Прочность боковой рамы трехэлементной тележки
Loading...
Date
2017
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днипро
Abstract
RU: Цель. В научной работе предполагается оценить влияние различных нагрузок на напряженнодеформированное состояние боковой рамы тележки грузового вагона, а также распределение полей напряжений в конструкции боковой рамы тележки грузового вагона с опиранием через горизонтальные поверхности, и через горизонтальные и наклонные поверхности челюстного проема. Методика. Разработана объемная конечно-элементная модель боковой рамы тележки ZK-1 грузового вагона. К модели приложены силы согласно действующей нормативной документации на теоретические исследования, определены напряжения, возникающие в элементах модели. Проведены статические испытания боковой рамы тележки модели ZK-1, при которых определены напряжения, возникающие в ключевых точках рамы при действии сил согласно существующей методике статических испытаний боковых рам тележек грузового вагона. Для проверки качества конечно-элементной модели определены напряжения в ней при действии сил, соответствующих статическим испытаниям. Для согласования напряжений, полученных при теоретических исследованиях и статических испытаниях, определены соответствующие коэффициенты. Проведено сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований напряжений в конструкции боковой рамы для ее опасных сечений. Результаты. Нормативная документация на проведение экспериментальных исследований прочности боковых рам не учитывает в полной мере загрузки, действующие на раму во время ее эксплуатации, и предусмотренную теоретическим путем прочность боковой рамы. Оценка прочности боковой рамы по результатам только натурных испытаний не дает полной картины распределения полей напряжений, так как предусмотренные места установки датчиков не охватывают большинства элементов конструкции с возможной концентрацией напряжений. Научная новизна. Автором проведено сравнение нагрузок,
прикладываемых к боковой раме при теоретических и экспериментальных исследованиях, с нагрузками,
действующими в эксплуатации. Дана оценка влияния применения наклонных поверхностей в буксовом проеме. Практическая значимость. Полученные результаты позволяют более точно оценивать прочность боковой рамы трехэлементной тележки, а также возможность выбрать более предпочтительный способ опирания боковой рамы в буксовом узле.
EN: Purpose. To evaluate the effect of different loads on the stress-strain state of the freight car bogie side frame, as well as to evaluate the distribution of the stress fields in the design of the freight car bogie side frame supported through the horizontal surface and through the horizontal and inclined surfaces of the pedestal opening. Methodology. A volumetric finite element model of the side frame of ZK-1 bogie of the freight car was designed. The forces under the current regulatory documentation for theoretical research were applied to the model, the stress arising in the model elements were determined. The static tests of ZK-1 bogie side frame were conducted; they allowed determining the stresses in the key points of the frame under the action of forces in accordance with the existing procedure of static tests of the freight car bogie side frame. To check the quality of the finite element model we determined the stress in the model under the action of forces corresponding to the static requirements. The corresponding coefficients were determined to match the stress obtained through theoretical studies and static tests. The results of theoretical and experimental studies of stress for dangerous sections of the side frame design were compared. Findings. The regulatory documentation for carrying out experimental research of the side frame strength does not fully take into account the load acting on the frame during its operation and that provided while assessing the side frame strength theoretically. The strength evaluation of the side frame by the results of field tests only does not give a complete picture of the distribution of stress fields, as the provided sensor installation points do not cover most of the design elements with possible stress concentration. Originality. The loads applied to the side frame during theoretical and experimental studies were compared to the loads acting during operation. The impact of use of inclined surfaces in the pedestal box opening was evaluated. Practical value. The obtained results allow the more accurate assessment of the three-piece bogie side frame strength, as well as allow you to choose the more preferred method of side frame support in the axle box.
UK: Мета. У науковій роботі передбачається оцінити вплив різних навантажень на напружено-деформований стан бічної рами візка вантажного вагона, а також розподіл полів напружень у конструкції бічної рами візка вантажного вагона, що спирається через горизонтальні поверхні, та через горизонтальні й похилі поверхні щелепного отвору. Методика. Розроблена об’ємна скінченно-елементна модель бічної рами візка ZK-1 вантажного вагона. До моделі прикладені сили відповідно до чинної нормативної документації на теоретичні дослідження, визначені напруження, що виникають в елементах моделі. Проведено статичні випробування бічної рами візка моделі ZK-1, при яких визначені напруження, що виникають у ключових точках рами при дії сил згідно з існуючою методикою статичних випробувань бічних рам візків вантажних вагонів. Для перевірки якості скінченно-елементної моделі визначена напруга в ній при дії сил, відповідних статичним випробуванням. Для узгодження напружень, отриманих при теоретичних дослідженнях, і статичних випробувань визначені відповідні коефіцієнти. Проведено порівняння результатів теоретичних та експериментальних досліджень напружень у конструкції бічної рами для її небезпечних перетинів. Результати. Нормативна документація на проведення експериментальних досліджень міцності бічних рам не враховує повною мірою навантаження, що діють на раму під час її експлуатації, та передбачену теоретичним шляхом міцність бічних рам. Оцінка міцності бічних рам за результатами тільки натурних випробувань не дає повної картини розподілу полів напружень, бо передбачені місця встановлення датчиків не охоплюють більшості елементів конструкції, де можлива концентрація напружень. Наукова новизна. Автором проведено порівняння навантажень, що прикладаються до бічної рами при теоретичних та експериментальних дослідженнях, із навантаженнями, що діють в експлуатації. Визначена оцінка впливу застосування похилих поверхонь у буксових отворах. Практична значимість. Отримані результати дозволяють більш точно оцінювати міцність бічної рами трьохелементного візка, а також вибрати кращий спосіб спирання бічної рами в буксових вузлах.
EN: Purpose. To evaluate the effect of different loads on the stress-strain state of the freight car bogie side frame, as well as to evaluate the distribution of the stress fields in the design of the freight car bogie side frame supported through the horizontal surface and through the horizontal and inclined surfaces of the pedestal opening. Methodology. A volumetric finite element model of the side frame of ZK-1 bogie of the freight car was designed. The forces under the current regulatory documentation for theoretical research were applied to the model, the stress arising in the model elements were determined. The static tests of ZK-1 bogie side frame were conducted; they allowed determining the stresses in the key points of the frame under the action of forces in accordance with the existing procedure of static tests of the freight car bogie side frame. To check the quality of the finite element model we determined the stress in the model under the action of forces corresponding to the static requirements. The corresponding coefficients were determined to match the stress obtained through theoretical studies and static tests. The results of theoretical and experimental studies of stress for dangerous sections of the side frame design were compared. Findings. The regulatory documentation for carrying out experimental research of the side frame strength does not fully take into account the load acting on the frame during its operation and that provided while assessing the side frame strength theoretically. The strength evaluation of the side frame by the results of field tests only does not give a complete picture of the distribution of stress fields, as the provided sensor installation points do not cover most of the design elements with possible stress concentration. Originality. The loads applied to the side frame during theoretical and experimental studies were compared to the loads acting during operation. The impact of use of inclined surfaces in the pedestal box opening was evaluated. Practical value. The obtained results allow the more accurate assessment of the three-piece bogie side frame strength, as well as allow you to choose the more preferred method of side frame support in the axle box.
UK: Мета. У науковій роботі передбачається оцінити вплив різних навантажень на напружено-деформований стан бічної рами візка вантажного вагона, а також розподіл полів напружень у конструкції бічної рами візка вантажного вагона, що спирається через горизонтальні поверхні, та через горизонтальні й похилі поверхні щелепного отвору. Методика. Розроблена об’ємна скінченно-елементна модель бічної рами візка ZK-1 вантажного вагона. До моделі прикладені сили відповідно до чинної нормативної документації на теоретичні дослідження, визначені напруження, що виникають в елементах моделі. Проведено статичні випробування бічної рами візка моделі ZK-1, при яких визначені напруження, що виникають у ключових точках рами при дії сил згідно з існуючою методикою статичних випробувань бічних рам візків вантажних вагонів. Для перевірки якості скінченно-елементної моделі визначена напруга в ній при дії сил, відповідних статичним випробуванням. Для узгодження напружень, отриманих при теоретичних дослідженнях, і статичних випробувань визначені відповідні коефіцієнти. Проведено порівняння результатів теоретичних та експериментальних досліджень напружень у конструкції бічної рами для її небезпечних перетинів. Результати. Нормативна документація на проведення експериментальних досліджень міцності бічних рам не враховує повною мірою навантаження, що діють на раму під час її експлуатації, та передбачену теоретичним шляхом міцність бічних рам. Оцінка міцності бічних рам за результатами тільки натурних випробувань не дає повної картини розподілу полів напружень, бо передбачені місця встановлення датчиків не охоплюють більшості елементів конструкції, де можлива концентрація напружень. Наукова новизна. Автором проведено порівняння навантажень, що прикладаються до бічної рами при теоретичних та експериментальних дослідженнях, із навантаженнями, що діють в експлуатації. Визначена оцінка впливу застосування похилих поверхонь у буксових отворах. Практична значимість. Отримані результати дозволяють більш точно оцінювати міцність бічної рами трьохелементного візка, а також вибрати кращий спосіб спирання бічної рами в буксових вузлах.
Description
А. Шикунов: ORCID 0000-0002-8256-2634
Keywords
боковая рама, трехэлементная тележка, прочность, испытания, расчет, опирание, side frame, three-piece bogie, strength, test, calculation, support, бічна рама, трьохелементний візок, міцність, випробування, розрахунок, спирання, КВВГ
Citation
Шикунов А. А. Прочность боковой рамы трехэлементной теліжки. Наука та прогрес транспорту. 2017. № 1 (67). URL: http://stp.diit.edu.ua/article/view/92535/98708.