Поліпшення міцнісних характеристик бічної рами візка вантажного вагона за рахунок вдосконалення її конструкції (дисертація)
| dc.contributor.author | Шикунов, Олександр Анатолійович | uk_UA |
| dc.date.accessioned | 2020-07-06T07:22:05Z | |
| dc.date.available | 2020-07-06T07:22:05Z | |
| dc.date.issued | 2019 | |
| dc.description | О. Шикунов: ОRCID 0000-0002-8256-2634 | uk_UA |
| dc.description | Захист – 17 жовтня 2019 р., Дніпровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна | uk_UA |
| dc.description.abstract | UKR: Метою дисертаційної роботи є вирішення наукового завдання поліпшення міцнісних характеристик бічної рами візка вантажного вагона за рахунок вдосконалення її конструкції та методів випробувань на міцність. У роботі наведено аналіз способів підвищення надійності трьохелементного візка вантажного вагона за рахунок модернізації та оптимізації його складових. Про аналізовані заходи, спрямовані на підвищення міцності бічних рам та вирішення проблеми їх зламів по внутрішньому куту буксового прорізу. Удосконалено метод побудови динамічних моделей за рахунок використання ієрархічно організованих графів. Виконано моделювання руху вантажного вагона за допомогою прикладного програмного забезпечення Scicos та OpenМodelica. За допомогою скінченно-елементної моделі бічної рами виконано порівняння варіантів навантаження, що використовуються при визначення її міцності при теоретичних та експериментальних дослідженнях. Розроблено додаткову схему навантаження бічної рами при її статичних випробуваннях на міцність. За допомогою динамічної та скінченно-елементної моделі проведено оцінку впливу параметрів жорсткості центрального та буксового ступенів ресорного підвішування на рівень напружень у бічній рамі вагона нового покоління. Розроблено метод пошуку оптимальної комбінації підсилень литих деталей на основі скінченно-елементного аналізу їх міцності. За запропонованим методом виконано оптимізацію бічної рами візка нового покоління. | uk_UA |
| dc.description.abstract | ENG: The aim of the dissertation is to solve the scientific problem of improving the strength characteristics of the side frame of the freight wagon bogie by amelioration its design and methods of strength tests. The paper presents an analysis of ways to increase the reliability of а three-element bogie of а freight wagon by modernizing and optimizing its components. The measures aimed at increasing the strength of the side frames and solving the problem of their fractures at the inside comer of the axle box slot are analyzed. The method of constructing wagon movement models with the hierarchical graphs has got further development. The wagon movement is modeled with applications Scicos and OpenModelica. With the help of the finite-element model of the side frame, а comparison of the load variants used to determine its strength during theoretical and experimental studies is performed. The additional scheme of loading of а side frame for static strength tests is developed. Using the dynamic and finite element models, an estimation of the influence of the spring suspension stiffness parameters on the level of stress in the side frame of the new generation bogie is carried out. The method of determining the optimal combination of reinforcement of cast parts on the basis of finite-element analysis of their strength is developed and applied to improvement of the design of the freight wagon new generation bogie. | en |
| dc.description.abstract | RUS: Целью диссертационной роботы является решение научной задачи улучшения прочностных характеристик боковой рамы тележки грузового вагона за счет совершенствования ее конструкции и методов испытаний на прочность. В работе выполнен анализ способов улучшения конструкции трехэлементных тележек грузовых вагонов. Выявлено, что основное внимание уделяется улучшению ходовых качеств тележки за счет совершенствования упругих элементов центральной ступени рессорного подвешивания, фрикционных гасителей колебаний, мест опирания кузова на тележку, буксового узла и введения дополнительных связей между элементами тележки. Однако, как правило, не оценивается влияние этих модернизаций на уровень напряжений в элементах тележки. Анализ проблемы изломов боковых рам тележек грузовых вагонов показал, что проблема остается актуальной на протяжении почти десяти лет, а поэтому необходимо обратить внимание не только на качество литья и материала боковой рамы, но и на возможные «нестандартные» причины изломов, такие как несоответствие нагрузок, возникающих в эксплуатации и учитываемых при теоретических исследованиях, тем, которые используются при экспериментальных исследованиях прочности боковых рам. С помощью сравнения результатов статических прочностных испытаний и расчета прочности боковой рамы определено, что оценка прочности боковой рамы трехэлементной тележки при моделировании нагрузок во время проведения натурных испытаний согласно «Методике статических испытаний на прочность» не учитывает в полной мере нагрузок, действующих на раму при ее эксплуатации, и предусмотренных при оценке прочности боковой рамы теоретическим путем. Предложено добавить к экспериментальной оценке прочности боковой рамы вариант нагружения учитывающий сжатие под действием продольных сил зоны боковой рамы от колонки до вертикальной опорной поверхности буксового проема. Сравнивая распределение полей напряжений в конечно-элементной модели и мест установки тензометрических датчиков в соответствии с нормативной документацией, определено, что оценка прочности боковой рамы по результатам только натурных испытаний не дает полной картины распределения полей напряжений, поскольку места установки датчиков не охватывают большинства элементов конструкции с возможной концентрацией напряжений. Оценку прочности боковых рам по результатам экспериментальных исследований предлагается выполнять с учетом предварительно рассчитанных (с помощью МКЭ) коэффициентов концентрации напряжений. Предложено формировать динамические модели колебаний сложных систем на основе иерархически организованных графов. Предлагается представлять отдельные структурные элементы дифференциальных уравнений в виде вершин графа. При этом модель приобретает компактную и иерархическую форму, сохраняя наглядность и компактность на каждом уровне иерархии. Предложенный метод позволяет упростить построение динамической модели движения сложных систем, сократить время выбора параметров и конструкции рессорного подвешивания тележки и может быть применен при построении динамических моделей при помощи блочно-ориентированных программ, а также при описании моделей языками программирования. По предложенному методу выполнено моделирование движения грузового вагона на тележках модели 18-9836 с помощью прикладного программного обеспечения Scicos и OpenМodelica, а результаты моделирования были сопоставленны с результатами ходовых динамических испытаний грузового вагона модели 12-7039-01 на соответствующих тележках. С помощью построенной динамической модели и конечно-элементной модели боковой рамы определено влияние параметров жесткости центральной и буксовой ступени рессорного подвешивания на уровень напряжений в боковой раме. По результатам исследования определено, что напряжения в боковой раме зависят от всех компонент жесткости центральной ступени подвешивания и только от поперечной и вертикальной жесткости в буксовой ступени подвешивания, а также от характеристик гасителя колебаний. Чувствительность напряженно-деформированного состояния к параметрам рессорного комплекта низкая, что не может в полной мере использоваться для снижения разрушающих нагрузок, однако может учитываться при поиске способов снижения напряжений от динамических нагрузок и повышения за счет этого срока эксплуатации конструкции. Разработан метод оптимизации конструкции литых деталей тележки по критерию прочности, который был испытан на боковой раме тележки нового поколения. На первом этапе проводится оценка прочности конструкции согласно с действующей нормативной документацией и определяются зоны с большими значениями напряжений. На втором этапе для определенных зон разрабатываются отдельные варианты усилений и рассчитываются коэффициенты влияния усилений на уровень напряжений в модели и тензоры напряжений в них. На третьем этапе проводится поиск оптимального сочетания усилений, который позволяет минимизировать напряжение в модели. В качестве ограничения выступает увеличение массы модели. На последнем этапе выполняется оценка прочности модели с учетом выбранной комбинации усилений. Максимальные напряжения, возникающие в конструкции при І рассчетном режиме были уменьшены за счет усиления с 483 МПа до 215 МПа. Ожидаемый экономический эффект от увеличения срока эксплуатации усиленной конструкции боковой рамы составляет 2169 грн на одну боковую раму. Результаты применения метода подтвердили его эффективность и экономическую целесообразность, а сам метод может быть использован для разработки новых конструкций не только боковых рам, но и других деталей. | ru_RU |
| dc.identifier.citation | Шикунов О. А. Поліпшення міцнісних характеристик бічної рами візка вантажного вагона за рахунок вдосконалення її конструкції : дис. … канд. техн. наук : 05.22.07. Дніпро, 2019. 170 с. | uk_UA |
| dc.identifier.uri | http://eadnurt.diit.edu.ua/jspui/handle/123456789/12035 | en |
| dc.identifier.uri | https://nrat.ukrintei.ua/searchdoc/0419U004823 | en |
| dc.language.iso | uk_UA | |
| dc.publisher | Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна | uk_UA |
| dc.subject | міцність | uk_UA |
| dc.subject | надійність | uk_UA |
| dc.subject | трьохелементний візок | uk_UA |
| dc.subject | бічна рама | uk_UA |
| dc.subject | динамічна модель | uk_UA |
| dc.subject | скінченно-елементна модель | uk_UA |
| dc.subject | напружено-деформований стан | uk_UA |
| dc.subject | strength | en |
| dc.subject | reliability | en |
| dc.subject | three-piece bogie | en |
| dc.subject | side frame | en |
| dc.subject | dynamic model | en |
| dc.subject | finite-element model | en |
| dc.subject | stress-strain state | en |
| dc.subject | прочность | ru_RU |
| dc.subject | надежность | ru_RU |
| dc.subject | трехэлементная тележка | ru_RU |
| dc.subject | боковая рама | ru_RU |
| dc.subject | динамическая модель | ru_RU |
| dc.subject | конечно-элементная модель | ru_RU |
| dc.subject | напряженно-деформированное состояние | ru_RU |
| dc.subject | КВВГ | uk_UA |
| dc.title | Поліпшення міцнісних характеристик бічної рами візка вантажного вагона за рахунок вдосконалення її конструкції (дисертація) | uk_UA |
| dc.title.alternative | Improvement of the Strength Characteristics of the Side Frame of the Freight Wagon Bogie through Amelioration of its Design (dissertation) | en |
| dc.title.alternative | Улучшение прочностных характеристик боковой рамы тележки грузового вагона за счет совершенствования ее конструкции (диссертация) | ru_RU |
| dc.type | Dissertation | en |