Введение к работе
Актуальность темы. Надежная работа тягового подвижного состава и, следовательно, безопасность движения поездов в значительной степени определяются прочностью различных элементов экипажной части, в частности, рам тележек. Сопротивление усталости рам тележек зависит от концентрации напряжений, создаваемой узлами раы тележек. Чтобы обеспечить прочность узлов, имеющих высокую концентрацию напряжений, приходится увеличивать размеры сечений элементов рамы тележки, что приводит к повышению ее веса. Это нежелательно как с позиции увеличения веса тягового подвижного состава, ограниченного нагрузкой на ось, так и с позиция экономии металла, что имеет важное народнохозяйственное значение.
Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования, направленные на снижение концентрация напряжений в узлах рам тележек я, следовательно, на создание прочной, отвечающей требованиям безопасности движения поездов я более легкой конструкции, являются актуальными.
Целью работы является разработка рекомендаций по рациональному конструированию некоторых узлов рам тележек тягового подвижного состава с целью повышения ях сопротивления усталости. В соответствии с целью работы поставлены следующие задачи исследования:
создание расчетной модели для зоны концентрации напряжений (граница сварного шва);
определение влияния формы и толщины накладки, а также пояса балки на напряженное состояние сварного соединения;
экспериментальные исследования напряженного состояния
узлов с помощью тензометрирования и метода лаковых покрытий; исследование сопротивления усталости ряда узлов при усталостных испытаниях натурных рам тележек;
- разработка предложений по рациональному конструированию рассматриваемых узлов на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований; определение величин теоретического коэффициента концентрации напряжений.
Методы исследования. В диссертационной работе применены теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования сварных соединений узлов рам тележек проводились методом конечных элементов с применением двадцатиузлово-го изопараметрического пространственного конечного элемента второго порядка. Экспериментальные исследования натурных узлов и рам тележек велись с помощью тензометрирования, метода лаковых покрытий, вибрационных стендовых испытаний на сопротивление усталости, на базе 10 млн.циклов.
Научная новизна. Разработана, с применением пространственного двадцатиузлового изопараметрического конечного элемента второго порядка, дискретная конечно-элементная расчетная модель сварного соединения, обеспечивающая сходимость расчетных и экспериментальных значений напряжений в зоне их концентрации (граница сварного шва).
Разработаны расчетные модели сварных соединений накладки с поясом полой балки прямоугольного сечения и стакана с противоположными листами полой балки.
Получена зависимость величины теоретического коэффициента концентрации напряжений ( ОС б ) от толщины накладки и толщины пояса балки. Даны рекомендации по выбору формы накладки в зависимости от схемы нагружения узла.
Показаны подробная картина напряженного состояния и механизм возникновения деформации в зонах сварных швов узлов рам тележек.
Практическая ценность работы:
предложена расчетная модель зоны сварного шва, позволяющая на стадии проектирования оценить величины напряжений в зоне их концентрации (граница сварного шва);
рекомендуются рациональные формы накладок в зависимости от нагружения узла;
получены зависимости <Ха от толщины накладки и толщины пояса балки, позволяющие выбрать рациональные соотношения указанных толщин;
даны предложения по рациональному конструированию ряда узлов рам тележек тягового подвижного состава, позволяющие создавать надежные узлы, повышающие безопасность движения поездов.
Реализация работы. Рекомендации работы внедрены при создании рам тележек тепловозов 2ТЭИ6, ТЭП70, электровозов ВЛ8І, ВЛ84, ВЛ85, автомотрисы А42, вагона метрополитена типа 81-714.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научно-техническом совещания отдела динамики и прочности тягового подвижного состава ВНИИЖГа, г.Москва, май, 1988 г., на научно-техническом совете отдела главного конструктора по локо-мотивостроению, г.Коломна, май 1988 г., на техническом совете СКВ Метровагоностроение ГО "Метровагонмаш", г.Штищи, апрель, 1989 г., на научно-техническом совете секции динамики и прочности Всесоюзного научно-исследовательского тепловозного института, г.Коломна, июль, 1989 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи.
і- о -
Объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и двух приложений. Объем составляет 229 страниц и содержит текста 140 стр., рисунков 61, таблиц 17, использованной литературы 141 наименование .
