Исследование напряженно-деформированного состояния элементов конструкции универсального полувагона

Объект исследования: торцевая стена универсального полувагона.

Результаты, полученные лично автором: произведен анализ несущей конструкции торцевой стены кузова модернизированного полувагона модели 12-9085 с увеличенным объемом кузова.

Наиболее рациональной конструкцией вагона является конструкция, при которой отношение тары к грузоподъемности – меньше. Так, при проектировании кузовов новых вагонов конструктора стремятся увеличить полезный объем при незначительном увеличении металлоемкости конструкции.

Известны конструкции полувагонов, в которых увеличение полезного объема достигается путем применения торцевых стен имеющих перелом, за счет чего эффективно используется пространство над автосцепками. Подобные конструкции кузовов разрабатывались на АО НПК «Уралвагонзавод» и ОАО «Алтайвагонзавод».

Темой исследования является анализ напряженно-деформированного состояния кузова серийного полувагона модели 12-9085 при его модернизации с применением торцевой стены с переломом.

В процессе исследования решались следующие задачи: реализация полезного объема кузова при увеличенной осевой нагрузке - 25 т/ось, разработка конструкции каркаса модернизированной торцевой стены, подбор характеристик подкрепляющих элементов торцевой стены.

Конструкторские расчеты показали, что для достижения необходимой грузоподъемности нужно изменить высоту и длину кузова. Была изменена длина кузова по верхней обвязке за счет перелома торцевой стены на 300 мм в каждую сторону от исходного расположения.

Был проведен анализ соответствия новой конструкции заданному габариту подвижного состава, проведена проверка на прохождение кривых малого радиуса.

Соответствие торцевой стены требованиям по прочности осуществлялось с помощью твердотельного моделирования с последующим инженерным анализом методом конечных элементов.

Твердотельное трехмерное моделирование производилось в среде программного комплекса NX. Создавались модели торцевых стен вагона исходной конструкции и модернизированной.

Исходя из конструктивных особенностей, принято решение о замене подкрепляющего набора торцевой стены, выполненного из корытообразного профиля ГОСТ 5267.6-90, на элементы из гнутого швеллера. Для этого производился подбор поперечного сечения по инерциальным характеристикам. Катаный уголок, имеющий угол между полками 90° заменен на гнутый тупоугольный.

Закрепление расчетной схемы в пространстве осуществляется при помощи абсолютно жесткой заделки на поверхностях, присоединяющихся к концевым листам боковых стен и к концевой балки рамы.

Производился анализ конструкций торцевых стен от действия распора сыпучим грузом.

Проведенные расчеты показали, что напряжения в торцевой стене, имеющей перелом выше, чем напряжения в элементах вертикальной стены. Это связано с тем, что к ней, помимо распора, прикладывался и вес груза, приходящийся на наклонную поверхность.

По требованиям ГОСТ 33211-2014 при расчете напряженно-деформированного состояния (НДС) кузовов полувагонов, необходимо производить анализ прочности торцевых стен от воздействия сил инерции груза. (рис. 1). Согласно ГОСТ сила инерции прикладывается равномерно-распределенной по площади торцевой стены. Ее значение определяется по формуле Рин=0,35·мгр·a.

Рис.1. Результаты анализа

Результаты анализа показали, что значения напряжений в элементах торцевой стены не превышают допускаемых значений. Завышенные напряжения наблюдаются в элементах, в узлы которых внесено ограничение, а следовательно, напряжения в них не рассматриваются, соседние элементы нагружены нормально.

Материал поступил в редколлегию 29.03.2017