Изучение прочности гребня при толщине 22 мм

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ СО СТРЕЛОЧНЫМ ПЕРЕВОДОМ

Петров Д.Ю. , Федорова В.И. (ФГБОУ ВО ПГУПС, г. Санкт-Петербург, Россия)

Исследование посвящено изучению движения подвижного состава по стрелочному переводу. На данном этапе работы построена твердотельная модель стрелочного перевода с полным геометрическим подобием стрелки типа Р65 марки 1/9, в ПК «Универсальный механизм» разработана модель универсального полувагона модели 12-9853 на тележках 18-9855. По результатам моделирования определены боковые и вертикальные силы, которые использованы для расчета прочности гребня колеса с разной толщиной.

На сегодняшний день работ в области исследования взаимодействия железнодорожного пути (в том числе и стрелочного перевода) и подвижного состава выполнено много, но с учетом современных требований к подвижному составу и изменения конструкции (стали применятся вагоны с улученными технико-экономическими параметрами) появилась необходимость в дополнительных исследованиях. В работе рассматривалось взаимодействие колесной пары со стрелочным переводом, т.к. при проследовании вагона на боковой путь в момент удара колеса об остряк, возникают максимальные силы, действующие на колесо [1].

Одним из параметров, характеризующим эффективность грузового вагона является увеличенный межремонтный пробег. Решение проблемы износа колес по тонкому гребню и увеличение межремонтного пробега колесных пар в настоящее время является актуальным, так как почти 68,3 % (рисунок 1) вагонов в 2020 году были отцеплены по данной неисправности, что подтверждается данными ОАО «РЖД» [2, 3].

Для оценки прочности колес необходимо проводить всесторонние исследования с применением современных программных комплексов. С помощью ПК «Универсальный механизм» в работе были определены боковые и вертикальные силы, действующие на колесную пару при движении вагона по стрелочному переводу. Расчет прочности гребня колеса выполнен в программе конечно-элементного анализа Ansys Workbench 19.0.

Для решения поставленной задачи рассматривалась твердотельная модель стрелочного перевода без износов и неровностей типа Р65 марки 1/9 (рисунок 2), которая имеет рельс рамный кривой с остряком прямым, крестовина острая, рельс крестовины с контррельсом и рельс тира Р65. В качестве движущейся единицы была разработана динамическая модель универсального полувагона модели 12-9853 на тележках 18-9855, в котором колесные пары имели разную степень износа поверхности катания и гребня колеса. Динамическая модель вагона была собрана в ПК «Универсальный механизм».

Рисунок 1 Статистика отцепок вагонов в 2020 г.

Рисунок 2 Модель стрелочного перевода тип Р65 марки 1/9

Разработанная твердотельная модель стрелочного перевода была импортирована в ПК «Универсальный механизм». Выполнены расчеты движения вагона по стрелочному переводу со скоростью 55 км/ч и определены боковые и вертикальные силы, действующие на колесо. Зависимость боковых и вертикальных сил от толщины гребня представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 Зависимость боковых и вертикальных сил от толщины гребня

Для проведения анализа распределения напряжений в гребне колеса при движении колесной пары по стрелочному переводу были разработаны объемные конечно-элементные модели (КЭМ), которые включают колесную пару с осью и двумя колесами. КЭМ разработана в программном комплексе SOLIDWORKS 21.0 с помощью элемента типа десяти узловой тетраэдр, а затем импортирована в программу конечно-элементного анализа Ansys Workbench 19.0. Зависимость максимального эквивалентного напряжения, возникающего на гребне при движении колесной пары по стрелочному переводу от толщины гребня, представлены на рисунке 4.

Рисунок 4 Зависимость максимального эквивалентного напряжения, возникающего на гребне при движении колесной пары по стрелочному переводу от толщины гребня

Результаты исследований показали, что при толщине гребня 22 мм, прочность гребня обеспечивается, исходя из полученных исследований, выполненных АО «НВЦ «Вагоны», при проведении независимой экспертизы схода подвижного состава, где в результате проведенного исследования было определено, что предел текучести для стали марки 2 составляет 650 МПа.

Исследования показали, что прочность гребня обеспечивается при минимальной толщине гребня 22 мм, но стоит отметить, что необходимо проводить дополнительные динамические расчеты по определению вкатывания колеса на острях, что планируется выполнить в последующих исследованиях. Если уменьшить минимальные допустимые допуски на износ гребней колес с 24 до 22 мм, можно производить обточки в текущем отцепочном ремонте и на 27 мм, с сохранением большего слоя металла при обточке.

_____________________________________________________________________________________________________________________________

Из материалов XV Международной научно-технической конференции «ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ XXI ВЕКА (ИДЕИ, ТРЕБОВАНИЯ, ПРОЕКТЫ)