CC BY
29
УДК 629.01.02/03
С. Л. Самошкин, А. Н. Макаров, А. А. Хоменко, П. Ю. Семенов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ КРОНШТЕЙНОВ КРЕПЛЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА К РАМЕ ВАГОНА
Дата поступления: 24.12.2018 Решение о публикации: 21.01.2019
Аннотация
Цель: Сравнительные прочностные испытания различных конструктивных решений кронштейнов крепления генератора к раме вагона в системах автономного энергоснабжения пассажирских вагонов, оснащенных редукторно-карданными приводами. Рассмотрение вариантов исполнения кронштейнов крепления генераторов, взятых из эксплуатации, с тремя вариантами их усиления. Методы: Статические и усталостные испытания проводились по методикам, разработанным с учетом требований стандартов и нормативных документов, используемых при сертификационных испытаниях железнодорожной техники. Эти методики были согласованы с изготовителями генераторов и службами, осуществляющими эксплуатацию редукторно-карданных приводов от середины оси колесной пары. Результаты: Проведены оценка статической прочности при воздействии нормативных нагрузок и сравнение усталостной прочности разных вариантов исполнения кронштейнов генератора путем сопоставления их наработок до появления трещин при одинаковых условиях нагружения. При этом были отработаны конструктивные исполнения кронштейнов для новых генераторов и варианты для генераторов, находящихся в эксплуатации. Практическая значимость: Полученные результаты позволили выявить зоны появления трещин и разработать методы повышения предела выносливости кронштейнов до нормативного уровня. Для новых генераторов было предложено отнести отверстия под болт крепления торцевой крышки от шва приварки дополнительной накладки на 20-30 мм.
Ключевые слова: Генератор, кронштейн, статическая прочность, наработка, предел выносливости, наплавка, дополнительная накладка.
Sergei L. Samoshkin, Dr. Eng. Sci., chief office; *Aleksandr N. Makarov, engineer, lexx_mak@ mail.ru; Andrei A. Khomenko, Cand. Eng. Sci., head laboratory (Tver Carriage-Building Institute PLC); Pavel Yu. Semenov, general director (Trans-PrivodTver LLC) EXPERIMENTAL STUDY OF STRENGTH OF BRACKET FOR MOUNTING GENERATORS ON CARRIAGE FRAME. DOI: 10.20295/1815-588X-2019-1-105-117
Summary
Objective: Comparative strength tests of various design solutions of brackets for mounting generators on carriage frame in stand-alone power supply systems of passenger carriages equipped with geared cardan drive. Consideration of design modifications of brackets for mounting generators removed from operation, with three options of strengthening them. Methods: Static and fatigue tests were carried out in accordance with methods developed subject to standards and regulatory documents used in railway engineering certification tests. These methods were approved by generator producers and by services operating geared cardan drives from the centre of wheel set axle. Results: Evaluation of static strength under the influence of prescribed loads and comparison of fatigue strength of various design modification of generator brackets by comparing their service hours before appearance of cracks under similar loading conditions were carried out. In the process, bracket design modifications were worked out for new generators and
for generators currently in operation. Practical importance: The results obtained permitted identification of crack appearance zones and development of methods for increasing the bracket fatigue strength to prescribed levels. For new generators, it was proposed to move hold-down bolt-mounting holes of head plate 20-30 mm away from additional weld cover plate.
Keywords: Generator, bracket, static strength, service hours, fatigue strength, weld seam, additional cover plate.
Введение
С середины 90-х годов ХХ в. на ОАО «Тверской вагоностроительный завод» было начато серийное производство пассажирских вагонов с кондиционированием воздуха и автономной системой энергоснабжения. Для обеспечения работы этой системы используется генератор, подвешенный к раме вагона с редукторно-карданным приводом от середины оси колесной пары. Привод генератора обеспечивает работу автономной системы энергоснабжения при движении вагона в диапазоне скоростей от 40 до 160 км/ч. С учетом передаточного отношения редуктора, равного 3,727, скоростной диапазон работы генератора составляет от 850 до 3600 об/мин [1, 2].
Долгое время на отечественных пассажирских вагонах с кондиционированием воздуха устанавливался привод WBA-32/2 производства фирмы «Йепёег» (ФРГ). На рис. 1 представлен общий вид данного привода.
При движении вагона крутящий момент от конического одноступенчатого редуктора, установленного на средней части оси колесной пары, передается через карданный вал 4 и эластичную муфту 6 ротору генератора 10. Рычаг с реактивной опорой 2, закрепленной на корпусе генератора, связан с поперечной балкой 1 рамы тележки через упругий амортизатор, препятствует повороту редуктора относительно колесной пары. Для исключения падения на путь карданного вала 5, муфты 7 и генератора 8 при их разрушении в конструкции вагона
Рис. 1. Схема размещения генераторной установки пассажирского вагона с приводом от середины оси типа WBA-32/2 (объяснение в тексте)
имеются предохранительные устройства. Генератор с помощью специальных кронштейнов (лап) 11 через амортизаторы 9 крепится к раме вагона 12. Общая масса узлов привода и генератора составляет около 1750 кг.
В начале 2000-х годов с целью снижения себестоимости продукции и по программе им-портозамещения ряд российских предприятий освоили производство всех узлов привода WBA-32/2, которые взаимозаменяемы по присоединительным размерам и не изменяют принципиальную кинематическую схему привода [3-6]. Однако в процессе эксплуатации пассажирских вагонов были выявлены отдельные случаи появления трещин на кронштейнах генератора. Для устранения этого явления, повышения безопасности движения и надежности электроснабжения вагонов были разработаны варианты усиления и ремонта кронштейнов генераторов.
Объект испытаний и методика проведения испытаний
В настоящее время в качестве источника тока получили распространение два отечественных генератора: ГИВ-25.У1 производства
ООО «ПензЭлмаш» [7] и ТВГ-35.У1 производства ООО «ТрансПриводТверь». Корпус и кронштейны генератора ГИВ-25.У1 изготовлены из стали Ст3 Сп2 ГОСТ 14637-89 (от = = 250 МПа), а ТВГ-35.У1 - из стали Ст3сп5-св ГОСТ 14637-89 (стт = 240 МПа). В генераторе ТВГ-35.У1 установлена дополнительная накладка толщиной 12 мм с продлением ее до наружной поверхности корпуса генератора.
Сначала испытаниям подвергались два образца генератора ГИВ-25.У1, бывших в эксплуатации, с тремя вариантами исполнения лап (рис. 2, 3).
На первом образце:
1 - кронштейн с трещиной, отремонтированный сваркой и усиленный методом наплавки (рис. 2, б);
2 и 3 - кронштейны, усиленные методом наплавки (рис. 2, б);
4 - кронштейн в исполнении завода-изготовителя (рис. 2, а).
На втором образце:
1 - кронштейн в исполнении завода-изготовителя (рис. 2, а);
2 и 4 - кронштейны без трещин, усиленные путем усановки дополнительной накладки (рис. 2, в);
Рис. 2. Варианты исполнения кронштейнов генераторов ГИВ 25.У1 и ТВГ-35.У1: а - исполнение завода-изготовителя (ГИВ 25.У1); б - усиление наплавкой (ГИВ 25.У1); в - усиление наплавкой и дополнительной накладкой (ГИВ 25.У1); г - исполнение
завода-изготовителя (ТВГ-35.У1)
а
3 - кронштейн с трещиной, отремонтированный сваркой с установленной дополнительной накладкой (рис. 2, в).
Суть ремонтного варианта кронштейна генератора заключалась в разделке кромок и заварке трещины с последующим усилением ее методом наплавки (рис. 2, б) - в первом ремонтном варианте и с последующей установкой на ребра дополнительной накладки толщиной 8 мм, не доходящей до корпуса, примерно 40 мм - во втором ремонтном варианте (рис. 2, в).
Затем испытывали генератор ТВГ-35.У1 с одним вариантом исполнения кронштейнов (рис. 2, г).
Испытания кронштейнов генератора проводились по методике, разработанной в соответствии с [8-11], в два этапа. На первом этапе испытаний определялись напряжения в кронштейнах от действия расчетных статических
нагрузок, которые сравнивались с допускаемыми значениями, на втором - оценивалась наработка кронштейнов до образования трещины при действии циклических нагрузок.
Генератор закреплялся одновременно на четырех опорах-амортизаторах в случае одинаковой жесткости кронштейнов и одновременно на двух опорах при разной жесткости, что позволило обеспечить равномерное на-гружение кронштейнов генератора. Схема нагружения кронштейнов генератора приведена на рис. 3. Величины максимальных нагрузок, действующих на генератор, с учетом данных [7] составляли: Рв = 7,053 кН, РГ пр = = 51,5 кН. Тензорезисторы размещались на всех четырех кронштейнах генератора. Схему установки тензорезисторов иллюстрирует рис. 4.
Суммарные напряжения, определенные от действия расчетных нагрузок по режимам
Рис. 3. Схема опирания и нагружения кронштейнов генератора при статических испытаниях расчетными нагрузками
Рис. 4. Схема установки тензометрических датчиков на кронштейнах генератора ГИВ-25.У. 1: а - на кронштейнах в исполнении завода-изготовителя и усиленных наплавкой; б - на кронштейнах, усиленных наплавкой и дополнительной накладкой
нагружения, сравнивались с допускаемыми значениями, которые равны:
• для I режима (продольное ускорение ах = = 10g) [а] = 225 МПа;
• для III режима [а] = 165 МПа.
После статических испытаний на втором
этапе кронштейны генератора подвергались усталостным испытаниям от действия вертикальной нагрузки, приложенной к корпусу генератора. Они проводились методом ступенчатого нагружения на нескольких уровнях динамического нагружения, с постоянным коэффициентом асимметрии, который был принят равным 0,25. Частота нагружения при испытаниях кронштейнов генератора составляла 4,0 Гц.
На рис. 5 представлена установка генератора в рабочем пространстве испытательной машины при усталостных испытаниях вертикальной нагрузкой в соответствии с рекомендациями [12-14].
Испытания кронштейнов генератора ГИВ-25.У1, усиленных наплавкой
Максимальные суммарные напряжения, определенные от действия расчетных нагру-
зок по режимам нагружения на первом образце генератора, были равны:
• для I режима (продольное ускорение ах = = 10g) gi = 153 МПа, что меньше допускаемого значения [c]I = 225 МПа;
• для III режима аш = 28 МПа, что меньше допускаемого значения [а]ш = 165 МПа.
При усталостных испытаниях генератора ГИВ-25.У1 от действия вертикальной нагрузки на первой ступени режим нагружения кронштейнов генератора следующий: Р = 24,5 кН, P = 98,1 кН. При наработке
min 7 7 max 7 г г
1,235-106 циклов нагружения возникла первая трещина по радиусной зоне наружного ребра кронштейна 1 (ремонтный вариант). После наработки 2,607-10 6 циклов нагружения был осуществлен переход на вторую ступень на-гружения, на которой режим нагружения кронштейнов генератора составлял: Pmln = 27,0 кН, Pmax = 107,9 кН. При наработке 0,833-106 циклов нагружения появилась вторая трещина по радиусной зоне наружного ребра кронштейна 4, при наработке 0,933-106 циклов нагружения - третья трещина по радиусной зоне внутреннего ребра кронштейна 1, при наработке 1,074-10 6 циклов - четвертая трещина по радиусной зоне внутреннего ребра кронштейна 4, при наработке 1,133-10 6 циклов -
Рис. 5. Установка генератора в испытательной машине при усталостных испытаниях
пятая и шестая трещины по радиусной зоне наружного и внутреннего ребер кронштейна 2 (усиленный вариант кронштейна). При наработке 1,458 -10 6 циклов нагружения на второй ступени нагружения произошло разрушение кронштейна 4 по второй трещине.
Сравнение усталостной прочности различных вариантов исполнения кронштейнов генератора проведем путем сопоставления их наработок до появления трещин при одинаковых условиях нагружения.
Используя уравнение кривой усталости
Pm - N = const, (1)
в которой Р - величина нагрузки, m - показатель степени уравнения кривой усталости, N - количество циклов нагружения или наработка до появления трещины, пересчитаем наработку, полученную для первой трещины и до останова испытаний на первой ступени нагру-жения, где P = 98,1 кН, на режим нагружения второй ступени нагружения с Pmax = 107,9 кН.
В уравнении (1) принимаем, что m = 4 [15].
После вычислений имеем следующие значения наработок: 0,843-106 циклов нагруже-ния - наработка до появления первой трещины (кронштейн 1) при пересчете на режим второй ступени нагружения и 1,781 -106 циклов нагру-жения - наработка до останова при пересчете на режим второй ступени нагружения.
Тогда наработка для второй и последующих трещин с учетом пересчета составит:
• 2,613-106 циклов нагружения - по второй трещине (кронштейн 4);
• 2,713-106 циклов нагружения - по третьей трещине (кронштейн 1);
• 2,854-106 циклов нагружения - по четвертой трещине (кронштейн 4);
• 2,913-10 6 циклов нагружения - по пятой и шестой трещинам (кронштейн 2);
• 3,238-10 6 циклов нагружения - до разрушения по второй трещине (кронштейн 4).
Анализируя результаты усталостных испытаний кронштейнов генератора, отмечаем, что минимальная наработка до появления первой трещины - 0,843-106 циклов нагружения
на кронштейне 1 ремонтного варианта, что в 3,1 раза меньше наработки до образования второй трещины на кронштейне 4, оставленной в первоначальном исполнении, и в 3,45 раза меньше наработки до возникновения пятой трещины на усиленном кронштейне 2. В то же время усиление кронштейна 2 привело к незначительному увеличению в 1,1 раза наработки по сравнению с наработкой кронштейна 4, оставленном в первоначальном исполнении.
Очевидно, что предложенный вариант ремонта кронштейнов генератора не обеспечивает необходимую усталостную прочность и следует разработать новую технологию, например с перекрытием угла кронштейнов листом.
Испытания кронштейнов генератора ГИВ-25.У1, усиленных дополнительной накладкой
Анализ величин напряжений, возникающих в кронштейнах генератора ГИВ-25.У1, показывает, что суммарные напряжения от действия статических нагрузок не превышают допускаемых значений как для I (Gt = 72 МПа < < [g]i = 225 МПа), так и для III режимов нагружения (giii = 18 МПа < [g]iii =165 МПа).
При усталостных испытаниях в связи с тем, что у кронштейнов генератора, выполненных с дополнительной накладкой и без нее, различная жесткость, для обеспечения равномерного нагружения кронштейнов, принято решение испытывать кронштейны по парам: сначала кронштейны 3 и 4, затем 1 и 2.
Пары кронштейнов 3-4 и 1-2 испытыва-лись на трех ступенях нагружения. На первой ступени режим нагружения первой пары кронштейнов составлял Р = 12,3 кН, P =
г min 7 7 max
= 49,1 кН. При наработке 0,95-106 циклов на-гружения появилась первая трещина по окончании шва приварки наружного ребра с наружной стороны кронштейна 4 (установлена дополнительная накладка) к корпусу генератора, а при наработке 2,456-106 циклов нагруже-ния - вторая трещина по окончании шва приварки внутреннего ребра с наружной стороны
этого же кронштейна 4 к корпусу генератора. После наработки 3,224-106 циклов нагружения был осуществлен переход на вторую ступень с режимом нагружения: Р =14,7 кН, Р =
г г J mm 7 7 max
= 58,9 кН. После наработки 1,293-106 циклов (без образования новых трещин) - переход на третью ступень нагружения с режимом нагружения Р = 19,62 кН, Р = 78,5 кН. При
1 J mm 7 7 max 7 1
наработке 0,272-106 циклов нагружения возникла третья трещина по окончании шва приварки наружного ребра с наружной стороны кронштейна 3 (ремонтный вариант с установленной дополнительной накладкой) к корпусу генератора. При наработке 0,605-106 циклов нагружения испытания первой пары кронштейнов 3-4 генератора остановлены.
Вторая пара кронштейнов генератора испы-тывалась на тех же ступенях нагружения, что и первая пара. На первой ступени нагружения наработка второй пары кронштейнов 1-2 (без появления трещин) составила 3,105-106 циклов. На второй ступени нагружения первая трещина образовалась по окончании шва приварки наружного ребра с наружной стороны кронштейна 1 (кронштейн в первоначальном исполнении завода-изготовителя) к корпусу генератора при наработке 0,905-106 циклов. После наработки 1,316-106 циклов нагружения был осуществлен переход на третью ступень нагружения. При наработке 0,051-10 6 циклов на кронштейне 2 одновременно появились вторая и третья трещины: по окончании шва приварки наружного ребра с наружной стороны кронштейна к корпусу генератора и на наружном ребре кронштейна по окончании усиливающей накладки. При наработке 0,228-106 циклов нагружения возникла четвертая трещина - с обеих сторон наружного ребра кронштейна 1, в зоне приварки его к опорной планке; при наработке 0,795-10 6 циклов - пятая трещина - по окончании шва приварки внутреннего ребра с наружной стороны кронштейна 2 к корпусу генератора. При наработке 1,734-10 6 циклов нагружения произошло разрушение кронштейна 1 по четвертой трещине.
Сравнение прочности различных вариантов исполнения кронштейнов генератора про-
водили путем сопоставления их наработок до появления трещин при одинаковых условиях нагружения.
Используя уравнение кривой усталости (1), пересчитаем наработки, полученные на первой и второй ступенях нагружения, на режим нагружения третьей ступени, где Ртах = 78,5 кН для пары кронштейнов. Результаты пересчета наработок испытанных пар кронштейнов генератора ГИВ-25.У1 приведены в таблице.
Анализируя результаты усталостных испытаний двух пар кронштейнов генератора, отмечаем следующее. Разброс результатов усталостных испытаний на двух усиленных кронштейнах до появления первой и третьей трещин составляет до 6,5 раз. Наработка усиленного кронштейна до возникновения первой трещины равна 0,145-106 циклов, что в 5,2 раза меньше полученной на кронштейне в состоянии поставки завода-изготовителя. Наработка кронштейна ремонтного варианта в 8,0 раз превышает наработку кронштейна до появления первой трещины усиленного варианта и в 1,5 раза наработку кронштейна в состоянии поставки.
Следует отметить, что наработка кронштейна данного ремонтного варианта образца в 6 раз превышает найденную по результатам ранее выполненного ремонтного варианта (при одинаковых режимах нагружения) кронштейна генератора. Появление трещин на кронштейне ремонтного варианта, кронштейнах, усиленных методом наплавки, и кронштейне в первоначальном исполнении завода-изготовителя при ранее проводившихся испытаниях происходило в зоне радиусной выкружки (переход наклонного участка ребра в горизонтальный).
Доработка кронштейнов генератора путем установки на ребра дополнительной накладки привело к усилению опасного сечения кронштейнов и изменению зоны появления трещин. При наличии в конструкции кронштейна дополнительной накладки зоной образования трещин является шов приварки ребер кронштейна к корпусу генератора.
Для повышения усталостной прочности кронштейнов генератора ГИВ-25.У1 необ-
Результаты пересчета наработок испытанных пар кронштейнов генератора ГИВ-25.У1
Номер кронштейна Режим нагру-жения, кН Номер трещины Наработка до появления трещины, циклов Зона появления трещины и разрушение
Р min P max
1 19,6 78,5 1 0,76-106 По окончании шва приварки наружного ребра с наружной стороны кронштейна 1 к корпусу генератора
2 1,118-10 6 С обеих сторон наружного ребра кронштейна 1, в зоне приварки его к опорной планке
2 1 0,941 -106 По окончании шва приварки наружного ребра с наружной стороны кронштейна 2 к корпусу генератора
2 0,941 -106 На наружном ребре кронштейна 2, по окончании усиливающей накладки (развитие трещины - вверх)
3 1,685-106 По окончании шва приварки внутреннего ребра с наружной стороны кронштейна 2 к корпусу генератора
Останов испытаний при 2,624-106 циклов нагружения
3 19,6 78,5 1 1,173-106 По окончании шва приварки наружного ребра с наружной стороны кронштейна 3 к корпусу генератора
4 1 0,144-106 По окончании шва приварки наружного ребра с наружной стороны кронштейна 4 к корпусу генератора
2 0,374-106 По окончании шва приварки внутреннего ребра с наружной стороны кронштейна 4 к корпусу генератора
Останов испытаний при 1,506-106 циклов нагружения
ходимо «разделить» два концентратора напряжений: отверстие на торцевой поверхности корпуса генератора под болт крепления крышки и зону окончания шва приварки ребра кронштейна к корпусу генератора. Например, продлить дополнительную накладку до наружной поверхности корпуса с последующей приваркой к нему, что позволит сместить сварной шов от центра отверстия под болт на величину, равную толщине накладки.
Испытания кронштейнов генератора ТВГ-35.У1
При статических испытаниях кронштейнов генератора ТВГ-35.У1 определялись напряжения от действия расчетных нагрузок. Генератор закреплялся одновременно на четырех опорах-амортизаторах. Нагружение генератора осуществлялось в трех направлениях (см. рис. 4). Все нагрузки прикладывались в цент-
ре тяжести генератора, расчетные нагрузки по режимам нагружения имели следующие значения:
а) I режим (продольное ускорение ах = 5g):
- вертикальная Рв = 7,78 кН,
- продольная РГ пр = 32,85 кН;
б) I режим (продольное ускорение ах = 10g):
- вертикальная Рв = 9,0 кН,
- продольная РГ пр = 65,7 кН;
в) III режим:
- вертикальная Рв = 7,88 кН,
- боковая Р = 2,63 кН,
1.поп ' '
- продольная РГ пр = 9,86 кН.
Тензорезисторы устанавливались на каждом кронштейне в наиболее нагруженных зонах (рис. 6).
При статических испытаниях нагрузки прикладывались к корпусу генератора по отдельности, а полученные напряжения суммировались в соответствии с вышеуказанными режимами.
Анализ величин напряжений, возникающих в кронштейнах генератора ТВГ-35.У1, показывает, что суммарные напряжения от действия статических нагрузок по режимам нагруже-ния не превышают допускаемых значений как для I (ст1 = 93 МПа < [ст]1 = 225 МПа), так и для III режимов нагружения (аш = 40 МПа < < [ст]ш = 165 МПа).
Усталостные испытания кронштейнов генератора также проводились методом ступенчатого нагружения на двух уровнях динамического нагружения, с постоянным коэффициентом асимметрии, который был принят равным 0,25.
Испытания одновременно четырех кронштейнов генератора осуществлялись на двух ступенях динамического нагружения. На первой ступени режим нагружения был равен: Р = 27,0 кН, Р = 107,9 кН. При наработке
mm 7 7 max 7 11
примерно 4-10 6 циклов нагружения (без трещин) перешли на вторую ступень нагружения. На этой ступени режим нагружения составлял: Р = 39,2 кН, Р = 157,0 кН. При наработке
mm 7 7 max 7 г г
0,749-106 циклов нагружения возникла первая трещина снизу под кронштейном 3, по шву приварки дополнительной накладки к цилиндрической поверхности корпуса генератора со стороны торца корпуса (рис. 7). Развитие трещины происходило по сварному шву приварки накладки к цилиндрической поверхности корпуса генератора. После суммарной наработки 8 млн циклов нагружения не было выявлено появления других трещин и было принято решение об остановке испытаний.
Следует отметить, что сам сварной шов, выполненный вдоль цилиндрической поверхности корпуса генератора, является концентратором напряжений, да еще выходящий на торец корпуса. В связи с этим необходимо рассмотреть вопрос о выполнении сварного шва приварки дополнительной накладки с отступом от торца корпуса на 5-7 мм.
По результатам усталостных испытаний сравнивалась прочность кронштейнов генераторов ТВГ-35.У1 и ГИВ-25.У1 в исполнении завода-изготовителя, усиленных вариантов как методом наплавки, так и путем установки дополнительной накладки. Так как испытания кронштейнов проводились при разных
а - главный вид; б - вид справа; в - вид сверху
Рис. 7. Трещина по шву приварки дополнительной накладки к цилиндрической
поверхности корпуса генератора
режимах нагружения, то для сопоставления результатов использовали уравнение кривой усталости (1), пересчитывая наработки кронштейнов генератора до возникновения трещин на одинаковый режим нагружения: Р. = 27,0 кН, Р = 107,9 кН.
mm 7 7 max 7
После расчетов получили значения наработок до появления трещин:
7,295-10 6 циклов - для кронштейна генератора ТВГ-35.У1;
2,613-10 6 циклов - для кронштейна генератора ГИВ-25.У1 в исполнении завода-изготовителя;
2,913 -106 циклов - для кронштейна генератора ГИВ-25.У1, усиленного наплавкой;
4,212-106 циклов - для кронштейна генератора ГИВ-25.У1, усиленного дополнительной накладкой.
Анализируя результаты усталостных испытаний кронштейнов генератора, отмечаем следующее. Наработка кронштейна генератора ТВГ-35.У1 в 2,79 раза больше, чем кронштейнов генератора ГИВ-25.У1 в исполнении завода-изготовителя, в 2,5 раза - кронштейна, усиленного наплавкой, и в 1,79 раза -кронштейна, усиленного дополнительной накладкой.
Для сравнения прочности кронштейнов генератора определили условные пределы
выносливости испытанных образцов для базового числа циклов нагружения:
P = P
r ,Жусл гисп
N
N
(2)
В (2) Рг N усл - условный предел выносливости; Р - максимальная нагрузка цикла при испытаниях; N - количество циклов нагружения до появления трещины; Ыб = 107 - базовое число циклов нагружения.
В процессе вычислений с использованием наработок кронштейнов генераторов получены следующие условные пределы выносливости:
Рг Мусл = 99,67 кН - для кронштейна генератора ТВГ-35.У1;
Рг „усл = 77,11 кН - для кронштейна генератора ГИВ-25.У1 в исполнении завода-изготовителя;
Рг л, усл = 79,26 кН - для кронштейна генератора ГИВ-25.У1, усиленного наплавкой;
Рг усл = 86,92 кН - для кронштейна генератора ГИВ-25.У1, усиленного дополнительной накладкой.
Возможное минимальное значение условного предела выносливости при вероятности неразрушения а оценивается по формуле
(Pr,Жусл )min Pr,Жусл ' (1 V ' Za ),
в которой v - коэффициент вариации (принимаем v = 0,15); Za - односторонняя квантиль нормированных отклонений нормального распределения (при а = 0,95, Za = 1,645).
Минимальная величина условных пределов выносливости составит:
(Pr Nусл)тт = 75,14 кН - для кронштейна генератора ТВГ-35.У1;
(Pr Nусл)min = 58,08 кН - для кронштейна генератора ГИВ-25.У1 в исполнении завода-изготовителя;
(Pr Nусл)тт = 59,74 кН - для кронштейна генератора ГИВ-25.У1, усиленного наплавкой;
(Р ) = 65,53 кН - для кронштейна
v r, N усж min 7 г
генератора ГИВ-25.У1, усиленного дополнительной накладкой.
Таким образом, по результатам усталостных испытаний кронштейнов одного образца генератора установлено, что минимальный условный предел выносливости кронштейнов генератора ТВГ-35.У1 (номинальная мощность 32 кВт) равен 75,14 кН, что в 1,29 раза больше, чем кронштейнов генератора ГИВ-25.У1 (номинальная мощность 25 кВт) в исполнении завода-изготовителя, в 1,26 раза - кронштейна, усиленного наплавкой, и в 1,15 раза - кронштейна, усиленного дополнительной накладкой, при одинаковых условиях испытаний.
Заключение
По результатам испытаний кронштейнов образца генератора ТВГ-35.У1 (номинальная мощность 32 кВт) производства «ТрансПри-водТверь» можно сделать следующие выводы:
1) напряжения в кронштейнах генератора от действия расчетных статических нагрузок не превышают допускаемых значений как для I (gi = 93 МПа < [g]i = 225 МПа), так и для III режимов нагружения (аш = 40 МПа < [g]iii = = 165 МПа);
2) выявлена зона появления трещины - начало шва приварки (от торца корпуса генератора) дополнительной накладки к корпусу;
3) минимальное значение условного предела выносливости кронштейна генератора ТВГ-35.У1 составило 75,14 кН, что в 1,29 раза больше, чем кронштейна генератора ГИВ-25.У1, в исполнении завода-изготовителя при одинаковых условиях испытаний.
Для повышения усталостной прочности крепления кронштейнов генератора считаем целесообразным шов приварки дополнительной накладки начинать с отступом на 5-7 мм от торца корпуса генератора, а также отверстия под болт крепления торцевой крышки генератора отнести от швов приварки дополнительной накладки на 20-30 мм.
Библиографический список
1. Терешкин Л. В. Приводы генераторов пассажирских вагонов / Л. В. Терешкин. - М. : Транспорт, 1990. - 152 с.
2. Комаров Ю. И. Электроснабжение пассажирских вагонов / Ю. И. Комаров // Изв. Петерб. ун-та путей сообщения. - СПб. : ПГУПС, 2007. - Вып. 1. -С. 41-54.
3. Самошкин С. Л. Исследование системы подвешивания вагонного генератора привода WBA-32/2 пассажирского вагона методом математического моделирования / С. Л. Самошкин, С. А. Соловьев // Вагонный парк. - 2013. - № 3 (72). -С. 50-52.
4. Самошкин С. Л. Универсальный привод систем энергоснабжения пассажирских вагонов / С. Л. Самошкин // Железнодорожный транспорт. -2003. - № 11. - С. 41-43.
5. Самошкин С. Л. Пути повышения эксплуатационной надежности приводов вагонных генераторов / С. Л. Самошкин, С. А. Соловьев // Тяжелое машиностроение. - 2004. - № 10. - С. 39-43.
6. Гайденко В. Я. Совершенствование приводов генераторов пассажирских вагонов / В. Я. Гайденко, В. Е. Усов, А. М. Краснобаев // Железнодорожный транспорт. - 1989. - № 2. - С. 41-43.
7. ТУ 3371-001-85874002-2009. Генераторы синхронные трехфазные типа ГИВ. Технические условия. - Пенза : ООО «ПензЭлмаш», 2009. - 19 с.
8. Соколов М. М. Контроль динамики железнодорожного подвижного состава / М. М. Соколов,
A. В. Третьяков, И. Г. Марчиладзе. - М. : ИБС-Холдинг, 2007. - 358 с.
9. Анисимов П. С. Испытания вагонов / П. С. Ани-симов. - М. : Маршрут, 2004. - 197 с.
10. Соколов М. М. Измерения и контроль при ремонте и эксплуатации вагонов / М. М. Соколов,
B. И. Варава, Г. М. Левит. - М. : Транспорт, 1991. -158 с.
11. РД 24.050.37-95. Вагоны грузовые и пассажирские. Методы испытаний на прочность и ходовые качества. - М. : ГосНИИВ, 1995. - 101 с.
12. Монтгомери Д. К. Планирование эксперимента и анализ данных / Д. К. Монтгомери; сокр. пер. с англ. В. А. Коптяева. - Л. : Судостроение, 1980. - 384 с.
13. Тензометрия в машиностроении : справ. пособие / под ред. Р. А. Макарова. - М. : Машиностроение, 1975. - 288 с.
14. Москвитин В. В. Циклические нагружения элементов конструкций / В. В. Москвитин. - М. : Наука, 1981. - 344 с.
15. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). - М. : ВНИИВ-ВНИИЖТ, 1983. - 260 с.
References
1. Tereshkin L. V. Privody generatorov passazhir-skikh vagonov [Passenger carriages 'generator drives]. Moscow, Transport Publ., 1990, 152 p. (In Russian)
2. Komarov Yu. I. Elektrosnabzhenie passazhir-skikh vagonov [Passenger carriages' electrical power supply]. Izvestiya Peterb. universiteta putei soob-shcheniia [Proc. of Petersburg Transport University]. Saint Peterburg, Petersburg State Transport University Publ., 2007, issue 1, pp. 41-54. (In Russian)
3. Samoshkin S. L. & Solov'ev S. A. Issledovanie sistemy podveshivaniia vagonnogo generatora privoda WBA-32/2 passazhirskogo vagona metodom matema-ticheskogo modelirovaniia [A study of carriage generator suspension system for WBA-32/2 passenger carriage drive by mathematical simulation method]. Vagonnyipark [Wagon fleet], 2013, no. 3 (72), pp. 5052. (In Russian)
4. Samoshkin S. L. Universal'nyi privod sistem en-ergosnabzheniia passazhirskikh vagonov [Universal
drive for passenger carriages' electrical power systems]. Zhelznodorozhnyi transport [Railway transport], 2003, no. 11, pp. 41-43. (In Russian)
5. Samoshkin S. L. & Solov'ev S. A. Puti povyshe-niia ekspluatatsionnoi nadezhnosti privodov vagon-nykh generatorov [Methods for increasing functional reliability of carriage generators' drives]. Tiazheloe mashinostroenie [Heavy engineering], 2004, no. 10, pp. 39-43. (In Russian)
6. Gaidenko V. Ya., Usov V. E. & Krasnobaev A. M. Sovershenstvovanie privodov generatorov passazhir-skikh vagonov [Improving passenger carriages' generator drives]. Zhelznodorozhnyi transport [Railway transport], 1989, no. 2, pp. 41-43. (In Russian)
7. TU3371-001-85874002-2009. Generatory sin-khronnye trekhfaznye tipa GIV. Tekhnicheskie usloviia [Technical conditions. GIV-type synchronistic three-phase generators. TU 3371-001-85874002-2009]. Penza, PenzElmash Publ., 2009, 19 p. (In Russian)
8. Sokolov M. M., Tret'iakov A. V. & Marchi-ladze I. G. Kontrol' dinamiki zheleznodorozhnogo pod-vizhnogo sostava [Dynamic control of railway rolling stock]. Moscow, IBS Holding Publ., 2007, 358 p. (In Russian)
9. Anisimov P. S. Ispytaniia vagonov [Carriage testing]. Moscow, Marshrut Publ., 2004, 197 p. (In Russian)
10. Sokolov M. M., Varava V. I. & Levit G. M. Izme-reniia i kontrol'pri remonte i ekspluatatsii vagonov [Measurements and control in carriage repair and operation]. Moscow, Transport Publ., 1991, 158 p. (In Russian)
11. RD 24.050.37-95. Vagony gruzovye ipassazhir-skie. Metody ispytanii na prochnost' i khodovye kachest-va [Controlling document RD 24.050.37-95. Cargo and passenger carriages. Methods for strength and riding quality tests]. Moscow, State Scientific Research Institute for Carriage Building (GosNIIV) Publ., 1995, 101 p. (In Russian)
12. Montgomeri D. K. Planirovanie eksperimenta i analiz dannykh [Design and Analysis of Experiments]. Leningrad, Sudostroenie Publ., 1980, 384 p. (In Russian)
13. Tenzometriia v mashinostroenii [Strain measurement in mechanical engineering]. Reference book. Ed. by R.A. Makarov. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1975, 288 p. (In Russian)
14. Moskvitin V. V. Tsiklicheskie nagruzheniia elementov konstruktsii [Cyclic loading of structural components]. Moscow, Nauka Publ., 1981, 344 p. (In Russian)
15. Normy dlya rascheta iproektirovaniia novykh i moderniziruemykh vagonov zheleznykh dorog MPS ko-lei 1520 mm (nesamokhodnykh) [Norms for calculation
and design of new and modernised carriages for Ways of Communications Ministry 1520-mm gauge railways (non-self-propelled)]. Moscow, All-Union Scientific Research Institute for Carriage Building (VNIIV) -All-Union Scientific Research Institute of Railway Transport (VNIIZhT) Publ., 1983, 260 p. (In Russian)
САМОШКИН Сергей Львович - д-р техн. наук, начальник управления; *МАКАРОВ Александр Николаевич - инженер, [email protected]; ХОМЕНКО Андрей Анатольевич - канд. техн. наук, заведующий лабораторией (ЗАО НО «Тверской институт вагоностроения»); СЕМЕНОВ Павел Юрьевич - генеральный директор (ООО «ТрансПриводТверь»).
