STRENGTH INCREASE METHODS OF THE SIDE FRAME OF THE BOGIE IN THREE–PIECE TRUCKS

ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online) Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2015, № 5 (59) РУХОМИЙ СКЛАД І ТЯГА ПОЇЗДІВ УДК 629.463.027.23 А. Г. РЕЙДЕМЕЙСТЕР1, А. А. ШИКУНОВ2* 1 Каф. «Вагоны и вагонное хозяйство», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 04, эл. почта , ORCID 0000-0001-7490-7180 2* Каф. «Вагоны и вагонное хозяйство», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 04, эл. почта , ORCID 0000-0002-8256-2634 СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БОКОВЫХ РАМ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ТЕЛЕЖЕК Цель. В работе предполагается найти способы усиления конструкции боковой рамы тележки в местах концентрации напряжений (соединение поясов, углы челюстных и буксовых проемов и т. п.), где, как показывает опыт эксплуатации, возможно зарождение усталостных трещин. Следует избежать заметного увеличения массы конструкции и не вызвать «перетекания» областей с большими напряжениями из одних участков конструкции в другие. Методика. Напряжения в боковой раме авторы определяют путем конечноэлементного моделирования. Сначала выявляют подлежащие усилению участки конструкции. На следующем этапе разрабатывают возможные способы усиления (увеличение толщины стенок, изменение радиусов сопряжения, введение дополнительных ребер жесткости и проч.). После этого по результатам моделирования оценивают эффективность каждого метода. Усиление отдельных участков боковой рамы не всегда приводит к увеличению ее прочности в целом (уменьшение напряжений в одном месте зачастую приводит к росту напряжений в другом). Дальнейшая процедура носит итерационный характер: в конструкцию рамы вносят удачные изменения, вновь выявляют ослабленные участки конструкции и т. д., до достижения приемлемого уровня прочности. Результаты. Направленный итерационный поиск позволяет найти комбинацию локальных усилений, существенно увеличивающих прочность конструкции. А именно: увеличены радиусы перехода от колонки к опорной поверхности и в отверстии между колонкой и наклонным поясом до 40 и 50 мм соответственно; добавлены ребра жесткости между верхней и нижней полочкой направляющей триангеля, а также на внутренней направляющей челюстного проема; уменьшена на треть площадь технологического отверстия в колонке. За счет предлагаемой комбинации усилений напряжения в конструкции удалось снизить на 41 %. Научная новизна. Учеными показана эффективность итерационной процедуры поиска комбинаций локальных усилений конструкции боковой рамы, позволяющих существенно увеличить ее прочность без значительного увеличения массы. Практическая значимость. Полученные результаты позволяют существенно повысить прочность боковой рамы трехэлементной тележки без заметного изменения ее геометрических и массовых характеристик. Ключевые слова: боковая рама; трехэлементная тележка; прочность; модернизация; усиление Введение Конструкция боковой рамы трехэлементной тележки для грузовых вагонов кардинально не меняется с 1951 г. после ввода в эксплуатацию тележки типа МТ-50, заменившей поясные тележки. С развитием научно-технической мысли менялись и совершенствовались отдельные ее элементы, но сама боковая рама представляет собой стальную отливку, объединенные верхний, нижний, наклонные пояса и колонки которой образуют в средней части проем для размещения комплекта центрального рессорного подвешивания, а по концам — буксовые проdoi: 10.15802/stp2015/55351 емы. Так же на боковой раме отлиты кронштейны для крепления и опирания различных элементов тележки. Отличаются между собой различные конструкции боковых рам тележек сечением элементов и местами перехода одних элементов в другие. Необходимость разработки новых моделей боковых рам зачастую связано с введением в конструкцию тележки новых элементов или повышением осевой нагрузки [3, 4, 5, 9, 10, 16]. Направлены новые разработки на повышение прочности и надежности боковой рамы и часто сводятся к выбору сечения отдельных элементов и оптимальных конструкторских решений © А. Г. Рейдемейстер, А. А. Шикунов, 2015 141 ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online) Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2015, № 5 (59) РУХОМИЙ СКЛАД І ТЯГА ПОЇЗДІВ в местах перехода одних элементов в другие. На последние зачастую наложены ограничения, связанные с взаимодействием боковых рам и других элементов тележки. После создания модели новой боковой рамы для нее выполняется прочностной и усталостный расчеты, при которых выявляются участки, не выдерживающие нагрузки, предусмотренные «Нормами…» [6, 12, 13, 11]. А конструктор сталкивается с необходимостью увеличения прочности отдельных участков боковой рамы без значительного увеличения ее массы и изменения ее конструкции [1, 7, 11, 14, 16, 15]. Этот этап работы конструктора в значительной мере может быть облегчен, если усиление модели проводить на основе результатов прочностного анализа при участии в их разработке специалистов, проводящих оценку прочности конструкции. Так как современные методы оценки прочности сложных конструкций, а именно метод конечных элементов (МКЭ) позволяют визуально выделить очаги концентрации напряжений, оценить поля распределения их распределения в конструкции, что позволяет более эффективно разрабатывать ее местное усиление [14]. Для исследования использовалась боковая рама трехэлементной тележки (рис. 1), конструкционными особенностями которой являются [2]: − опирание в буксовом проеме не только через горизонтальные, но и через наклонные поверхности производится на упругий элемент буксового адаптера; − наличие во внутреннем и наружном углах буксового проема разгрузочной канавки; − наличие технологических отверстий в нижней части колонок центрального рессорного проема; − отсутствие на верхнем поясе кронштейна для крепления подвески тормозного башмака – его заменила полочка для триангеля на наклонном поясе; − наличие кронштейна для диагональных связей в зоне технологического окна; − билинейное рессорное подвешивание и девять двухрядных пружин в центральном рессорном комплекте; − для тележки после снятия пружин необходимо опустить надрессорную балку до упора в нижний пояс. doi: 10.15802/stp2015/55351 142 Рис. 1. Тележка нового поколения Fig. 1. The bogie of new generation Цель Целью работы является поиск вариантов повышения прочности проблемных участков боковой рамы трехэлементной тележки без значительного увеличения ее массы и снижения прочности. Методика Оценка прочности данной боковой рамы проводилась согласно «Норм…». При этом были выявлены следующие участки, где возникающие в конструкции напряжения превышают допустимые значения (табл. 1). Допускаемые напряжения приведены для сталей, применяемых для изготовления тележек грузовых вагонов согласно ОСТ 32.183-2001 «Тележки (...truncated)