Estimation of strength indices of parts of supporting structures of traction assemblies OPE1A and prolongation of their service life

<jats:p>In the article the results of a set of works directed to providing the prolongation of service life of the traction assemblies OPE1A (ОПЭ1А) are presented.  </jats:p>

section_content: В статті наведено результати комплексу робіт, спрямованих на забезпечення подовження терміну експлуатації тягових агрегатів ОПЕ1А. 

Ключові слова: подовження терміну служби, метод скінчених елементів, твердість матеріалу, напружено-деформований стан, границя витривалості, еквівалентні напруження На початку випуску тягових агрегатів ОПЕ1А спеціалістами Дніпропетровського НВО «Електровозобудування», у відповідності до Технічного завдання на розробку та виробництво, було призначено строк служби основних несучих конструкцій, які впливають на безпеку руху та на безпеку виконання покладених на ці одиниці завдань, двадцять п'ять років. При цьому слід відзначити, що вказана одиниця під час розробки та виробництва створювалася як така, яка повинна працювати в складних умовах. Тому геометричні характеристики основних несучих конструкцій призначалися з умови забезпечення досить великих значень коефіцієнтів запасу міцності. В такій ситуації виникає питання про проведення комплексу робіт, які нададуть можливість продовжити термін експлуатації цих тягових агрегатів. 

На рис. 1 показано загальний вигляд електровоза управління, дизельної секції та вагонадумпкара тягового агрегату ОПЕ1А. 

Враховуючи те, що на промислових підприємствах України експлуатується досить великий парк тягових агрегатів серії ОПЕ1А, термін яких наблизився до призначеного, тому останнім часом науковці разом з спеціалістами виробництва почали вести роботу з проведення капітальних ремонтів з подовженням терміну експлуатації. 

Для визначення можливості та умов продовження строку служби рам візків тягового агрегату ОПЕ1А та кузова електровоза управління виконано комплекс робіт, які передбачені чинною нормативною документацією з продовження терміну служби. При цьому було проведено обстеження технічного стану основних несучих конструкцій рам візків, рам кузовів електровоза управління та вагона думпкара; проведено розрахунки з використанням методу скінчених елементів для ретельного аналізу напружено-деформованого стану несучих конструкцій; проведено аналіз результатів статичних міцнісних та динамічних міцнісних випробувань з визначення напружень найбільш навантажених елементів несучих конструкцій рами візків електровоза управління, дизельної секції та вагона думпкара; з метою визначення показників втоми проведено обстеження стану несучих конструкцій та проведено розрахунки з визначення їх ресурсу. 

Рис. 1. Загальний вигляд електровоза управління, дизельної секції та вагона-думпкара тягового агрегату ОПЕ1А

З метою оцінки можливості зміни за час експлуатації міцнісних характеристик металу рам візків проведено вимірювання твердості металу. Несучі конструкції виготовлено з гарячекатаної сталі марки 16Д ГОСТ 6713-91. 

Твердість вимірювалась на верхній та нижній поличках, а також в середині бічної стінки поздовжньої балки в зоні приєднання до неї поперечної шкворневої балки динамічним твердоміром ТДМ-1, зав. №624 який повірено спеціалістами ДСТУ 06. 04. 2010. 

Результати цих вимірювань наведено у табл. -зразок перед випробуваннями: математичне очікування твердості -Мх = 167 HB, стандарт відхилення S = 3 HB; -зразок після випробувань: математичне очікування -Мх = 163 HB, стандарт відхилення S = 5 HB. 

З урахуванням отриманих величин стандартів відхилень, зміна твердості по Бринелю рам візків і зразків перебуває в межах статистичної погрішності. Більше того, і характер зміни твердості в наведених випадках протилежний. 

Таким чином, порівняння результатів, отриманих з вимірювання твердості екземплярів рам візків електропоїздів ЕР1 та зразків, з якими проводилися випробування, не дозволяє зробити висновки про можливість використання твердості металу по Бринелю як основу одного з методів неруйнівного контролю ресурсу несучої конструкції. У цей же час, вимірювання поверхневої мікротвердості [2] пропонується як один з можливих способів неруйнівної технології контролю ресурсу матеріалів (хоча з урахуванням звичайного стану поверхні НК рухомого складу, така технологія буде скрутною в застосуванні). 

З метою виявлення залежності між границею витривалості та границею текучості було проведено випробування, які складалися з двох етапів:

2. Прикладення наробітку в об'ємі 85, 90, 95 % від N R (σ Р ) із наступним випробуванням зразків на статичне розтягання. 

Результати, отримані в роботі [1], можуть дати певне уявлення щодо характеру зміни твердості матеріалу в процесі напрацювання (хоча, очевидно, внаслідок невеликого відхилення значень від вихідних, не можуть бути признані єдиним критерієм оцінки напрацювання та ресурсу). 

Результати, нормовані відносно вихідних величин твердості, наведено в табл. Оцінка середньої границі витривалості матеріалу рам візків наданого агрегату орієнтовно складає

Таким чином, орієнтовне мінімальне значення границі витривалості матеріалу обстежених рам візків складає 1min 180 -σ = МПа.
section_name: ОЦІНКА ПОКАЗНИКІВ МІЦНОСТІ ЕЛЕМЕНТІВ НЕСУЧИХ КОНСТРУКЦІЙ ТЯГОВИХ АГРЕГАТІВ ОПЕ1А ТА ПОДОВЖЕННЯ ТЕРМІНУ ЇХ СЛУЖБИ

section_content: Спеціалістами Галузевої науково-дослідної лабораторії було проведено статичні та динамічні міцнісні випробування з визначення напружено-деформованого стану основних несучих елементів рам візків електровоза управління. 

Напруження вимірювалися в найбільш навантажених перерізах -в місцях переходу шкворневого бруса до поздовжніх балок рами візка по нижньому та верхньому листах, а також на верхньому листі навколо плити підп'ятника. 

Статичні напруження визначалися від ваги кузова. 

Динамічні складові напружень вимірювалися під час руху в прямих, кривих малих радіусів (до 120 м) та при рухові стрілочними переводами. 

На рис. n ≥, T 2 n ≥. З такої точки зору дані наведеної таблиці свідчать, що міцність основних несучих елементів рами візку електровоза управління забезпечена. 

Результати чисельних розрахунків з визначення напружено-деформованого стану рами кузова електровоза управління, рами вагонадумпкара та рам візків всього тягового агрегату ОПЕ1А.
section_name: Результати статичних та динамічних міцнісних ходових випробувань

section_content: На рис. 4 наведено загальний вигляд рами кузова електровоза управління тягового агрегату ОПЕ1А, а на рис. 5 -її скінченно-елементна розрахункова модель для проведення чисельних розрахунків з визначення напруженодеформованого стану. Далі на рис. 6-16 наведено: види деформованих станів рами кузова електровоза управління при дії різни варіантів навантажень; поля розподілу напружень; фрагменти конструкцій з відзначенням точок, в яких створюються найбільші еквівалентні за четвертою теорією міцності напруження. 

Розроблена скінченно-елементна розрахункова схема складається з 233789 вузлових точок та нараховує 123615 скінчених елементів. 

Під час проведення розрахунків на дію вертикального навантаження приймалося, що сумарна вага від обладнання, яка діє на раму кузова електровоза складає 61 т, або 598,41 кН. -Візки, в основному металі рами яких виявлено повторне виникнення тріщини на місці раніше зробленого заварювання, виключаються з подальшої експлуатації. 

-Наднормативна експлуатація кузова електровоза управління тягового агрегату ОПЕ1А забезпечується проведенням необхідних робіт при капітальних ремонтах з подовженням строку служби (КРП) за станом корозійного зношення несучих конструкцій та їх періодичного неруйнівного контролю з метою прогнозування розвитку корозії несучих конструкцій при виконанні наступних капітальних ремонтів (КР1, КР2). 

-Наднормативна експлуатація несучих конструкцій забезпечується проведенням систематичного неруйнівного контролю несучих конструкцій рам візків та кузова кваліфікованим персоналом. 

-Наднормативна експлуатація тягового агрегату не допускається при відсутності справних гасників коливань, які передбачені конструкторською документацією (КД). 

-Колісні пари мають бути відремонтованими у відповідності до Інструкції ВНД 32. 0. 07. 001-2001 [13].
section_name: Рама кузова електровоза управління та результати розрахунків на міцність