэффициенты запаса сопротивления усталости наиболее напряженных зон головного вагона снегоуборочной машины СМ-2, больше допускаемого, согласно «Нормам…», коэффициента запаса сопротивления усталости [n]=1,5.

Таким образом по результатам расчётов был сделан вывод, что прочность головного вагона модернизированной снегоуборочной машины СМ-обеспечена на расчетный срок службы 35 лет.

Таблица Результаты расчета амплитуд напряжений и коэффициента заа,э паса сопротивления усталости n Боковая балка зоне Хребтовая балка зоне Хребтовая балка зоне заделки в шкворне- заделки в шкворневую заделки в шкворневую Зона вую (пересечение (пересечение верхних (пересечение нижних верхних листов) листов) листов) а,э 15,96 20,88 11, a,N 37,78 37,78 37,n 2,37 1,81 3,На основе проведенных расчетов и технического диагностирования снегоуборочной техники был предложен комплекс мероприятий. При проведении ремонта вагонов с целью продления срока службы необходима полная замена ленты транспортёра-питателя, усиление боковых балок вагонов, замена повреждённых листов стен вагонов, усиление мест приварки откосов и других элементов, усиление передней шкворневой балки головного вагона снегоуборочной машины СМ-2, усиление кронштейнов и рычагов управления крыльями и передним щитом у снегоочистителя марки СДП-М.

Также были предложены ряд технических решений по модернизации механизмов уборки снега и системы управления движением СМ-2 и СДП-М.

В пятой главе приведены результаты испытаний модернизированного снегоуборочного комплекса.

Исследования выполнялись в три этапа. На первом этапе проводились испытания на прочность при соударении, полученные результаты использовались в дальнейшем при оценке прочности по расчетным режимам как напряжения в конструкции от нагрузок приложенных к образцу через автосцепное устройство. На втором этапе проводились испытания по сбросу опытного образца с клиньев, результаты которых позволили определить напряжения в конструкции при вертикальной динамической нагрузке, а также уровень напряжений в конструкции от массы брутто (собственного веса кузова) опытного образца. На третьем этапе была произведена оценка долговечности по критерию усталостной прочности конструкции опытного образца на основе экспериментально полученных данных о напряженно деформированном состоянии базовых элементов конструкции при испытательных режимах и нормативных данных о эксплуатационной нагруженности.

В завершение работ, проводились функциональные и эксплуатационные испытания в зимний период.

Напряжения от массы брутто оценивались по результатам испытаний по сбросу с клиньев, принимались равными амплитудам динамических напряжений при коэффициенте вертикальной динамики равным единице и представлены в таблице 4. Максимальные суммарные напряжения по расчетному режиму (удар) приведены в таблице 5.

По результатам проведенных испытаний можно сделать вывод о том, что конструкция опытного образца, удовлетворяет условиям прочности.

Оценка долговечности конструкции по критерию усталостной прочности производилась следующим образом.

Таблица Результаты оценки напряжений от массы вагона брутто № датчика 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Напряжения, МПа 2 -4 -13 -16 -18 13 11 10 8 -Допускаемые величины напряжений, при учете сочетания нагрузок по I режиму ударных продольных нагрузок (удара, рывка), принимались равными пределу текучести материала вагона и составили т=245 МПа.

В качестве расчетного срока эксплуатации принималась минимальная из величин Тк для контрольных зон, Тк, min. Результаты оценки долговечности конструкции кузова опытного образца представлены в таблице 6.

Таблица Результаты суммирования напряжений Суммарные напряжения в исследуемых зонах, МПа Нагрузка №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8 №9 №Суммар149 -205 -49 -223 -205 -25 -24,3 -48 -79 -2ные Таблица Результаты оценки долговечности и усталостной прочности № точки Коэффициент запаса, n Долговечность, года 1 2,63 94,2 1,92 26,3 8,14 8693,4 1,82 21,5 1,99 31,6 7,95 7899,7 9,16 13928,8 6,13 2793,9 4,33 696,10 1,75 18,Результаты испытаний для расчетного режима «Удар» в наиболее нагруженных зонах были сравнены с результатами расчета для данного режима. Сравнительный анализ результатов оценки прочности конструкции кузова головного вагона снегоуборочной машины модели СМ-2 представлен в таблице 7.

Таблица Сравнительный анализ результатов при оценке прочности № точки режим I (удар), МПа испыта- расчёт % расхождения ния Зона соединения боковой балки с 79 234 шкворневой датчики № 8,Боковая балка головная часть датчики 205 220 № 1, Стойки боковые датчики № 3, 4, 5, 6, 7 223 230 Шкворневая балка в зоне заделки в 243 306 хребтовую датчик №На основании полученных результатов можно сделать вывод, что циклическая долговечность базовых элементов опытного образца вагона составляет не менее 18 лет, а коэффициент запаса сопротивления усталости для наиболее опасной зоны (пересечение хребтовой и шкворневой балок) составляет 1,75 (по расчету n=1,8) при допустимом значении [n]=1,ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации выполнен комплекс исследований по оценке остаточного ресурса и возможности продления сроков службы специального подвижного состава для уборки снега. По результатам работы было сделано следующее заключение:

1. Обзор и анализ существующего парка снегоочистительной техники в Республике Казахстан, позволяет сделать вывод о том, что у 88% вагонов заканчивается нормативный срок службы. Обновление парка этой техники практически невозможно из-за малой мощности заводовизготовителей и экономических соображений. В диссертации предложен выход из создавшегося положения – оценка остаточного ресурса и продление сроков службы снегоочистительной техники.

2. Выполнен анализ характерных повреждений базовых элементов силового каркаса и оборудования снегоуборочной техники. Показано, что коррозионный износ базовых элементов не превышает 7%, при этом трещины и недопустимые деформации наблюдаются на 50-83% элементах основного оборудования (крылья, передний щит, рабочие органы и т.д.).

3. Выполненный комплекс нормативных прочностных расчётов головного вагона снегоуборочной машины СМ-2, позволил сделать выводы о том, что условия прочности исследуемых конструкций при первом и третьем расчётных режимах нагружения не обеспечиваются. Требуется усиление конструкции в зонах концентрации напряжений.

4. Разработаны ТУ на капитальный ремонт с продлением сроков службы и предложен ряд конструктивных мероприятий: усиление рам и других базовых элементов с помощью накладок и косынок, модернизация системы выгрузки снега, замена изношенных элементов (пластины накопителя) и другие усовершенствования.

5. Выполненные расчёты прочности и долговечности показали, что условия прочности для всех базовых и вспомогательных элементов конструкции модернизированного головного вагона снегоуборочного поезда СМ-2 выполняются, максимальные эквивалентные напряжения для первого расчётного режима нагружения составляют 218,0 МПа (допустимые 232,8 МПа) для узла заделки шкворневой и хребтовой балки и 196,5 МПа (допускаемое 232,8 МПа) в зоне заделки боковой балки в шкворневую. Максимальные эквивалентные напряжения для третьего расчётного режима нагружения для тех же элементов конструкций составляют 150,0 МПа (допустимые 155 МПа) и 93 МПа (допустимые 165,0 МПа). Минимальный коэффициент сопротивления усталости для наиболее опасных зон конструкции составляет 1,81 (минимально допустимый равен 1,5).

6. Проведенные испытания и опыт эксплуатации модернизированных машин показали, что разработанные программы и методики технического диагностирования вагонов снегоуборочного поезда, позволяют правильно оценить их нагруженность и спрогнозировать остаточный ресурс. Установлено, что срок службы снегоуборочной техники после выполнения КРП составляет не менее 10 лет.

7. Выполненный комплекс исследований на натурных образцах снегоуборочной техники, включающий испытания на соударения и по сбросу с клиньев, показал удовлетворительное согласование теоретических и экспериментальных полученных результатов, максимальное расхождение между ними не превысило 21%.

8. Предложенная автором модернизация существующей конструкции снегоуборочной техники, заключающаяся в замене поворотного выбрасывателя снега на поперечный стационарный, позволила осуществить выгрузку снега по ходу движения. Безопасность выполнения снегоуборочных работ была повышена при внедрении автоматического устройства сигнализации АЛСН, предложенного автором диссертации.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации, входящие в перечень, рекомендованный ВАК Минобразования Российской Федерации:

1. Балтабаев А.С., Зимакова М.В., Сараев А.С. Оценка прочности вагонов-снегоочистителей при коррозионном утонении их базовых узлов.// Известия Петербургского университета путей сообщения.СПб.: Петербургский гос.ун-т путей сообщения, 2011.- Вып.3 (28).293с.

2. Балтабаев А.С. Оценка остаточного срока службы снегоуборочной техники.// Транспорт РФ, 2011 г.. № 3(34). Стр. 76-78.

Публикации, не входящие в перечень, рекомендованный ВАК Минобразования Российской Федерации:

3. Балтабаев А.С. В авангарде вагоноремонта. // РЖД-Партнер.- СПб.:

ЗАО "Издательский дом "ОМ-Экспресс", 2011.-Вып.22 (218).-88с.

4. ТУ А22.06-00.00.00.000 «Капитальный ремонт с продлением срока полезного использования снегоуборочных поездов СМ, СМ-2, СМ2М, СМ-2Э». АО «НК «КТЖ», Астана, 2006г., 30с.

5. ТУ А30.06-00.00.00.000 «Капитальный ремонт с продлением срока полезного использования снегоочистителей двухпутных плужных СДП, СДП-М, СДП-М2». АО «НК «КТЖ», Астана, 2006г., 50с.

Подписано к печати 11.09.2012 г. Печ. л. 1,Печать – ризография. Бумага для множит. апп. Формат 60х84 1/Тираж 100 экз. Заказ 849.

ПГУПС 190031, г. С-Петербург, Московский пр.,




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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.