ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат научно-исследовательской работы.

В течение всего срока службы вагон подвергается действию статических и динамических нагрузок. Кроме того, вагон подвергается ряду воздействий, носящих обычно временный характер (нагрузки, обусловленные особенностями технологии изготовления и ремонта вагона и его частей).

В заводской практике исследование напряженного состояния конструкции от действия ремонтных нагрузок ограничивается, как правило, выполнением на этапе технического проектирования конструкции вагона упрощенных расчетов, основанных на применении простейших расчетных схем.

Детальный анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкции осуществляется экспериментально на натурных образцах, что является трудоемким и дорогостоящим процессом.

В связи с этим вопрос о влиянии ремонтных нагрузок на несущую способность кузовов вагонов представляется актуальным.

В настоящей работе выполнено исследование нагруженности конструкции кузова полувагона от действия ремонтных нагрузок. Современный уровень развития науки о прочности кузовов вагонов предоставляет возможность теоретической оценки прочности и устойчивости металлоконструкций кузовов. Решение поставленной задачи проводилось численным способом на основе схем МКЭ.

На рис.1 представлена расчетная схема МКЭ кузова универсального полувагона.

Рис.1. Расчетная схема МКЭ кузова универсального полувагона

Предлагаемая расчетная схема в целом соответствует структуре несущей конструкции кузова, включает основные подкрепляющие элементы в виде стержней с эксцентриситетом и обшивку в виде треугольных ортотропных пластин. Схема содержит 275 элементов, соединенных в 106 узлах и имеет 636 степеней свободы. Линейные размеры и геометрические характеристики стержневых элементов схемы взяты из расчетов Уральского вагоностроительного завода (УВЗ).

Величина расчетных нагрузок и схемы их приложения обусловлены комплексом нагрузок, прикладываемых к вагону при его ремонте. Внешние силы прикладываются к узлам расчетной схемы по направлениям общих осей координатxyz. Неподвижность системы в пространстве как твердого тела обеспечивается введением соответствующих связей: вертикальная связь по оси пятника и связи по продольным и поперечным плоскостям.

Описанный выше подход к расчету прочности конструкции позволяет осуществить детальную оценку напряженного состояния кузова универсального полувагона. Критерием достоверности полученных с его помощью результатов может служить сопоставление с результатами расчета УВЗ от вертикальной нагрузки (брутто кузова). Значения расчетных нормальных напряжений и их сопоставление с результатами заводского расчета приведены в табл.1.

Таблица 1

Результаты расчета: напряжения в точках сечений кузова

универсального полувагона при действии вертикальной нагрузки,

при ремонтных нагрузках

Анализ представленных в таблице данных позволяет сделать вывод о возможности получения с помощью предлагаемой конечно-элементной схемы приемлемых значений НДС кузова полувагона (в большинстве случаев разница в величинах максимальных напряжений в сечениях колеблется в пределах 5…40%, что следует считать приемлемым).

В таблице 1 для указанных сечений основных несущих элементов также приведены значения напряжений, обусловленных комплексом расчетных нагрузок, предусмотренных "Нормами для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)" при ремонте вагона:

а) подъемка груженого кузова под один конец шкворневой балки на 10 см для возможности гарантированного демонтажа рессорного комплекта;

б) подъемка порожнего кузова двумя домкратами за диагонально расположенные концы шкворневых балок до полного отрыва пятников кузова от подпятников тележек.

Оценка прочности несущей конструкции универсального полувагона проводилась путем сравнения максимальных расчетных напряжений в конструкции при ремонтном режиме нагружения с допускаемыми напряжениями для первого расчетного режима.

Наиболее показательным с точки зрения сопоставления результатов оказался расчет от нагрузки, возникающей при подъемке кузова за диагонально расположенные концы шкворневых балок. При действии указанной нагрузки получены максимальные значения расчетных напряжений в элементах кузова.

Рассмотренную схему можно использовать как основу при построении расчетной схемы несущей конструкции полувагона с глухим кузовом. Для этого в схему (рис.1) дополнительно вводятся 56 треугольных пластин, моделирующих настил рамы. Указанное дополнение схемы не связано с необходимостью перенумерации узлов и конечных элементов.