Исследование напряженно-деформированного состояния рамы тепловоза UzTE16M

36

Современные технологии - транспорту

Библиографический список

1. Расчет оснований и сооружений / В. Г. Бе-резанцев. - Ленинград : Изд-во литературы по строительству, 1970. - 212 с.

2. Особенности колебательного процесса грунтов насыпей, опирающихся на торфяное основание при движении поездов / А. Ф. Колос, Д. В. Крюковский // Известия ПГУПС. - 2013. - Вып. 2.

3. Методика определения коэффициента стабильности основания земляного полотна с учетом вибродинамической нагрузки / А. Ф. Колос, А. А. Сидоренко, В. С. Рыжов // Сб. науч. тр. Sworld по материалам Международной научнопрактической конференции (Одесса, 2011). Т 2. -2011. - № 4. - С. 52-59.

4. Расчет несущей способности земляного полотна в особой точке с использованием интегрирования // Сб. науч. тр. Sworls по материалам Международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения

в науке, транспорте, производстве и образовании - 2011». Т 2 / Д. В. Крюковский, И. С. Козлов. - Одесса : Транспорт, 2011. - 100 с.

5. Исследование прочностных характеристик лессовых грунтов в условиях трехосного напряженного состояния при воздействии виродина-мических нагрузок / А. Ф. Колос, М. А. Абдука-римов // Известия ПГУПС. - 2011. - Вып. 3. -С. 176-182.

6. Колебательный процесс грунтов железнодорожного земляного полотна, возведенного из лёссовых суглинков, при скоростном движении поездов в условиях республики Узбекистан / А. Ф. Колос, З. Э. Мирсалихов // Известия ПГУПС. -2011. - Вып. 4. - С. 105-113.

7. Чувствительность щебеночного балласта к вибродинамическому воздействию / И. С. Козлов, Д. С. Николайтис // Сб. науч. тр. Sworld по материалам Международной научно-практической конференции (Одесса, 2011). Т 2. - 2011. -№ 4.- С. 23-24.

УДК 629.4.023

В. А. Кручек, Х. R Косимов

Петербургский государственный университет путей сообщения

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ РАМЫ ТЕПЛОВОЗА UZTE16M

Безопасная эксплуатация транспортного средства определяется остаточной прочностью деталей, узлов и конструкций. Статья посвящена моделированию и анализу напряженно-деформированного состояния рамы тепловоза и определению наибольших напряжений в сечениях рамы тепловоза типа UzTE16M.

подвижной состав, рама тепловоза, срок службы, несущие конструкции, прочность.

Введение

Основной задачей железнодорожного транспорта любой страны является полное обеспечение перевозок народно-хозяйственных грузов и пассажиров. Повышение скоростей движения на железнодорожном транспорте, увеличение веса поездов и грузоподъёмности ведут к росту динамических

воздействий на ходовую часть и диктуют повышенные требования к несущим конструкциям подвижного состава, в частности рамам тепловоза. Необходимость оценки остаточного ресурса несущих конструкций после выработки ими назначенного ресурса возникла в последние годы в связи с проведением на железнодорожном транспорте

2013/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Современные технологии - транспорту

37

работ по продлению срока службы подвижного состава. Потребовался новый подход к решению проблем, в том числе исследование механических и усталостных характеристик материала несущих конструкций и сопротивления усталости самих деталей после их длительной эксплуатации, обоснование влияния экстремальных условий нагружения, характеристик деталей на их напряжённое состояние, а также поиск альтернативного метода оценки их остаточного ресурса.

В сложившейся ситуации, когда потребности дорог в обновлении локомотивного парка ограничиваются их финансовыми возможностями, значительно возрастает роль ремонта и модернизации как способа поддержания тяговой техники в работоспособном состоянии.

Одним из решений в данный период, наряду с постепенным обновлением парка за счёт поставок новых локомотивов, является продление срока службы части парка путем капитальных ремонтов, в том числе с модернизацией.

В настоящее время большая часть локомотивного парка имеет срок службы более 30 лет, т. е. выработала срок службы [4]. Для продления срока службы и восстановления технического состояния тепловозов типа ТЭ10 необходимо заменить устаревшие дизели типа 10Д100 более экономичными современными дизелями, узлами и агрегатами тепловоза, а также восстановить несущие части локомотива.

В связи с выработкой ресурса, появлением дефектов и износа несущих конструкций тепловозов, с изменением действующих нагрузок на конструкции при модернизации, одной из основных проблем является обеспечение прочности, надежности и долговечности конструкций тепловоза [1].

Основной несущей конструкцией тепловозов является главная продольная рама, которая воспринимает и передает вертикальные, тяговые, тормозные и инерционные силы на тележки (оси) и ударно-тяговые приборы.

Во исполнение постановления Президента Республики Узбекистан «О комплексной программе развития и модернизации желез-

нодорожной отрасли на 2010-2015 годы» утвержден сетевой график модернизации и восстановления локомотивов, модернизации тепловозов UzTE16M на базе ТЭ10М. Модернизация заключается в установке дизеля 1А-9ДГ.

1 Схема нагружения рамы тепловоза

Прочностные и весовые показатели рам тепловоза определяются рядом конструктивных и технологических факторов. Это, прежде всего, принципиальная схема тепловоза, определяющая систему сил, действующих на раму; конструктивное исполнение основных несущих элементов рамы и узлов соединения этих элементов друг с другом, а также допустимый уревень концентрации напряжений.

Расчетная схема рамы принята в виде консольно-балочной системы на четырех опорах в местах опирания на шаровые опоры тележек.

Основные геометрические размеры рамы тепловоза ТЭ10М [2]:

расстояние между осями шкворней -16 969 мм;

длина рамы - 15 940 мм;

расстояние между осями шкворней -8600 мм;

расстояние между осями шкворневых опор тележки - 1850 мм.

Загружение рамы выполнено по данным развески тепловоза (табл. 1), сосредоточенным силам и распределенным нагрузкам, которые сгруппированы в зависимости от их расположения (табл. 2).

Расположение действующих сил на раму и расчетная схема загрузки приведены на рис. 1.

Положение центра тяжести надтележоч-ного строения относительно условной оси тепловоза определяем по формуле:

У-!^ •

где ЕР - приведенные сосредоточенные силы.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2013/4

38

Современные технологии - транспорту

ТАБЛИЦА 1. Развеска тепловоза UzTE16M

Узел Масса, кг Плечо, мм Момент, кг-мм

1 2 3 4

Рама дизеля Р1 T1 Р1 • T1

Блок цлиндров Р2 L2 Р2 • L2

Комплект втулок Р3 L3 Р3 • L3

Комплект поршней Р4 Р4 Р4 ^ L4

Коленчатый вал Р5 T5 Р5 ^ L5

Трубокомпре ссор Р6 Р6 ^ T

Приводной нагнетатель Р7 L7 Р7 ^ L7

Масляный насос Р8 L8 Р8 ^ L8

Водяной насос охлаждения дизеля Р9 L9 Р9 ^ Р9

Водяной насос холодного контура Р10 L10 Р10 ^ L10

Регулятор Р11 T11 РУ L11

Неучтенная масса Р12 L12 Р12 ^ L12

Генератор ГПЗ11Б Р13 T13 Р • T М3 М3

Муфта Р14 T14 Р14 • T14

Двухмашинный агрегат Р15 L15 Р15 ^ T15

Компрессор КТ7 Р16 Pie Р • T Me Me

Рама тепловоза Р17 L17 Р • T M7 M7

Фильтр грубой очистка масла Р18 L18 Р • T M8 M8

Задний редуктор Р19 L19 Р • T ^19 ^19

Карданные валы Р20 L20 Р • T 20 20

Передний редуктор Р21 L21 Р 21 • T21

Вентилятор передний тележки Р 22 L22 Р22 ^ T22

Вентилятор задней тележки Р23 L23 Р • T r 23 ^23

Вентилятор тягового генератора Р24 L24 Р • T ^24 ^24

Топливный бак Р25 L25 Р • T M5 ^ 25

Водяной бак Р26 L26 Р • T Me Me

Теплообменик Р27 L27 Р • T r 21 ^27

Воздухоочиститель Р28 L28 Р • T 28 28

2013/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Современные технологии - транспорту

39

Окончание табл. 1

1 2 3 4

Сцепное устройства переднее Р29 Р29 Р • L 29 29

Сцепное устройство заднее Р30 Р30 Р • L 30 30

Камера холодильника Р31 Р31 Р • L ^31 ^31

Секции холодильные нормальные (UzTE16M) Р32 Р32 Р • L Г 32 ^32

Секции холодильные укороченные (UzTE16M) Р33 Р33 Р • L r33 ^33

Вентилятор Р 34 Р34 Р34 • L34

Кабина Р35 L35 Р35 ^ L35

Кузов над двигателем с обшивкой Р36 L36 Р • L ^36 ^36

Аккумляторная батарея Р37 L37 Р • L r 37 ^37

Камеры высоковолтьные Р38 L38 00 00

Неучтенная масса тепловоза Р39 L39 Р • L 39 39

ТАБЛИЦА 2. Приведенные сосредоточенны силы

Обозна- чение Величина

R1 24,53 7,15 0,82 ^ P35

R15 6,60 5,73 2,24 P15

R2 25,0 4,75 3,22 P^ P2C P2* P24> P38

R13 89,0 2,96 5,01 P13

R3 9,5 2,26 5,71 RV P14

R1 20,25 0,58 5,39 P1

R29 20,0 0,085 7,88 P25

R4 404,73 0,0 7,97 P P P 17 37 39

R5 204,42 0,012 7,96 P P P P P P P 3’ 4’ 5’ 2’ 12’ 28’ 36

R6 23,44 -2,27 5,70 P P P P P 1 8 9 10 11

R 15,65 -4,0 3,97 P P P P P 19’ 20’ 23’ 26’ 27

R8 66,81 -6,51 1,46 P18, P31, P3* P33, P34

R30 11,35 -7,51 0,64 P30

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2013/4

2013/4 Proceedings of Petersburg Transport University

о

а) Геометрические параметры главной рамы тепловоза UzTE16M

16969

15940

4185

1235

616

616 1235

к

го

0

§. §-

1 °

3 о

3070

3

Дизель

1240

4^ СО О) о Условная ось

I

ф

о.

о

8485

7970

8600

2400

4184,5

7,15

7,51

см II й: 53 5,73 6,51 ,70 R3o=

4,75 2,96 4,0 Pe=7

2,26 2,27

Pi=20,25 R4=404,73

Ri7=6,6 r2= 25,0 Ri5=89 Rs= 9 5 0,58 Rs=204,42 Re=23,44 R?=15,65 Re=66 ,81

!qH.M qP.T

0,515

R29=20

] q-г.б.

0,085

б) Расчетная схема нагрузок, действующих на раму

в1 Эпюоа моментов инеонии попеоечных сечений

Рис. 1. Расчетная схема нагрузок, действующих на раму

Современные технологии - транспорту

Современные технологии - транспорту

41

Рассмотрим часть приведенных в табл. 2 сосредоточенных сил в расчетной схеме:

2P = R + R + R + R + R + R + R +

1 17 2 15 3 1 29

+ R4 + R5 + R6 + R7 + R8 + R34;

ZMo = -R1 • L1 - R17 • L2 - R2 • L3 - R15 • L4 --R3 ^ L5 - R1 ^ L6 - R29 ^ L7 - R4 ^ L8 - R5 X X L9 - R6 ^ L10 - R7 ^ L11 - R8 ^ L12 - R30 ^ L1;

4з

R5

L

РД

Вес топливного бака Р25 на участке между креплениями его к раме тепловоза Ьрд.

44

P

25

L

рД

тогда X

£М0 ZP '

Для приведения суммарного веса к середине тепловоза справа от условной оси на расстоянии подвешивания 6,51 м укладываем балласт весом 7,7 кН, тогда ZP = 903 кН.

Реакции в шаровых опорах будут одинаковыми, что обусловливается сбалансированным рессорным подвешиванием:

Р

1

Р2 = Р3 = Р* кН.

Часть приведенных в табл. 2 сосредоточенных сил для более точного построения эпюры изгибающих моментов, учитывая характер их приложения к раме, заменяем распределенными нагрузками.

Собственный вес рамы Р кН, и неучте-ную массу тепловоза Р39, кН, распределяем по длине всей рамы L, м:

4i

P17 + P39 .

L ’

тогда величина равнодействующей R4 уменьшается и составит

R

R

R.

Собственный вес рамы Р1 дизеля распределяется по ее длине £рд:

42

Pi

L

рД

Вес деталей дизеля и другие силы, входящие в силу R3, распределяем по длине части рамы дизеля Ьрд [3]:

2 Вычисление изгибающих

моментов в характерных сечениях для построения эпюры

Для построения эпюры вычисляем изгибающие моменты в характерных сечениях (нумерация сечений по индексам сил):

лл qc2 2

Изгибающий момент над 1-й шаровой опорой (слева): МЛ1 и М2.

Изгибающий момент над 1-й шаровой опорой (слева): МЛ1, МЛ15 и М3.

Изгибающий момент в середине рамы как сумма моментов всех сил слева от условной оси: Млев.

с

Изгибающий момент в середине рамы как сумма моментов всех сил справа от условной оси: Мпр и М.

с6

Изгибающий момент над 2-й шаровой опорой (справа): МВ2 и М7.

Изгибающий момент над 1-й шаровой опорой (справа): МВ1, МА15 и МВ4.

По полученным значениям М построена эпюра изгибающих моментов (рис. 2).

Максимальные растягивающие напряжения в середине рамы:

G

Мя'

Максимальные сжимающие напрежения в сечении над 1-й (слева) шаровой опорой [3]:

Gg4 =

Мс

W '

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2013/4

42

Современные технологии - транспорту

2013/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Современные технологии - транспорту

43

Заключение

Рассмотренная расчетная схема рамы тепловоза типа UZTE16M позволяет достаточно полно исследовать их эпюры изгибающих моментов, дать оценку возможным изменениям при их модернизации, определить эффективные способы усиления при ремонте. В результате сравнения данных расчетная схема рамы и приведенных нагрузок от собственного веса с требованиями [3] можно сделать вывод о том, что расчетная схема была выбрана правильно. На следующем этапе производится статический и динамический расчет рамы, по результатам которого можно судить о долговечности конструкции рамы тепловоза.

Библиографический список

1. Разработка технологий освидетельствования и восстановления рам тепловоза серии ТЭ10М для продления срока их службы : отчет по научно-исследовательской работе. - Ташкент : ТашИИТ, 2007.

2. Теория и конструкция локомотивов / В. А. Симонов ; под ред. Г. С. Михальченко. -Москва : Маршрут, 2006. - 584 с.

3. Нормы для расчета и оценка прочности несущих элементов динамических качеств и воздействия на путь экипажной части локомотивов железных дорог МПС РФ колеи 1520 мм. - Москва : ВНИИЖТ, 1998. - 145 с.

4. Оценка остаточного ресурса рам тележек тепловозов : дис. ... канд. техн. наук / Н. С. Зай-ниддинов. - Санкт-Петербург, 2010. - 169 с.

УДК 656:625.45 Л. А. Лосин

ЗАО «Петербургский НИПИград»

Н. В. Левадная, В. А. Черняева

Петербургский государственный университет путей сообщения

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИОРИТЕТОВ РАЗВИТИЯ ОБЩЕСТВЕННОГО ПАССАЖИРСКОГО ТРАНСПОРТА В ГОРОДАХ

Предлагается новый подход к определению приоритетов развития общественного пассажирского транспорта в городах. На основе анализа современной транспортной ситуации определяются показатели, влияющие на структуру транспортной системы города.

городской пассажирский транспорт, улично-дорожная сеть, транспортная инфраструктура, транспортное планирование, математическое моделирование, распределение перевозок, транспортная схема, пассажиропоток, работа транспорта, досетевое моделирование, матрицы корреспонденций, геометрия транспортной сети.

Введение

Транспортную ситуацию во многих крупных городах России можно охарактеризовать как критическую. С проблемами перегрузки улично-дорожной сети ежедневно сталкива-

ются тысячи жителей городов, а мероприятия по развитию сети и совершенствованию организации дорожного движения не поспевают за возрастающим спросом на передвижения. Постепенно общество и власти приходят к необходимости первоочередного вни-

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2013/4