Оптимизация несущей конструкции кузова глухого полувагона
Объект исследования: кузов глухого полувагона.
Результаты, полученные лично автором: исследовано влияние изменения жесткостных характеристик поперечных балок рамы на напряженное состояние хребтовой, шкворневой и поперечной балки в процессе оптимизации несущей конструкции рамы кузова глухого полувагона.
Для оптимизации несущей конструкции рамы кузова глухого полувагона использовался метод покоординатной оптимизации. Суть метода заключается в уменьшении жесткостных характеристик одного несущего элемента или группы элементов, например, поперечных балок рамы, при этом другие несущие элементы остаются неизменными. Далее проверяется выполнение ограничений по прочности всех несущих элементов. Если максимальные напряжения не превышают допускаемых, то делается очередной шаг уменьшения жесткостных характеристик этих же балок и процесс повторяется до тех пор, пока хотя бы в одном несущем элементе максимальные напряжения не превысят допускаемых.
В процессе оптимизации были введены конструктивные ограничения и ограничения по прочности
Была построена пластинчато-стержневая схема МКЭ модели несущей конструкции кузова глухого полувагона (рис. 1).
Затем к полученной модели были приложены усилия, взятые из норм МПС и проведен расчет конструкции. Максимальные напряжения в балках составили 119 МПа при первом и третьем расчетном режиме. Далее производилось уменьшение жесткостных характеристик целой группы поперечных балок рамы, поперечным сечением которых является двутавр и производился перерасчет. Исходным вариантом сечения был двутавр № 30.
Рис. 1. Пластинчато-стержневая схема МКЭ модели несущей конструкции кузова глухого
полувагона
В процессе оптимизации был принят двутавр № 18. Максимальные напряжения в балках составили 228 МПа при первом расчетном режиме и 206 МПа при третьем расчетном режиме. Дальнейшее изменение жесткостных характеристик было невозможно из-за конструктивных ограничений и ограничений по прочности.
Результаты расчетов приведены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты расчетов
| № двутавра | Напряжения в балках, МПа | ||
| Хребтовая | Шкворневая | Поперечная | |
| 1 режим-растяжение | |||
| 1 режим-сжатие | |||
| 3 режим-сжатие | |||
| 3 режим-растяжение | |||
Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы:
1. Напряжения в оптимизированных балках увеличились примерно в 2 раза, а в шкворневых балках – уменьшились на 18 % по сравнению с исходным вариантом;
2. В процессе оптимизации рамы кузова глухого полувагона следует учитывать влияние изменения жесткостных характеристик поперечных балок на напряженное состояние шкворневых балок.
Материал поступил в редколлегию 29.03.2017
УДК 629.4
П.А. Титарев
Научные руководители: доцент кафедры «Подвижной состав железных дорог», к.т.н. В.И. Воробьев, ассистент кафедры «Подвижной состав железных дорог» Д.А. Бондаренко
ВАРИАНТ МОДЕРНИЗАЦИИ ТЯГОВОГО ПРИВОДА
Объект исследования: тяговый привод тепловоза.
Результаты, полученные лично автором: выполнен анализ существующих конструкций тяговых приводов тепловозов и предложен вариант его модернизации.
Недостатки приводов с интеграцией опорно-осевого асинхронного тягового двигателя (АТД) с осевым редуктора и приводов с опорно-рамным ТЭД и осевым редуктором могут быть устранены при выполнении привода по схеме рис. 1.
В предлагаемом приводе ТЭД и осевой редуктор выполнены в виде двух самостоятельных сборочных узлов, каждый их которых независимо опирается на ось через свои подшипники. При этом корпус осевого редуктора связан с корпусом ТЭД шарнирным соединение таким образом, при перемещении колесной пары относительно рамы тележки положение вала осевого редуктора относительно вала АТД не меняется. Радиальная и угловая несоосность валов определяется погрешностями изготовления корпусных деталей и зазорами в подшипниках и в шарнирном соединении АТД с редуктором, что, как минимум, на порядок ниже расцентровок при опорно-рамном подвешивании. Это позволяет вместо карданного вала или двойной муфты использовать одинарную упругую муфту, тем самым сняв ограничения на повышение частоты оборотов асинхронного ТЭД, вызванные размещением торсионного вала в полом якоре.
Динамические нагрузки, возникающие в тяговом приводе при проезде неровностей, амортизируются за счет упругой муфты, элементы которой доступны для осмотра. Наличие упругой муфты позволяет обойтись без УСЗК, что упрощает привод, поскольку осмотр упругих элементов муфты может быть произведен без демонтажа корпуса редуктора.
Наличие шарнирного соединения позволяет обеспечить возможность балансировки ТЭД без редуктора, что упрощает изготовление и диагностику ТЭД.
Конструкция осевого редуктора получается более простой и технологичной, чем в интегрированном приводе Siemens. Число звеньев размерных цепей, определяющих параллельность зубчатых колес, меньше, что упрощает изготовление редуктора и его сборку. Малое зубчатое колесо расположено симметрично относительно подшипниковых опор, а расположение осевых подшипников практически исключает влияние изгиба оси колесной пары на перекос зубчатых колес. В отличие от ненесущего кожуха, в корпусе редуктора может быть устроен приварной карман для увеличения запаса смазки, как это сделано на тепловозе 2ТЭ121 и электровозе ДС3.
Рис. 1. Опорно-осевой тяговый привод с шарнирным соединением редуктора и ТЭД: 1 - ТЭД; 2 – ось колесной пары, 3 – осевые подшипники ТЭД; 4 – осевой редуктор; 5 – палец;
6 – сферический шарнир; 7 – ползун; 8 – кронштейн;
9 – рама тележки, 10 – тяга подвески; 11 – вал-шестерня; 12 – вал ТЭД;
13 – упругая муфта; 14 – осевые подшипники редуктора
В осевом редукторе могут быть применены роликовые подшипники с цилиндрическими роликами для восприятия радиальных нагрузок и шариковые - для восприятия осевых усилий. В процессе освоения производства корпус редуктора может быть на опытных образцах выполнен сварной конструкции с последующим переходом на литую.
Материал поступил в редколлегию 25.04.2017
УДК 629.463.1
Н.Ю. Тысева
Научный руководитель: заведующий кафедрой «Подвижной состав железных дорог», к.т.н. Д.Я. Антипин