Конструкция устройства передачи продольных усилий между кузовом и тележкой тепловоза

Объект исследования: устройство передачи тягового усилия локомотива.

Результаты, полученные лично автором: выполнен обзор устройств передачи тягового усилия локомотивов. Дан анализ тяговых устройств, их классификация и возможностей их применения на локомотивах различного назначения.

Тяговые устройства локомотивов предназначены для передачи от тележки к кузову продольных (тяговых и тормозных) и поперечных сил. При движении локомотива происходит перераспределение вертикальных нагрузок между колесными парами, вызванное действием сил тяги и торможения. Это приводит к снижению тяговых свойств локомотива из-за пробуксовки обезгруженных колесных пар. Для передачи продольных усилий между кузовом и тележкой широко используются шкворни, особенно в локомотивах с одноступенчатым рессорным подвешиванием. При этом вертикальные усилия, как правило, передаются через жесткие опоры скольжения либо качения (тепловозы ТЭМ2, ТЭМ18, ТГМ6 и т.д.). Наличие второго яруса подвешивания усложняет шкворневое устройство, за счет необходимости обеспечения упругой поперечной связи тележек с кузовом, что реализуется с помощью «плавающего» шкворня (тепловозы 2ТЭ116, 2ТА25,ТЭП70 и т.д. Для улучшения тяговых свойств шкворни стараются опустить как можно ниже.

Рациональным решением для передачи тяговых усилий между тележками и кузовом при мягком втором ярусе подвешивания является применение наклонных тяг. Тележки воспринимают тяговые и тормозные усилия от тяговых двигателей, боковые, горизонтальные и вертикальные силы при прохождении неровности пути и передают их через наклонные тяги и пружинные опоры с поперечной податливостью на раму кузова. Правильный угол наклона этих тяг позволяет существенно повысить тяговые свойства локомотива, по сравнению со шкворневыми устройствами за счет выравнивания вертикальных нагрузок на рельс от осей одной тележки. Использование наклонных тяг позволяет применять мягкое рессорное подвешивание во второй ступени, что способствует улучшению динамических качеств локомотива. Наиболее рациональным в этом случае представляется использование пружин, работающих по принципу «флексикойл», исключающих фрикционное взаимодействие при взаимных перемещениях тележек и кузова (электровоз 2ЭС6, 2ЭС10, тепловоз ТЭМ21, ER20CF (Siemens) и т.д.).

Материал поступил в редколлегию 25.04.2017

УДК 629.463

Е.А. Латышев

Научный руководитель: доцент кафедры «Подвижной состав железных дорог», к.т.н., Д.Ю. Расин

egormaster.latyshev@yandex.ru

Исследование напряженно-деформированного состояния вагона-платформы для перевозки рулонной стали при различных режимах эксплуатации и способах загрузки

Объект исследования: вагон-платформа для перевозки рулонной стали.

Результаты, полученные лично автором: разработана расчетная схема вагона-платформы с учетом контактных взаимодействий опорных элементов рамы и груза, проведен расчет напряженно-деформированного состояния.

В начале проектирования был осуществлен подбор основных несущих элементов конструкции рамы платформы. После чего, производилось трехмерное моделирование платформы для проработки отдельных элементов конструкции и их соединений между собой.

На основе трехмерной модели, путем выделения срединных поверхностей из твердых тел, получена несвязанная поверхностная заготовка. Далее, путем замены поверхностных элементов, с учетом существующей геометрии, получили идеализированную поверхностную модель половины рамы платформы.

Затем, была создана сборочная модель, в которую были добавлены следующие элементы: половина рамы (поверхностная модель), ударная розетка с передними упорами, задние упоры, пятник (твердотельные модели).

В модуле конечно-элементного анализа программного комплекса PLM Siemens NX10 для каждого компонента сборки поочередно создавалась конечно-элементная сетка.

В модуле геометрических построений «Моделирование» создавалась сборка полной рамы (рис. 1), состоящая из двух подсборок половины вагона и модели груза.

Рис. 1. Сборка полной рамы платформы

Подсборки половин располагаются друг относительно друга под углом 180 градусов и соединяются между собой соответствующими элементами конструкции. В модуле « Расширенная симуляция» производилось соединение пластинчатой конечно-элементной сетки рамы и сеток объемных элементов посредством команды «Склеивание поверхности с поверхностью», что является частным случаем контактного взаимодействия, в результате которого реализуется абсолютно жесткая передача нагрузки.

Опирание груза на ложементы осуществляется посредством «Контакта поверхности с поверхностью». Коэффициент трения в зонах контактов k = 0,15 – сталь по стали.

В описанных выше узлах на пятниковых опорах были введены соответствующие ограничения. Кроме того, дополнительные ограничения создавались для отдельных элементов груза, позволяющие им совершать только поступательные перемещения в вертикальной и продольной осях схемы.

Производился нелинейный статический расчет от действия нагрузок, соответствующих первому и третьему расчетным режимам (рис.2).

Рис. 2. Напряженно-деформированное состояние рамы платформы

Согласно документу «Правила размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах» размещение рулонов стали на платформе производится по схемам (рис. 3).

Рис. 3. Схемы размещения рулонной стали:

а – 7 рулонов массой до 10 т; б – 5 рулонов массой до 14 т; в – 4 рулона массой до 17,5 т

Значения напряжений в основных элементах конструкций не превышают допускаемых. Расчетная схема с примененными контактными взаимодействиями может использоваться для дополнительных расчетов, позволяющих учитывать поведение груза, закрепленного на раме и элементов крепления.

Материал поступил в редколлегию 29.03.2017

УДК 629.4

Д.А. Мамаева

Научный руководитель: доцент кафедры «Подвижной состав железных дорог», к.т.н. С.Г. Шорохов

mamaeva6.02@gmail.com