автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Напряженное состояние кузовов полувагонов железных дорог СРВ с учетом влияния коррозионных износов их элементов

тс 'ссс?

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ШСТШТ ШЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ИМЕНИ 5.Э.ДЗЕРЖИНСКОГО

На правах рукописи

ЛЕ ВАН ХОК

НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КУЗОВОВ ПОЛУВАГОНОВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ СРВ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ КОРРОЗИОННЫХ 1СНОСОВ ИХ ЭЛЕМЕНТОВ

05.22.07 - Подвижной состав кедезных дорог и тяга поездов

Автореферат • диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991

С.У

/ ;,

О г.Л».

/

Работа выполнена в Московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров железнодорожного транспорта им, $.3.Дзержинского

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

В.Н.КОТУРАНОВ ■ Официальные оппоненты -доктор технических наук,профессор

Н.Н.Овечников; - кандидат технических наук, доцент В.К,1улаков.

Ведущее предприятие - ироектно-конструкторское бюро главного

управления вагонного хозяйства МПС.

Защита состоится 1991 г. в

А2^2'час, на заседании специализированного совета Д 114.05.05 при Московском институте инженеров железнодорожного транспорта по адресу: 101475, ГСП, Москва, А-55, ул. Образцова, 15, ауд. А&ЛО

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. •

Автореферат разослан

" №9, 1991 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу совета института.

Ученый секретарь специализированного совета .Филиппов

СЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность теш. В настоящее время железнодорожный транспорт занимает важное место в транспортной системе СРВ. На его долго приходится около 15$ грузооборота и 25% пассажирооборота по стране. Непрерывный рост грузовых перевозок на железнодорожном транспорте влечет за собой более интенсивное использование вагонного парка и представляет высокие требования к прочности, долговечности и надежности вагонов. До настоящего времени в загонном хозяйстве не создана современная техническая база ремонта и технического обслуживания вагоноз, в то же врем на железных дорогах используются разнообразные вагоны, основная часть которых - импортная; в стране нэ изготавливаются отечественные детали - колесные пары, автосцепки, буксы, тормозное оборудование... Все это приводит к уменьшению эффективности использования вагонного парка._

С 1976 г. железные дороги СРВ приступили к производству новых кузовов полувагонов, в конструкциях которых используют технические решения, реадизованные при проектировании старых вагонов, находящихся в эксплуатации. Кроме того, в условиях влажного тропического климата СРВ площадь поперечных сечений всех стержневых элементов кузова полувагонов снижается по сроку эксплуатации из-за коррозии. Это очень важная особенность, которую необходимо учитывать в расчетах кузовов вагонов на прочность и надежность.

Кафедрой "Вагоны и вагонное хозяйство" Ханойского института транспорта проводится исследование по созданию и отработке новьрс конструкций кузовов, по оценке качества

динамики и прочности полувагонов в конкретных условиях эксплуатации. Результаты исследований позволяют совершенствовать новые конструкции при проектировании, повысить прочность и долговечность вагонных конструкций, прогнозировать срок слуткбы вагонов, находяоихся в эксплуатации. Поэтому становится актуальным изучение прочности вагонов в целом,, в частности, исследование напряженного состояния кузовов полувагонов с учетом ослабления сечений стермгевых элементов, вызванных коррозионными изноесми.

Для решения поставленной задачи в диссертации разработаны математические модели и программы расчетов на ЭВМ налряженно-деформировавдаго состояния кузова полувагонов -с учетом местных изменений размеров поперечных сечений элементов из-за коррозии при воздействии вертикально-ста- ' тическоЯ нагрузки и продольной силы при соударении полувагонов.

Цель работы и задачи исследования: Целью диссертации являются исследование напряженного состояния кузовов полувагонов с учетом влияния коррозионных износов их элементов; определение величин, характеризующих прочность главных элементоз кузовов, при проектировании новых конструкций; оценка влияния коррозионных износов на напряженное состояние главных несущих элементов кузовов эксплуатируемых полувагонов на келезных дорогах СРВ.

Для достижения поставленной, цели были решены следующие задачи:

- проведено исследование процесса коррозионных износов конструкций кузова полувагонов в условиях влажного тропического климата СРВ;

- на основании существующих современных методов разрабо тана методика оценки н&пряненного состояния кузова полувагонов с учетом местных изменений размеров поперечного .сочения стергневых элементов из-за коррозии;

- Быбрани расчетные схем, построены математические модели и написаны программы расчета для исследования напряженно-деформированного состояния кузова с учетом коррозии при воздействии статической вертикальной нагрузки и при продольном соударении полувагонов;

- определены статические, динамические и суммарные расчетные напряжения с учетом коррозионных износов в стеркке-ввх олементах кузова;

- установлено влияние коррозионных износов на напряженное состояние кузова конкретных конструкций полувагонов на основании выбранных расчетных схем и методов.

■Методика исследования. Для определения средней интенсивности коррозии стерютевых элементов кузова использовались статистические методы, основанные на данных по уменьшению плоиади поперечного сечения элементов из-за коррозии, собранных при осмотрах, связанных с оценкой технического состояния кузовов полувагонов, поступавших' в заводской и деповской ремонт. В качестве математических моделей использованы дифференциальние уравнения, описывающие поперечные и продольные колебания стержневых конструкций при воздействии вертикальных и продольных йагрузок. В этих системах учитывались изменение жесткости по длине» каждого стержневого элемента, сосредоточенные массы, особенности конструкции и междувагонной сеязи. При интегрировании дифференциальных уравнений был применен разностный метод и получе-

ны численные решения. Оценка прочности несудах элементов кузова проведена по напряжениям от вертикальных и продольных нагрузок. Оценка влияния коррозии на напряженное состояние главных элементов кузова проведена с применением метода наименьших квадратов и отражена функциональными зависимостями.

Научная новизна:

- развита методика исследования напряженно-деформированного состояния кузова на основании метода цифрового моделирования вибраций и ударных процессов в элементах кузовов вагона,®которой учитывались местные изменения жесткости стеркневых элементов из-за коррозии в соответствии со сро-

'ком эксплуатации полувагонов;

- определены величины, характеризующие прочность ке судах элементов кузова полувагонов, проектируемых и изготавляе-мых на железнодорожном транспорте СРВ;

- определен прирост напряжений, возникающих в элементах кузова эксплуатируемых полувагонов при учете коррозионных износов стеркней;

- проведена оценка влияния коррозии на напряженное состояние главных элементов кузова полувагонов построением математических функций, отражающих отношение меаду мерой коррозионных износов и приростом напряжений.

Практическая ценность. Основные теоретические положения и результаты исследования предназначены для использования при оценке напряженного состояния кузова полувагонов с учетом характера эксплуатации в условиях СРВ. Определены максимальная скорость соударения полувагонов, рациональный срок службы кузова полувагонов, работающих на

железных дорогах СРВ. Результаты расчетов позволяют определить запас прочности и долговечности кузова при проектировании новых полувагонов, оценить работоспособность полу-.вагонов, находящихся в эксплуатации.

Применение полученных результатов может быть основой для совершенствования системы ремонта эксплуатируемых полувагонов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы рассмотрены и одобрены на научном семинаре "Динамика и прочность конструкций вагонов" при кафедре "Вагоны и вагонное хозяйство" "МЮГГа, на заседании кафедры "Вагоны и вагонное хозяйство" МИИГа (1991 г.).

Публикации. По результатам выполнениях исследований опубликовано две научных статьи.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и списка использованной литературы. Работа излокена на 221 странице машинописного текста, содержит 55 рисунков, 24 таблицы Библиография включает 72 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, изложены цели и задачи исследования.

В первой главе содержатся общие сведения о железнодорожном транспорте и вагонном хозяйстве, проблема оценки напряженного состояния кузовов полувагонов в СРВ. В настоящее время общая протяженность осноеных магистральных железных дорог СРВ составляет 2523 км, основная часть кстормх-узкоколейная. Характерной особенностью железных дорог ле-

ляется большое число искусственных соорувений и, в частности, мостов; неудовлетворительное состояние пути, кривые малого радиуса, значительные уклоны, небольшое расстояний между станциями - все это значительно ограничивает пропускную и провозную способность железных дорог.

Существующий вагонный парк не может удовлетворять современным требованиям железных дорог в перевозках, как с точки зрения количества, гак и качества. Более 50$ существующего парка вагонов находятся в эксплуатации свыше 30 лет. Рабочий парк грузовых вагонов очень разнообразен как по типам и конструктивным особенностям, так и по времени постройки. Они строились по разным нормам расчета •на прочность с использованием различных прокатных профилей и конструктивных элементов и также сталей разных марок.

В настоящее время качество плановых ремонтов, уровень организации текущего содеркания и подготовки вагонов к перевозкам неудовлетворительны.

В последние годы на заводах СРВ приступили к производству новых кузовов.полувагонов для железнодорожного транспорта, конструкция которых основывается на базе старых проектов, поэтому оценка прочности этих кузовов была выполнена не в полной мере и приближенно.

Проведенный анализ состояния келазнодорожного транспорта к вагонного хозяйства СРВ показывает, что уровень его развития не отвечает требованиям сегодняшнего дня. На практике в СРВ расчеты кузовов полувагонов на прочность

тываются особенности условий рксплуатации, уменьшение

проводятся

расчетные схемам; расчетные наг-

рузки принимаются в веде статических. В расчетах не учи-

площади поперечного сечения сгершеЕых элементов из-за • коррозии. Такое решение вопроса совершенно не отражает действительных условий работы полувагонов и не позволяет ■Поэтому выбрать достаточно целесообразную конструкцию с точки зрения прочности.

Вопрос о том, как коррозия влияет на прочность кузова и какие меры коррозионных износов стергшевых элементов допустимы по условиям прочности до последнего времени не ■ решен . Такие задачи необходимо исследовать расчетным путем. Км посвящены последующие главы диссертации.

Во второй главе приведено исследование процесса коррозионных износов стерашевых элементов кузова полувагонов в условиях влаетого тропического климата Вьетнама. На основании данных (статистических), собранных при осмотре технического состояния кузова полувагонов, поступавших в заводской ремонт, следует заметить больиой коррозионный износ продольных и поперечных элементов рамы. Коррозионные иэносы, уменьшая площадь сечения элементов, снижают их прочность.

Скорость развития коррозии зависит от целого ряда факторов. Однако главной причиной коррозии'является увлажнение поверхности металла. В условиях СРВ с 'относительной влажностью воздуха более 85% коррозионные износы элементов полувагонов интенсивно развиваются.

' Для измерения фактических величин коррозионных износов элементов кузова были проведены обследования технического состояния большого количества полувагонов, поступавших в заводской и деповской ремонт на заводы Ханой, »

Хайфон, Тхайнгуен за период 1979-1965 г.г. На основании

полученных результатов определены средние интенсивности коррозии кагдого элемента как статистических величин.

Анализируя результаты измерения и материалы статистической обработки,делается вывод о том, что величина коррозионных изкосов всех элементов кузова полувагонов различна; самке большие коррозионные износы хребтовой балки возникают вблизи шкворневых балок, особенно для кузовов с деревянной обшивкой. Наибольпие величины коррозии в обвязках относятся к средней части кузовов полувагонов. Износы всех стоек кузова, почти одинаковы, но изменяются по высоте стойки. Наибольшие коррозионные износы поперечных балок относятся к шкворневой балке. Из результатов 'измерения следует,такке, что величины коррозионных изно-

I

сов зависят от времени постройки и срока эксплуатации" полувагонов. Исследование процесса коррозионных износов кузова полувагонов показали, что величина коррозии по'' длине хребтовой балки имеет большое различие, она делится на три участка:- средняя зона, зона вблизи шкворневых балок и остальные зоны, соответственно с определенной средней интенсивностью коррозии (местная коррозия по длине хребтовой балки).

Значения коррозионных износов всех других стержневых элементов кузова такке различны по их длине. Однако различие этих величин небольшое, поэтому для каждого стержневого элемента можно считать, что значение коррозионных износов одинаково по его длине (равномерная коррозия по его длине) при его расчете на прочность.

Таким образом, при расчете напряженного состояния

кузова полувагонов необходимо учитывать следующие возможные случаи:

- равномерные коррозионные износы всех стернкеБЫх элементов по их длине;

- местные коррозионные износы по длине хребтовой белки и равномернее коррозионные износы всех других элементов по их длине.

Третья глава посвяиена анализу существующих методов и выбору методики.оценки напряженного состояния кузовов полувагонов. В СССР большой вклад в развитие расчета и анализа налрякенно-деформированного состояния вагонных конструкций внесли В.З.Власов, А.А.Попов, С.В.Зершинский, Е.Н.Никольский, JI.H.Никольский, Л.А.Шадур, В.Н.Данилов, В.Н.Котуранов, М.М.Соколов, В.Д.Хусидов, А.Н.Савоськин, И.И.Челноков, И.П.Исаев, С.Н.Киселев, А.А.Львов, В.Н.Иванов и другие.

В главе проведен анализ достигнутых результатов в области расчета вагонов на прочность. Статически неопределимые конструкции вагонов рассчитываются классическими методами строительной механики, сформулированными в виде методов сил, перемещений или смешанных методов. При расчетах элементов кузовов,'идеализированных в виде пластин или оболочек, используются дифференциальные уравнения теории упругости.

' В настоящее время с внедрением в практику расчетов 8ВМ широкое применение получили различные численные методы расчета конструкций.

Анализ литературных источников показывает, что современные методы исследования напряженного состояния кузова

вагонов удовлетворительно описывают работу реальных конструкций.

В условиях эксплуатации вагонов в СРВ возникает необходимость определения влияния коррозионных ивносов стержневых элементов на напряженное состояние кузова полувагонов, находящихся в эксплуатации.

В этой работе предлагается использовать метод цифрового моделирования вибраций и ударных процессов в элементах кузовов вагонов, разработанный проф. Хусидовым В.Д. Методика построена на основе этого метода и позволяет осуществить численное интегрирование дифференциальных уравнений, описывающих упругие колебания стержневых конструкций под "действием вертикальных и продольных нагрузок с учетом местных изменений размеров сечений стершей из-за коррозии в соответствии со сроком эксплуатации.

В процессе эксплуатации толщина элементов кузова полувагонов уменьшается в соответствии со сроком службы, поэтому плосадь и другие геометрические характеристики элементов тоже меняются согласно этому сроку. До сих пор построение .зависимостей, характеризующих изменение геометрических характеристик поперечного сечения элементов кузова из-за коррозии в зависимости от их длины, является невыполнимой задачей. Поэтому'при расчетных вариантах следует задавать исходные данные по геометрическим характеристикам поперечных сечений элементов кузова дискретными ступенчатыми значениями. Какдый вариант расчета соответствует определенной величине коррозионных износов. Предполагается, что величина коррозионных износов хребто-

- 13 -

вой балки равна (.%), из этого имеем

¿Ц. „bxr-^it- , (км), (!)

200

где - номинальная толиина поперечного сечения хреб-

товой балки, мм; ДЬхр - уменьшение толтины поперечного сечения хребтовой балки из-за коррозии.

Срок службы хребтовой балки определяется по средней интенсивности ее коррозии:

TÄr . , (Г0Д), (2)

се **

где 'х[ - средняя интенсивность коррозии хребтовой балки, (мм/год).

Уменьшение толщины поперечного сечения i> -го стержневого элемента:

Abi , (мм), (3)

где ^ - средняя интенсивность' коррозии v -го стержневого элемента, (га/год).

Таким образом, методика позволяет определить величину напряжений стержневых элементов кузова с учетом как равномерных, так и местных коррозионных износов хребтовой балки по ее длине и в соответствии со сроком эксплуатации.

Четвертая глава посвяиена исследованию напряженного состояния стержневых элементов кузова полувагонов при воздействии вертикальной статической нагрузки. В качестве расчетной схемы кузова полувагонов принята пространственная стержневая система. Поперечные балки представляют собой стержни, имеющие переменные поперечные сечения по их длине. Хребтовая балка при учете местной коррозии по длине также является элементом с переменной жесткостью.

Система дифференциальных уравнений в неявном виде в частных производных, описывающая поперечные колебания стержневых элементов кузова, в обобщенном случае, имеет вид:

1Ь1 ' ГЯсх;

м"

7 т УнГ

(4)

где У * ^ - удельный вес материала; £ - плотность материала стержня; рС*).» ЛЪ<Р - площадь и момент инерции поперечного сечения при изгибе, зависящие от координаты х>, отсчитываемой по продольной оси стержня; ^и. - коэффициент внутреннего трения материала; \Л/ - поперечная Деформация (поперечное смещение точек стержня); Е - модуль упругости материала; t - время; М - изгибающий момент в сечении стертая; и- - индекс, обозначающий хребтовую балку, нижнюю и верхнюю обвязку кузова; - внешняя распределенная нагрузка по длине стержня.

Заменяя частные производные от изгибающего момента М и прогиба V\1 их разностной аппроксимацией, получим следую-сую систему дифференциальных уравнений для V -го .элемента и £ -го расчетного сечения:

^^^И«-АгКи-»V ; )

Щ Щ* \ (5)

где & - шаг разностной аппроксимации по координате X .

Система уравнений (5)' справедлива для сечений хребтовой балки, нижней и верхней обвязок, в которых нет подкреп-

«

лений, сосредоточенных масс и усилий.

Для сечений, в которых имеются подкрепления или сосредоточенные массы, система уравнений (5) имеет следующий вид:

гдв - скорости и ускорения сечений стержня;

УУЦ - сосредточенные массы; С^ - эквивалентные жесткости поперечных балок и стоек.

Чтобы найти начальные условия для системы уравнений (6), необходимо принять Щ «О и =0, решить эту систему относительно М^ и

В диссертации излагаются системы дифференциальных уравнений, описывающие поперечные колебания поперечных балок и продольные колебания стоек кузова полувагона. Граничные условия выражают совместность перемещений поперечных балок рамы с хребтовой балкой и нижней обвязкой, совместность деформации стоек кузова с нижней и верхней обвязками при воздействии вертикальной нагрузки.

Таким образом системы дифференциальных уравнений (5) и (б) являются математической моделью для определения напряженно-деформированного состояния стержневых элементов кузова полувагона,

В качестве объекта расчета был взят четырехосный полувагон, оборудованный автосцепками Китая ТД4, на тележках "Иддия". Все расчеты выполнялись по 57 сечениям хребтовой балки, нижней и верхней обвязки, по 6 сечениям каждой попе-

речной балки и стойки кузова.

Каждый вариант расчета соответствует определенной доле' равномерных коррозионных износов ( = 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45$) по сравнению с номинальной толщиной поперечного сечения хребтовой балки.

При величине коррозии Дхр в 0, программа расчета позволяет получить значения напряжений, характеризующих прочность несутих элементов новых кузовов. Определение напряжений с учетом местных коррозионных износов по длина хребтовой балки токе производились по 10 вариантам, аналогично как и при учете равномерных коррозионных износов. Однако особенность' программы расчета этого случая в том, что хребтовая балка по длине делится на 57 расчетных сечений, в которых с 1-го до 5-го сечения, 15-21, 37-43-и 53-57 сечения принимается коррозионный износ соответственно со средней интенсивностью коррозии % ; с 6-го до 14-го и 44-52 соответственно с, интенсивностью коррозии зоны вблизи шворневых балок ^ ; остальные сечения соответственно с интенсивностью коррозии средней части хребтовой балки .

На основании полученных результатов можно заметить| что максимальное статическое напряжение в продольных элементах возникает в среднем сечении верхней обвязки. Для новой конструкции кузова полувагонов, проектируемых в СРВ, максимальное статическое напряжение в верхней обвязке в 1,9 раза больше, чем в хребтовой балке, а также в 1,51 раз больше, чем в нижней обвязке.

Значения статических напряжений в поперечных балках

и стойках кузова малы. •

На основании этого установлено, что выбор соотношения

моментов инерции стеркневых элементов кузова при проектировании нового полувагона нельзя назвать удачным.

На основании результатов расчетов можно утверждать, что конструкции кузова проектируемых полувагонов нельзя отнести к рациональным по прочности. При учете коррозионных износов статические напряжения во всех элементах кузова полувагонов, находящихся в эксплуатации, увеличиваются по мере уменьшения их толщины из-за коррозии в соответствии со сроком службы. Прирост напряжений в-стержневых элементах вследствие коррозионных износов различен и не прямо пропорционален величина уменьшения толщины стенок стершей из-за коррозии. Для хребтовой балки местная коррозия по ее длине имеет более значительное влияние на статическое напряжение, чем равномерная. Прирост статических напряжений в стержневых элементах вследствие коррозионных износов имеет вид степенной функции.

В пятой главе излагаются разработка расчетной схемы, математическая модель, описывающая продольные колебания рамы, и определение динамических напряжений в хребтовой балке полувагонов при продольном соударении. Для реализации выбранного метода примем расчетную схему кузова полувагонов как раму, образованную хребтовой балкой и поперечными упругими стеркневыми элементами, соединенными с боковыми стенами. Боковые стены можно считать телами абсолютно жесткими в своей плоскости. В этой схеме хребтовая балка представляет собой стершевой элемент с переменными по его длине поперечными сечениями, испытывающий только продольную деформацию. Поперечные балки подвержены изгибу в горизонтальной плоскости. Инерционные характеристики, прея-

ставляющие массу элементов кузова и груз, излагаются в диссертации.

Согласно выбранной расчетной схеме колебания хребтовой' балки при продольном соударении для одного полувагона описывается системой дифференциальных уравнений:

г2В2.г Zit_.il ,^ц-

" Гйх) I ?х 1 + У

А ы Ги- ..

С?)

где и - продольная деформация хребтовой белки; Х4 -перемещение центра масс боковой стены как жесткого тела; М« - масса боковой стены; Ку - реакция, вызванная горизонтальными изгибами поперечной балки с номером ;

Рп -*«.), 1 (8)

где С«, _ реакция на единичное смещение узла заделки в горизонтальной плоскости; ^ - коэффициент Фойхта для материала п--ой поперечной балки.

Заменяя производные по, » в системе уравнений (7) конечными разностями, получаем:

->]♦

* ; (9)

К в £ [с.(и,.-х.)-«■ - *Ч) ] , ' ]

Начальными условиями для системы уравнений Й) будут: для набегающего полувагона: % •= V» ; = У» ; (10) для неподвижного полувагона: Х^1 = 0; = О, (II)

где V, - начальная скорость соударения полувагонов.

В диссертации представляются гр&чичные условия для точек хребтовой балки, в которых происходит соединение ее с поперечными балками, находятся упорные угольники; выражения для определения реакций поглощающего аппарата; граничные условия для крайних точек хребтовой балки и для точек, где находятся дискретные массы.

Таким образом, математической моделью кузова полувагонов при соударении является система дифференциальных уравнений (9) с начальными условиями (10), (II) и с граничными условиями, зависящими от скорости соударения и начальной деформации конструкции рамы полувагона.

Расчеты велись по Ъ7 сечениям хребтовой балки полувагонов. Для новых конструкций рамы полувагонов процесс соударения изучался для четырех скоростей: 1,5; 2; 2,5 и 3 м/с. Полученные результаты показали, что наибольшие динамические напряжения возникают на участке хребтовой балки мевду задним упором и шкворневым сечением со стороны удара. Из результатов расчетов можно установить, что при скорости соударения 2,5 м/с и более возникает жесткий удар двух груженых полувагонов.

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что для четырехосных полувагонов скорость соударения не долкна превыпать 2 м/с. Для эксплуатируемых полувагонов расчеты выполнялись с определенными, значениями равномерных и местных коррозионных износов хребтовой балки по 10 вариантам, аналогично расчету, приведенному в 4 главе.

Результаты расчета показали, что динамические напряжения в сечениях хребтовой балки увеличиваются по мере уве-

личения равномерных или местных коррозионных износов; увеличение динамических напряжений связано нелинейно с увеличением коррозионных износов хребтовой балки.

На основании полученных результатов можно утверждать, что местная коррозия по длине- хребтовой балки имеет влияние на ее напряженное состояние болез заметное, чем равномерная .

Разница расчетных напряжений, полученных при учете, равномерной и местной коррозии, в шкворневом сечении хребтовой балки, составляет 24,9$ при. одинаковой величине коррозии в 45% и скорости соударения V = 1,5 м/с. Из результатов исследования этой части можно сделать вывод, что местная коррозия по длине 1фвбтовой балки оказывает влияние более активное на динамические напряжения, -чем на ее статическое напряженное состояние.

В шестой главе представлены результаты определения суммарных расчетных напряжений и оценки влияния коррозионных износов на напряженное состояние несущих элементов кузова полувагонов.

Расчетные результаты показали, что самые большие значения суммарных расчетных напряжений в продольных элементах относятся к среднему сечению верхней обвязки.

На основании полученных результатов установлено, что при учете равномерной или местной коррозии хребтовой балки степени увеличения напряжений в сечениях различны и суще--сТЕенно зависят от коррозии и скорости соударения полувагонов. При одинаковой величине коррозии суммарные напряжения в сечениях хребтовой балки с учетом местной коррозии больше, чем с ^учетом равномерной коррозии.

Из результатов расчета следует, что хребтовая балка жжет работать безопасно около 6 лет, а верхняя обвязка не более 4,3 лет, с точки зрения прочности.

Таким образом, для обеспечения безопасности полувагонов, находящихся в эксплуатации, общий срок службы кузова ограничивается напряженным состоянием верхней обвязки и не превышает 4 года.

Во второй части главы проводится оценка влияния коррозионных износов стержневых элементов кузова на напряженное состояние хребтовой балки.

Для напряжений в шкворневом и среднем сечениях хребтовой балки при расчете с учетом местной коррозии можно записать в веде:

€ с б'иоц + мпа, (12)

Где 6н«ч - напряжение, полученное при расчете по номинальному сечению; - прирост напряжений, полученных в расчетах, учитывающих коррозия стержневых элементов.

Из рассмотрения графиков, построенных в диссертации, можно предположить, что. &- степенная функция.

На основании расчетных результатов, приведенных в главах диссертации, определены несколько функций, представляемых зависимости статических, динамических и суммарных расчетных напрякений в среднем и шкворневом сечениях хребтовой балки от величины коррозионных износов в различных вариантах. Например, статические напряжения в среднем сечении: л г3

Кт » 48,8 + 0,195 Лк^ , МПа, 0 4 4 45> (13) Максимальные динамические напряжения в шкворневом сечении

при соударении со скоростью "Р" = 1,6 м/с:

•= 35,6 + 0,21 . Ша- ° 4 А*Г £ 35, (14)

Суммарные расчетные напряжения в среднем сечении при соударении со скоростью V в 1,5 м/с:

в 59,6 + 0,26 , Ша, 0 45, (15)

Таким образом, комплекс выражений, построенных в этой главе, отражает влияние коррозии элементов на напряженное состояние хребтовой балки полувагонов, эксплуатирующихся на железных дорогах СРВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Коррозионные износы являются распространенным видом повреждений и главным фактором, влияющим на надежность, долговечность, прочность и эффективность использования полувагонов б условиях СРВ. Величина коррозии всех элементов кузова различна, Наибольшие коррозионные износы хреб-тогой. бс_:ки возникахт в зонах пересечения со шкворневыми балками, особенно для кузовов с деревянной обшивкой.

2. Разработана методика оценки напряженного состояния, основанная на методе цифрового моделирования вибраций и ударных процессов в элементах кузова вагона. Она позволяет осуществить численное интегрирование дифференциальных уравнений, описывающих упругие колебания стержневых конструкций под действием вертикальной и продольной нагрузок

с учетом местных изменений размеров поперечных сечений стержней из-аа коррозии.

3. Разработаны расчетные схемы и математические модели для изучения напряженного состояния кузова полувагонов. Написаны программы для расчетов напряжений в стержневых

■элементах от вертикальной нагрузки и продольной силы при соударении полувагонов с учетом как равномерных, так и местных коррозионных износов хребтовой балки по ее длине, зависящих от сроков эксплуатации.

4. Установлено, что конструкция кузова полувагонов, проектируемых и изготавливаемых в "СРВ, нерациональна по прочности, так как максимальное статическое напряжение в элементах возникает в среднем сечении верхней обвязки.

5. Возникающие напряжения в элементах кузова увеличиваются по мере уменьшения толщины стержней из-за коррозии. Полученные расчетные результаты показали, что коррозионные износы существенно влияют на напрякенное состояние элементов кузова; местная коррозия по длине хребтовой балки имеет более заметное влияние на ее напряженное состояние,чем равномерная.

6. Установлено, что максимальная скорость соударения четырехосных полувагонов не долкна превышать 2 м/с (7,2 кц/ч).

7. Определено, что хробтовая балка существующих полувагонов может работать безопасно с точки зрения прочности до б лет. Если рассмотреть напряженное состояния всех других стержневых элементов, то для обеспечения безопасности общий рациональный срск слуябы кузова ограничивается 4 годами до первого заводского ремонта.

'8. На основании расчетных'результатов установлены для конкретного варианта конструкции несколько функций, отражающих зависимости максимальных статических, динамических и суммарных напряжений в шкворневом и среднем сечениях хребтовой балки от величины местных коррозионных износов

по ее длине и в соответствии со сроком эксплуатации. Функции позволяют определить значение напряжений в указанных сечениях хребтовой балки при условии, что установлена мера ее коррозионных износов в

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Котуранов Б.Н., Мироненко Е.И., Смазанов С.И., Ле Ван Хок Динамические напряжения в хребтовой балке полувагона при продольном соударении с учетом коррозии стержневых элементов./ Ыоск.ин-т инж вс.-д.трансп.им.й.Э. Дзержинского.- М., 1991.- 15'е.: Ш.- 4. Деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС. N«5491.

2. Мироненко Е.И., Смазанов С.И., Ла Еан Хок Влияние коррозионных износов на напряженное состояние-кузова полувагона./ Ыоск.ин-т инк.к.-д.трансп.им. Ф.Э.Дзержинского.- М., 1991.- 14 е.: ИЛ.- 2. Деп. в ЦНИИГЭИ ШС.

ЛЕ ВАН ХСК

• Напряженное состояние кузовов полувагонов железных дорог СРВ с учетом влияния коррозионных износов их элементов

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Сдано в набор ¿6.04.91

Подписано к печатиг^.оУ.З! Объем ¡,5 печ.л. " Формат бумаги 60x90 1/16 Заказ Тираж 100 экз. Типография ШИТ, Москва, А-55, ул." Образцова, 15