Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Анализ нагруженности и совершенствование конструкции шкворневого узла трамвайного вагона

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Совершенствование конструкции шкворневого узла, а следовательно и повышение долговечности кузова трамвайного вагона становится одной из важнейших задач современного городского электротранспорта. Поэтому в диссертации рассматриваются вопросы создания конструкции шкворневых узлов, позволяющей снизить его повреждаемость и за счет этого существенно повысить его долговечность. Установлено при… Читать ещё >

Содержание

  • ВВЕДЕНИЕ*
  • 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ФОРМУЛИРОВКА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. Краткий обзор и анализ исследований в области повышения надежности несущих узлов подвижного состава
    • 1. 2. Формулировка и постановка задач исследования
  • 2. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ШКВОРНЕВОГО УЗЛА ТРАМВАЙНОГО ВАГОНА
    • 2. 1. Анализ технического состояния сварных конструкций шкворневых узлов трамвайных вагонов
    • 2. 2. Определение показателей надежности шкворневых узлов трамвайных вагонов Т
  • Выводы
  • 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАГРУЖЕННОСТИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ШКВОРНЕВОГО УЗЛА ТРАМВАЙНОГО ВАГОНА
    • 3. 1. Создание математической модели для исследования напряженно-деформированного состояния кузова трамвайного вагона с использованием сочетания объемных, оболочечных и балочных конечных элементов
    • 3. 2. Исследование влияния условий нагружения и конструктивных параметров шкворневого узла трамвайного вагона на его напряженно-деформированного состояния
    • 3. 3. Разработка методики и исследование долговечности шкворневого узла трамвайного вагона
  • Выводы
  • 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАГРУЖЕННО-СТИ ШКВОРНЕВОГО УЗЛА И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ ШКВОРНЕВОГО УЗЛА ТРАМВАЙНОГО ВАГОНА
    • 4. 1. Стендовые и поездные испытания шкворневого узла трамвайного вагона
    • 4. 2. Технико-экономическое обоснование внедрения усовершенствованной конструкции шкворневого узла трамвайного вагона
  • Выводы

Анализ нагруженности и совершенствование конструкции шкворневого узла трамвайного вагона (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

.

В городском транспорте многих городов России эксплуатируются трамвайные вагоны серии Т-3, около 90% из которых уже выработали свой ресурс. Сложившаяся экономическая ситуация в России не позволяет обновлять быстрыми темпами подвижной состав городского, электротранспорта. Поэтому существует проблема продления срока службы трамвайных вагонов и сокращения затрат на их ремонт. Среди комплекса мероприятий, направленных на решение этой задачи, важное значение имеют вопросы совершенствования конструкций узлов на основе применения современных методов расчета и проектирования.

Опыт эксплуатации показывает, что значительная доля отказов кузовов трамваев связана с низкой надежностью шкворневых узлов. Из эксплуатации и ремонта трамваев известно, что у 30% трамвайных вагонов основная неисправность шкворневого узла — это трещины в зонах сварных швов.

Совершенствование конструкции шкворневого узла, а следовательно и повышение долговечности кузова трамвайного вагона становится одной из важнейших задач современного городского электротранспорта. Поэтому в диссертации рассматриваются вопросы создания конструкции шкворневых узлов, позволяющей снизить его повреждаемость и за счет этого существенно повысить его долговечность.

Цель диссертационной работы состоит в разработке уточненной методики оценкц’нагруженности и выработке рекомендаций по совершенствованию конструкции шкворневого узла трамвайного вагона.

Методологической основой работы является современное представление о прочности и долговечности конструктивных элементов трамвайных вагонов. Общая методика исследований построена на использовании численных методов анализа, виртуального трехмерного моделированияэксплуатационных испытаний.

Научная новизна.

1. Предложена уточненная методика определения нагруженности шкворневого узла трамвайного вагона с учетом случайного процесса нагру-жения и характеристик сопротивления материала конструкции, позволяющая с достаточной точностью оценить его напряженно-деформированное состояние и долговечность.

2. Разработана расчетная модель кузова трамвайного вагона, основанная на использовании сочетания объемных, оболочечных и стержневых конечных элементов, позволяющая учесть совместную работу элементов конструкции трамвая и имитировать различные комбинации нагрузок, действующих на трамвайный вагон в эксплуатации.

3. Выполнен анализ технического состояния и определены показатели надежности шкворневых узлов трамвайных вагонов Т-3 на основе статистических данных об отказах в эксплуатации.

Практическая ценность.

1. Разработанная в диссертации уточненная методика расчета нагруженности шкворневого узла трамвайного вагона позволяет на стадии проектирования производить выбор его рациональных параметров.

2. На основе проведенных исследований были даны рекомендации по совершенствованию технологии ремонта и технического обслуживания шкворневых узлов трамвайных вагонов. ' .

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на, следующих конференциях и семинарах: научно-технической конференции «Молодые ученые транспорту», УрГУПС, 2001; III научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты», ПГУПС, 2003'/Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы’развития железнодорожного транспорта», УрГУПС, 2003; научно-технической конференции «Научные исследования на службе транспорта», г. Н. Тагил, 2004; региональной научно-практической конференции «Новейшие достижения науки и техники на железнодорожном транспорте», ЧИПС, 2004; международной научной конференции, посвященной 75-летию РГУПС «Актуальные проблемы развития транспорта России: стратегические,-региональные, технические», РГУПС, 2004; научно-технической конференции «Молодые ученые транспорту», УрГУПС, 2004; заседаниях кафедры «Вагоны» УрГУПС, 2002;2005.

Публикации. По результатам исследований, выполненных в диссертационной работе, опубликовано 6 работ.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Предложена уточненная методика определения нагруженности шкворневого узла трамвайного вагона с учетом случайного процесса нагру-жения и характеристик сопротивления материала конструкции, позволяющая с достаточной точностью оценить его напряженно-деформированное состояние и долговечность.

2. Разработана расчетная модель кузова трамвайного вагона, основанная на использовании сочетания объемных, оболочечных и стержневых конечных элементов, позволяющая учесть в одной конечно-элементной модели совместную работу элементов конструкции трамвая, имитировать различные сочетания нагрузок, действующих на трамвай в эксплуатации, адекватность которой натурной конструкции подтверждается соответствием расчетных • и экспериментальных данных. Установлено, что расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния шкворневого узла трамвайного вагона составило 11%.

3. Разработана схема причинно-следственных связей показателя «работоспособность городского электротранспорта» й выполнен анализ данных об отказах трамваев, которые позволили обоснованновыбрать в качестве объекта исследования шкворневой узел рамы трамвайного вагона.

4. Установлено в поездных испытаниях, что боковые ускорения состав.

•у ляют 1,6 м/с. Это существенно выше регламентированного «Нормами для расчета и проектирования механической части новых вагонов трамвая колеи 1524 мм» непогашенного центробежного ускорения, равного 0,6 м/с .

5. Установлено при обследовании технического' состояния, что 30% поступающих в ремонт трамваев имеют трещины в зонах сварных швов шкворневого узла. Вероятность безотказной работы шкворневого узла, определенная по статистическим данным об отказах в эксплуатации, составила 0,85, что свидетельствует о его низкой надежности.

6. Выявлены характерные зоны концентрации напряжений, соответствующие наиболее частому возникновению трещин:

— первая — зона сварного шва, соединяющего верхний лист шкворневой балки со шкворнем;

— вторая — зона сварного шва, соединяющего верхний и боковой листы шкворневой балки у пересечения хребтовой и шкворневой балки.

7. Определены рациональные параметры конструкции шкворневого узла трамвайного вагона, позволяющие в 4 раза по отношению к исходной конструкции снизить уровень максимальных напряжений в зоне сварного шва, лимитирующего работоспособность узла в целом, и повысить среднюю наработку до отказа в 1,31 раза.

8. Определен ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения разработанной конструкции усиления шкворневого узла, составивший 68 110 руб. на один трамвайный вагон.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Нормы для расчета и проектирования механической части новых вагонов трамвая колеи 1524 мм. -М.: ВНИИВ, 1989. 100 с.
  2. Расчет вагонов на прочность / C.B. Вершинский и др.- Под ред. Л.А. Ша-дура. Изд. 2-е — М.: Машиностроение, 1971. — 432 с.
  3. Вагоны. Учебник для вузов ж.-д. транспорта. / Л. А. Шадур, И. И. Челноков, Л. Н. Никольский и др. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1980. -439 с.
  4. O.K. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. -541с.
  5. Noor Ahmed К. Books and monographs on finite element technology // Finite El. Anal, and Des., 1985.-Vol. l.-№ l.-P. 101−111.
  6. А.П. Матрицы в статике стержневых систем. Л.: Стройиздат, 1966.
  7. A.B. Основы метода конечных элементов и его применение к расчету вагонных конструкций: Учеб. пособие. Екатеринбург: 1996. -Ч. 1 -37 с.
  8. А.Ю. Совершенствование сварных узлов полувагона на основе поэтапных конечноэлементных расчетов их нагруженности: Автор, дис.. канд. техн. наук. М.: МИИТ, 1995. — 24 с.
  9. C.B. Разработка и анализ моделей повреждающих воздействий на котлы цистерн для перевозки криогенных продуктов- Автор, дис.. докт. техн. наук. М.: МИИТ, 2000. — 47 с.
  10. Johnson M.R., Yeung K.S. Application of Finite Element Analysis’to the Study of Railroad Whell Failure Phenomena // In: Track/Train Dynamics and Design. Advanced Techniques. Pergamon Press New York, 1978. — P. 375−385.
  11. А.Э. Прогнозирование нагруженности ходовых частей грузовых вагонов повышенной грузоподъемности методами имитационного моделирования: Автор, дис.. докт. техн. наук. Екатеринбург: УрГУПС, 2002. -48 с.
  12. H.H., Волков A.C., Ожерельев В. А. Расчет кузова восьми-осного полувагона как пространственной конструкции // Тр. ин-та / МИИТ -1980.-Вып. 677. -С. 158−168.
  13. A.C. Исследование напряженно-деформированного состояния кузовов восьмиосных полувагонов // Тр. ин-та / ДИИТ 1979. — Вып. 205/26. -С. 142−147.
  14. C.B., Чугунов Г. Ф. Действие открытого пламени на котел железнодорожной цистерны И Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте: Тр. II науч.-практ. конф. М.: МИИТ, 1999. — Книга 1. -С. III.9-III.il.
  15. С.Н., Киселев A.C., Куркин A.C. и др. Современные аспекты компьютерного моделирования тепловых, деформационных процессов и структурообразования при сварке и сопутствующих технологиях // Сварочное производство. -1998.-№ 10.-С. 16−24.
  16. Radaj D. Heat Effects of Welding. Temperature Field, Residual Stress, Distortion. Springer-Verlag, Berlin, 1992. — 348 p.
  17. T.B. Напряженно-деформированное состояние котлов цистерн с учетом воздействия коррозионно-активных грузов: Автор, дис.. канд. техн. наук. Екатеринбург: УрГУПС, 2003. — 22 с.
  18. В.Ф. Прогнозирование прочности и долговечности вагонов для перевозки коррозионно-активных грузов. Дис.. докт. техн. наук. Екатеринбург: УрГУПС, 2003. — 413 с.
  19. А.И., Козлов И. В., Азовский А. П. Исследование напряженного состояния кузова четырехосного полувагона из алюминиево-магниевых сплавов: Тр. ин-та / ВНИИВ. Вып. 44. — С. 53−62.
  20. А.И. Исследование прочности и динамики четырехосного полувагона из алюминиевых сплавов. Автор, дис.. канд. техн. наук. Брянск: БИТМ, 1982.-23 с.
  21. Р.И. Развитие методов оценки работоспособности несущих конструкций подвижного состава с использованием закономерностей самоорганизации и самоподобия: Дис.. докт. техн. наук. М.: МИИТ, 2000. -435 с.
  22. Distributed and Discrete Nonlinear Deformations on Multibody Dynamics / J. Ambrosio, M. Pereira, J. Dias. // Nonlinear Dynamics. 1996. — № 4. — P. 359 379.
  23. В. И., Григорьев И. В. Расчет составных оболочечных конструкций на ЭВМ: Справочник. -М.: Машиностроение, 1981. 216 с.
  24. Ю.Н., Смирнов В. Ю., Летунов Б. П. Алгоритм расчета долговечности транспортных конструкций на основе конечно-элементного анализа // Проблемы механики ж.д. транспорта: Тез. докл. Всесоюзн. конф. Днепропетровск: ДИИТ, 1988. — С. 86.
  25. Ю.Н. Экспериментальное исследование характера нагружений сварных швов соединительной балки вагонных тележек при эксплуатации // Сварочное производство. — 1995. № 12. — С. 11—14.
  26. ТО.Н. Методика трибосопряженйя пятник-подпятник грузовых вагонов с учетом сил контактного взаимодействия при воздействии продольных динамических сил. / Моск. гос. ун-т путей сообщ. (МИИТ) М., 1999. -37 с. — Деп. В ЦНИИТЭИ МПС, № 6239жд.99.
  27. Аксенов Ю-.Н. Методика трибосопряжения пятникгподпятник грузовых вагонов с учетом сил контактного взаимодействия при воздействии вертикальных нагрузок / Моск. гос. ун-т путей сообщ. (МИИТ) М., 1999. — 31 с. -Деп. В ЦНИИТЭИ МПС, № 6240жд.99.
  28. В.А. К вопросу расчета на вертикальную нагрузку шкворневого узла рамы полувагона. // Тр. ин-та / МИИТ. 1970. — Вып. 365. — С. 124−137.
  29. С.И., Юдин В. А., Волков Л. Г. Методика расчета подкреплений в шкворневом узле. // Тр. ин-та / МИИТ. 1974. — Вып. 453. — С. 81−89.
  30. Л.Л. Особенности реализации метода конечных элементов при наличии особых точек и зон концентрации напряжений // Вопросы механики полимеров и систем. Свердловск, 1976. — С. 3 — 12.
  31. Н.И. Методы и средства определения полей деформаций и напряжений. М.: Машиностроение, 1983. — 248 с.
  32. Kirch U. et al. Optimum Design by Partitioning into Substructures. // American Society of Civil Engineers. Proceedings Journal of the Structural Division. 1972. -Vol. 98, 1.-P. 249−267.
  33. .Н., Кузьменко А. Г., Овсий В. И. «Принцип микроскопа» в решении контактных задач с помощью МКЭ // .Вопросы исследования надежности и динамики элементов транспортных машин и подвижного состава. -Тула: ТПИ, 1978.-С. 101−106.
  34. О.М., Пастернак М. А. О прочностной оптимизации деталей ходовых частей подвижного состава // Проблемы динамики и прочности железнодорожного подвижного состава. Днепропетровск: ДИИТ, 1983. — С. 31−39.
  35. Г. Г. Исследование напряженного состояния кузова рефрижераторного вагона типа трехслойной оболочки в верхней части зоны дверного выреза: Автор, дис.. канд. техн. наук. Брянск, БИТМ, 1982. — 22 с.
  36. Фокин И. Н Исследование напряженного состояния и совершенствование конструкций рам тележек маневровых и маневрово-вывозных тепловозов: Автор, дис.. канд. техн. наук. Брянск, БИТМ, 1982. — 18 с.
  37. Кругло в В. В. Оценка прочности и надежности сварных узлов шпангоутов восьмиосных цистерн: Автор, дис.. канд. техн. наук. М.: МИИТ, 1990. -' 24 с.
  38. Szabo В.А., Basu P.A. Second Generation Stress Analysis Technology for the Railroad Industry In: Track / Train Dynamics and Design Advanced Techniques. -New York: Pergamon Press, 1978. P. 447−463.
  39. .Н., Кузьменко А. Г., Овсий В. И. «Принцип микроскопа» в решении контактных задач с помощью МКЭ // Вопросы исследования надежности и динамики элементов транспортных машин и подвижного состава. -Тула: ТЛИ, 1978.- С. 101−106.
  40. Г. Г. Исследование напряженного состояния кузова рефрижераторного вагона типа трехслойной оболочки в верхней части дверного выреза: Автор, дис.. канд. техн. наук. Брянск: БИТМ, 1982. — 22 с.
  41. О.М., Пастернак H.A. О прочностной оптимизации деталей ходовых частей подвижного состава // Проблемы динамики и прочности железнодорожного подвижного состава. Днепропетровск: ДИИТ, 1983. — С. 31−39.
  42. JI.JT. Особенности реализации метода конечных элементов при наличии особых точек и зон концентрации // Вопросы механики полимеров и систем. Свердловск, 1978. — С. 3—11.
  43. В.В., Холохонова Е. А. Расчет кузовов вагонов по частям на основе метода конечных элементов // Транспортное машиностроение. М.: ЦНИИТЭИ ТЯЖМАШ, 1991. — Вып. 2. — С. 3−6.
  44. В.Ю. Работоспособность заделок стоек кузова полувагона: Дис.. канд. техн. наук. М.: МИИТ, 1984. — 200 с.
  45. Е.П., Юрченко А. В., Янгулов Н. П. Метод оценки динамических напряжений в конструкции вагона, возникающих при ударах через автосцепку // Тр. ин-та / ДИИТ. 1980. — Вып. 210/27. — С. 3−13.
  46. Williams W.S. Evaluating and Utilizing Computer Service Firms for Railroad Engineering Applications. In: Track / Train Dynamics and Design. Advanced Techniques. New York: Pergamon Press, 1978. — P. 31−45.
  47. Chen ICC. Finite Element Analysis and Test Correlation of a Box Car Body Bolster. In: Track / Train Dynamics and Design. Advanced Techniques. New York: Pergamon Press, 1978. — P. 423−445.
  48. В.Н. Влияние упрочняющих накладок на напряженное состояние шкворневого узла вагона-самосвала // Динамическая нагруженность подвижного состава. Днепропетровск:.ДИИТ, 1984. — С. 125−127.
  49. Надежность машиностроительной продукции. Практическое руководство, по нормированию и обеспечению. М.: Изд-во стандартов, 1990. — 328 с.
  50. ГОСТ 27.001−81. Система стандартов «Надежность в технике». Основные положения. Введ. с 01.01.82- Группа Т5 — 3 с.
  51. ГОСТ 27.503−81 (СТ СЭВ 2836−81). Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Методы оценки показателей надежности. Взамен
  52. ГОСТ 17 509–72. Введ. с 01.07.82- Группа T5 — 55 с.
  53. ГОСТ 27.504−84. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по цензурированным выборкам. Введ с 01.07.85- Группа T5. -42с. •
  54. H.A. Прогнозирование надежности транспортных машин. М.: Машиностроение, 1989. — 240 с.
  55. ГОСТ 19 232–73. Сварка металлов плавлением. Дефекты сварных соединений. Термины и определения. Введ. с 01.01.75- Группа BOO. — 7 с.
  56. ОСТ 24.050.34−78. Проектирование и изготовление стальных сварных конструкций вагонов. Технические требования. М.: Министерство тяжелого и транспортного машиностроения.
  57. PTM 32 ЦВ 201−78. Инструкция по сварке и наплавке при ремонте вагонов и контейнеров. М.: Транспорт, 1979. — 200 с.
  58. М., Кината К., Стинсон К. Эффективная работа с Microsoft Excel 97: Пер. с англ. СПб.: Питер, 1998. — 1072 с.
  59. РД 50−690−89. Методические указания. Надежность, в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным. Взамен ГОСТ 27.502−83- ГОСТ 27.503−81- ГОСТ 27.504−84. Введ. с 01.01.91. — 134с.
  60. Анализ надежности технических систем по цензурированным выборкам / В. М. Скрипкин, А. Е. Назин, Ю. Г. Приходько, Ю. Н. Благовещенский. М.: Радио и связь,-1988. — 184 с.
  61. К., Ламберсон JI. Надежность и проектирование систем. М.: Мир, 1980.-608 с.
  62. М. Метод конечных элементов: Пер. с серб. Ю. Н. Зуева / Под ред. В. Ш. Барбакадзе. М.: Стройиздат, 1993. — 664 с.
  63. ANSYS Theory Reference. Release 5.6, Edited by Ph.D. Peter Kohnke. -Canonsburg: ANSYS Inc., 1999.
  64. К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов: Пер. с англ. A.C. Алексеева и др. / Под ред. А. Ф. Смирнова. М.: Строй-издат, 1982.-448 с.
  65. . Л.А., Гордон JI.A. Метод конечных элементов в теории пластин и оболочек // Известия ВНИИГидротехники. 1971. — Т.95. — С. 85−97.
  66. A.C., Кислоокий В. Н., Киричевский В. В. и др. Метод конечных элементов в механике твердых тел. Киев: Вища школа, 1982. — 480 с.
  67. М.Б., Сафариев М. С., Соловьев С. С. Построение и тестирование изопараметрического четырехугольного конечного элемента для расчета непологих оболочек средней и малой толщины // Изв. вузов. Авиационная техника. 1989. — № 1. — С. 17−21.
  68. А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. -М.: Недра, 1987. -318с.
  69. О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. М.: Мир, 1986.-318 с.
  70. А.И., Песошин A.B. Новый вариант построения трехмерного конечного элем-ента для анализа произвольных оболочек // Исследования по теории пластин и оболочек. Вып. 22. — Казань: КГУ, 1990. — С. 79−90.
  71. Ahmad S., Irons В.H., Zienkiewicz O.C. Analysis of thick and thin shell structures by curver elements. // International Journal for Numerical Methods in Engineering. 1970. — Vol.2.-№ 3.-P. 419−451.
  72. С.Г. Теория упругости анизотропного тела. M.: Наука, 1977. -415 с.
  73. Прочность и безотказность подвижного состава железных дорог. / Са-воськин А.Н., Бурчак Г. П., Матвеев А. П., и др.- Под общ. ред. А.Н. Савось-кина. М.: Машиностроение, 1990. — 288 с.
  74. П.С., Хохлов A.A., Петров Г. И. Испытания вагонов и методика их проведения. М.: 2002. — 94 с.
  75. Паспорт трамвайного вагона Т-3
  76. K.M., Мащенко A.B. Анализ конструкций шкворневых узлов трамваев. // Молодые ученые транспорту: Тр. науч.ттехнич. конф. Екатеринбург: УрГУПС, 2001. — С. 284−290
  77. H.G., Колясов K.M. Анализ технического состояния шкворневого узла трамвайного вагона по статистическим данным об отказах в эксплуатации. // Подвижной состав XXI века: Сб. статей III Науч.-технич.' конф. СПб: СПбГУПС, 2005. — С. 57−61.
  78. Н.С., Колясов K.M. Анализ напряженно-деформированного состояния шкворневых узлов рельсовых транспортных средств. // Новейшие достижения науки и техники: Сб. статей Региональной науч.-практич. конф.- Челябинск: ЮУЖД, 2004. С. 33−38.
  79. Н.С., Колясов K.M. Нагруженность шкворневых узлов трамвайного вагона // Подвижной состав XXI века: Сб. статей IV Науч.-технич. конф.- С-Пб: СПбГУПС, 2005. С. 12−14.
Заполнить форму текущей работой