CC BY
33
УДК 625.141.2
б. м. товт, е. м. дзиковськии, о. е. кривчиков (дпт)
ДОСЛ1ДЖЕННЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ НЕСУЧО1 КОНСТРУКЦИ РЕЙКОЗВАРЮВАЛЬНО? КОЛ1ЙНО1 МАШИНИ КРС-1
У статп наведено результати аналггачного i експериментального дослвджень напружено-деформованого стану (НДС) несучо! конструкци рейкозварювально! колшно! машини КРС-1. Аналiтичне дослiдження ви-конано з використанням методу сшнченних елементiв (МСЕ). Результати аналiтичного дослщження викори-станi при проведеннi ходових динашчних випробувань на мiцнiсть. Проведено порiвняння результатiв експериментального i аналiтичного дослвджень. На основi аналiзу отриманих розрахункових та експеримента-льних даних виконано оцiнку мiцностi конструкци рейкозварювально! колшно! машини КРС-1.
Ключовi слова: колшна машин КРС-1, дослщження напружено-деформованого стану, втомлювальна мь цшсть, МСЕ, випробування
Рейкозварювальна колiйна машина КРС-1 призначена для зварювання рейок при ремонт безстиково! коли, а також одиничних рейок у безстиковi плт на станцiонних колiях. Машина зварюе рейки у коли, якою рухаеться, а також рейки, укладеш всерединi коли та зовш вiд ходово! рейки [1]. Загальний вид планувальни-ка машини КРС-1 виробництва ВАТ «Каховсь-кий завод електрозварювального обладнання» зображено на рис. 1.
Рис. 1. Рейкозварювальна колшна машина КРС-1
Для проведення експериментальних досл> джень зразок машини КРС-1 був вщбраний у вщповщносп з вимогами нормативних докуме-нтiв з оформленням акта.
Ощнка мiцностi виконувалася для транспортного режиму експлуатаци.
Транспортний режим - це такий режим експлуатаци, при якому машина може включатися до складу потягу, який рухаеться зi швидюстю до 90 км/год, або рухатися самоходом, як окре-ма транспортна одиниця зi швидюстю до 90 км/год.
Рама машини КРС-1 (рис. 2) складаеться з двох основних повздовжшх балок 1 (рис. 3), двох шкворневих балок 2, восьми поперечних
балок 3, двох буферних брус1в з коробками для поглинальних апарат1в 4, поперечних балок (двотавр № 36М ГОСТ 19425-74* i швелер № 14П ГОСТ 8240-97) 5. Також до модел1 додано обв'язувальний пояс з швелера № 14П ГОСТ 8240-97.
Основний повздовжиш несучш елемент конструкци рами мае складний поперечний пе-рер1з (рис. 3), який складаеться з двотавра 1 № 36М ГОСТ 19425-74*, швеллера 2 № 14П ГОСТ 8240-97, закритого накладкою 3, а також накладки 4.
Анал1тичне дослщження напружено-дефор-мованого стану (НДС) несучо! конструкци колшно! машини КРС-1 виконувалося за допомо-гою методу сюнченних елемеипв (МСЕ). Роз-рахунок несучо! конструкци за МСЕ мав за мету:
1) перев1рити вщповщшсть конструкци умовам мщносп;
2) визначити мюця встановлення тензомет-ричних датчиюв для проведення ходових дина-м1чних випробувань на мщшсть.
Окр1м того, за результатами розрахунку несучо! конструкци машини КРС-1 за МСЕ були визначеш статичш напруження аст з наступ-ною оцшкою коефщенту запасу втомлюваль-но! мщносп n.
Для анал1тичного дослщження НДС несучо! конструкци машини КРС-1 було створено скш-ченно-елементу модель, представлену на рис. 2. В якосп сюнченних елеменпв було взято трьох- i чотирьохвузлов1 пластинки.
При виконанш анал1тичного дослщження напружено-деформованого стану (НДС) несучо! конструкци дослщжувано! машини транс-
© Товт Б. М., Дз1чковський е. М., Кривчиков О. е., 2012
портнии режим моделювався д1ею вертикального навантаження власно! ваги несучо! рами машини { стащонарного обладнання, встанов-леного на не! у транспортному положенш з урахуванням коефщента динамши к . Навантаження вщ обладнання, маса якого перевищу-
вала 1 т, моделювалося зосередженими силами, д1ючими у мюцях кршлення цього обладнання (рис. 4, 5). Навантаження вщ шшого обладнання враховувалися додаванням до власно! ваги рами, шляхом перерахунку питомо! ваги мате-р1алу рами.
Рис. 2. Сшнченно-елемента модель рами реИкозварювально!' колшно! машини КРС-1
Граничш умови задач! реал1зовувалися за допомогою введення до мюць спирання рами вертикальних зв'язюв скшченно! жорсткосп, причому сумарна жорстюсть одного комплекту зв'язюв скшченно!' жорсткосп була взята р1в-
ною жорсткост1 одного комплекту ресорного шдвшування.
На рис. 6 { 7 вщповщно показаш поля роз-подшу за конструкщею рами головних с1 { ек-в1валентних секв напружень за енергетичною теор1ею мщност Губера-М!зеса-Геню.
Рис. 3. Поперечний перер1з основного повздовжнього елемента рами колшно! машини КРС-1
Рис. 4. Схема навантаження сшнченно-елементно! модел1 у верхнш площиш несучо! рами
Л
Тягов1 електродвигуни 17,6 кН
Паливний бак 29,8 кН
Рис. 5. Схема навантаження сшнченно-елементно! модел1 у нижнш площиш несучо! рами
Рис. 6. Поля головних напружень у центральнш частиш несучо! рами. Транспортний режим (МПа)
Рис. 7. Поля екывалентних напружень стекв у центральнiй частинi несучо! рами. Транспортний режимi (МПа)
Дослщження НДС несучо1 конструкцп ко-л1йно1 машини КРС-1 показало (рис. 6, 7), що ïï середня частина е найбшьш навантаженою при дiï статичного навантаження. Зона максималь-них напружень розташована у накладцi 4 (рис. 3) основного повздовжнього елемента не-сучоï рами у районi шдвшування паливного бака (точка X6R на рис. 8). Значения е^вален-тних напружень за енергетичною теорiею мщ-ностi Губера-Мiзеса-Генкi з урахуванням кое-фiцiенту динамiки, який складав k = 1,38, у зонi концентраци (точка X6R) складають СдШ = kaCT = 146 МПа.
Таким чином, мщшсть несучоï рами машини КРС-1 за допустимими напруженнями за-безпечуеться, оскiльки максимальнi напружен-ня у транспортному режимi, як становлять 146 МПа, не перевищують нормативне значен-ня [с] = 155 МПа [2].
Галузевою науково-дослiдною лабораторiею динамiки та мiцностi рухомого складу (ГНДЛ ДМРС) Днiпропетровського нацiонального уш-верситету залiзничного транспорту iм. акад. В. Лазаряна (ДНУЗТ) були проведет ходовi динамiчнi випробування на мщшсть дослщного зразка машини КРС-1. Випробування проводи-лися на Одеськiй залiзницi.
Метою випробувань були перевiрка вщпов> дностi конструкцiï дослiдного зразка машини КРС-1 та ïï мщшсних показниюв вимогам Тех-нiчного завдання, нормативних документiв [2, 3], що визначають умови безпеки руху та експлуатаци, а також визначення коефiцiентiв запасу втомлювальноï мiцностi у найбiльш на-вантажених мiсцях конструкцiï. Ходовi динам>
чнi випробування на мiцнiсть були проведеш згiдно програми-методики, розробленоï на тд-ставi Технiчного завдання i [3].
Ходовi динамiчнi випробування на мщшсть колiйноï машини проводилися при рус дослщ-ноï машини на перегош зi швидкостями до 90 км/год (транспортний режим).
На основi проведеного анал^ичного досл> дження НДС несучоï конструкцiï машини КРС-1 були визначеш мiсця встановлення тен-зометричних датчикiв для вимiрювання дина-мiчних складових напружень.
Схему розташування тензометричних дат-чикiв наведено на рис. 8.
Ходовi динамiчнi випробування на мщшсть проводились одночасно з ходовими динамiч-ними випробуваннями при рус дослiдноï машини прямими i кривими дiлянками колiï, а також по стршочних переводах.
Значення коефiцiентiв запасу втомлюваль-ноï мщносп n для характерних мiсць констру-кцiï рами рейкозварювальноï колiйноï машини КРС-1 при рус на перегонах i по стршочних переводах, як визначалися з використанням статичних напружень i найбшьших динамiчних добавок, наведеш у табл. 1.
Коефiцiент запасу втомлювальноï мiцностi розраховувався за вщомим виразом [4]:
с
n = -
КсСа +^сСт
де с— - границя витривалост гладенького лабораторного зразка при симетричному цикл для базовоï довговiчностi;
от - середне значення циклу напружень. - коефiцieнт чутливостi й асиметри ци-
Приймалося рiвним значенню напруження, от- клу;
риманому при ди статичного навантаження Ка - сумарний коефiцiент, який враховуе
Сст, тобто = Сст. вплив концентраци напружень, масштабного i
оа - номiнальне значення ампл^уди циклу технологiчного факторiв. змши напружень;
Коефiцieнти запасу втомлювально'1 мщносп в елементах несучо'1 конструкци машини КРС-1 Транспортний режим
[п]
Рис. 8. Схема розмщення тензометричних датчиков на несучш раш колшно!' машини КРС-1
Таблиця 1 маш значення цього коефщенту знаходяться у допустимих межах.
З порiвняльно! табл. 2 видно, що у найбiльш навантажених елементах конструкци (точка ХбЯ) значення коефiцiентiв запасу втомлювально! мiцностi, отриманi аналгтичним i експе-риментальним шляхом, добре узгоджуються i знаходяться у допустимих межах, оскiльки не нижче нормованого значення [п] = 1,5 [2, 3].
Таким чином, в результат аналiзу аналгтич-ного та експериментального дослщжень, було встановлено, що мщнють несучо! конструкци рами рейкозварювально! колшно! машини КРС-1 у транспортному режимi забезпечена як допустимими напруженнями, так i за коефще-нтами запасу втомлювально! мiцностi.
Таблиця 2
Датчик V , км/год п
10-30 2,58
Х6Я 31-50 2,31
51-70 2,09
71-90 1,99
10-30 2,17
Х7Я 31-50 1,98
51-70 2,09
71-90 2,06
1,5
Втомлювальна мiцнiсть несучо! рами досл> дно! машини вважаеться забезпеченою, якщо у всьому дiапазонi швидкостей, для яких прово-дилися випробування, отримаш значення кое-фiцiентiв запасу втомлювально! мщносп не меншi за нормативного значення, яке зпдно [2, 3] приймалося [п] = 1,5 . В результат оброб-
ки експериментальних даних ходових динамiч-них випробувань на мщнють (табл. 1) можна зробити висновок, що мщнють несучо! конструкци рами рейкозварювально! колiйно! машини КРС-1 за коефщентом запасу втомлювально! мщносп забезпечуеться, оскiльки отри-
Коефiцieнти запасу втомлювально'1 мiцностi несучо'1 конструкци машини КРС-1
Мтсце конструкци Розрахунок конструкци за МСЕ Ходов1 дина-м1чш випробування на мщтсть [ п]
Х6Я 1,96 1,99 1,5
Х7Я 2,36 1,98
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИИ СПИСОК
Путевые машины [Текст] / С. А. Соломонов [и др.]. - Желдориздат, 2000. - 756 с.
2. Нормы прочности металлоконструкций путевых машин. ОСТ 32.62-96 [Текст] / ВНИИЖТ МПС РФ. - М., 1996.
3. Система испытаний подвижного состава. Организация и порядок проведения приёмочных и сертификационных испытаний тягового подвижного состава. ОСТ 32.53-96 [Текст] / ВНИИЖТ МПС РФ. - М., 1996.
4. Тимошенко, С. П. Сопротивление материалов [Текст] : том II / С. П. Тимошенко. - М.: Наука, 1965. - 480 с.
Надшшла до редколегп 22.04.2011. Прийнята до друку 27.04.2011.
Б. Н. ТОВТ, Е. М. ДЗИЧКОВСКИЙ, А. Е. КРИВЧИКОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НЕСУЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ РЕЛЬСОСВАРОЧНОЙ ПУТЕВОЙ МАШИНЫ КРС-1
В статье приведены результаты аналитического и экспериментального исследований напряжённо-деформированного состояния (НДС) несущей конструкции рельсосварочной путевой машины КРС-1. Аналитическое исследование выполнено с использованием метода конечных элементов (МКЭ). Результаты аналитического исследования использованы при проведении ходовых динамических испытаний на прочность. Выполнено сравнение результатов экспериментального и аналитического исследований. На основе анализа полученных расчётных и экспериментальных данных выполнена оценка прочности несущей конструкции рельсосварочной путевой машины КРС-1.
Ключевые слова: путевая машина КРС-1, исследования напряжённо-деформированного состояния, усталостная прочность, МКЭ, испытания
b. m. tovt, e. m. dzichkovskyy, o. e. kryvchykov
RESEARCH OF STRAINED-AND-STRESSED STATE OF SUPPORTING STRUCTURE OF TRACK MACHINE KRS-1
In this article the results of analytical and experimental research of the strained-and-stressed state of supporting structure of the track machine KRS-1 are presented. The analytical research is executed with the use of finite-element method (FEM). The results of analytical research are used during realization of running dynamic durability tests. The results of experimental and analytical research are compared. On the basis of analysis of the obtained calculation and experimental data the estimation of durability of supporting structure of the track machine KRS-1 is performed.
Keywords: track machine KRS-1, study of strained-and-stressed state, fatigue durability, FEM, test
