Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Россия
УДК 539.431 Предел прочности, предел усталости при повторяющихся нагрузках
Цель: Оценка остаточного ресурса несущей конструкции маневрового локомотива ТЭМ2 на примере рамы тележки с учетом действующих эксплуатационных нагрузок и деградации материала конструкции. Методы: В статье рассмотрена оценка остаточного ресурса несущей конструкции маневрового локомотива на примере его рамы тележки с позиций усталостной прочности. Определено напряженно-деформированное состояние конструкции при сочетании статических и динамических нагрузок на основе динамических воздействий от неровностей пути. Построена скорректированная кривая усталости материала с учетом деградации его свойств в результате 40–45-летней эксплуатации. Проведен расчет коэффициента запаса сопротивления усталости. Результаты: Показано, что учет переменных нагрузок, пробега и технического состояния пути критически важен для точного прогноза долговечности базовых частей локомотива. Результаты могут быть применены при продлении срока службы подвижного состава, а также при разработке нормативных требований к его прочности. Практическая значимость: Предложенный подход способствует совершенствованию методов определения срока службы несущих конструкций. Показана необходимость применения конечно-элементного анализа при оценке технического состояния конструкций. Их использование позволит на ранней стадии выявлять усталостные повреждения, что значительно повысит долговечность рамных конструкций. Предложенный подход оценки ресурса несущей конструкции может быть рекомендован к практическому использованию. Подход позволяет повысить безопасность эксплуатации подвижного состава, снизить затраты на ремонт и модернизацию.
Маневровый локомотив, тележка, динамическая нагруженность, кривая усталости, напряженно-деформированное состояние, многоцикловая усталость, коэффициент запаса прочности, усталостная долговечность, остаточный ресурс, неровности пути
1. Кодиров Н. С. Анализ технического состояния и прогнозирования ресурса несущих конструкций маневровых локомотивов, эксплуатирующихся на железных дорогах Республики Узбекистан / Н. С. Кодиров, П. С. Григорьев // Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов: материалы VII Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием, Омск, 18 ноября 2022 г. — Омск: ОмГУПС, 2022. — С. 270–276.
2. ГОСТ Р 55513—2013. Локомотивы. Требования к прочности и динамическим качествам. — М.: Стандартинформ, 2013. — 75 с.
3. ГОСТ 34939—2023. Локомотивы. Требования к прочности и динамическим качествам. М.: Стандартинформ, 2023. — 45 с.
4. Махутов Н. А. Методы определения ресурса конструкций локомотивов / Н. А. Махутов, В. С. Коссов, Э. С. Оганьян и др. // Живучесть и конструкционное материаловедение (ЖивКоМ — 2016): труды конф., Москва, 26–28 окт. 2016 г. — М.: ИМАШ РАН, 2016. — С. 76–81.
5. Гасюк А. С. Расчетно-экспериментальные методы оценки ресурса базовых частей подвижного состава / А. С. Гасюк, Э. С. Оганьян // Известия Петербургского университета путей сообщения. — 2019. — Т. 16. — № 2. — С. 285–291. — DOI:https://doi.org/10.20295/1815-588X-2019-2-285-291.
6. Оганьян Э. С. Безопасная эксплуатация локомотивов по ресурсу их базовых частей / Э. С. Оганьян, А. С. Гасюк, Г. М. Волохов и др. // Безопасность труда в промышленности. — 2017. — № 6. — С. 54–58. — DOI:https://doi.org/10.24000/0409-2961-2017-6-54-58.
7. Берендеев Н. Н. Применение системы ANSYS к оценке усталостной долговечности: учеб.-метод. пособие / Н. Н. Берендеев. — Нижний Новгород: НГУ, 2006. — 83 с.
8. Григорьев П. С. Подходы к оценке ресурса несущих конструкций подвижного состава с применением различных систем конечно-элементного анализа / П. С. Григорьев, Н. С. Кодиров // Интеллектуальные транспортные системы: материалы II Междунар. науч.-практ. конф., Москва, 25 мая 2023 г. — М.: РУТ (МИИТ), 2023. — С. 570–577. — DOI:https://doi.org/10.30932/9785002182794- 2023-570-577.
9. Майнер М. А. Накопление повреждений при усталости / М. А. Майнер // Journal of Applied Mechanics. — 1945. — Т. 12. — № 3. — С. A159–A164.
10. ГОСТ 380—2005. Сталь углеродистая обыкновенного качества. — М.: ИПК Изд-во стандартов, 2005.
11. Нормы для расчета прочности несущих элементов, динамических качеств и воздействия на путь экипажной части локомотивов железных дорог колеи 1520 мм. — М.: ВНИИЖТ, 1998. — 145 с.
12. Григорьев П. С. Оценка механических свойств материала несущей конструкции маневрового локомотива после истечения срока службы / П. С. Григорьев, Н. С. Кодиров, А. М. Юсуфов, Г. Р. Измайлова // Железнодорожный подвижной состав: проблемы, решения, перспективы: материалы III Междунар. науч.-техн. конф., Ташкент, 17–20 апр. 2024 г. — Ташкент: Ташкент. гос. трансп. ун-т, 2024. — С. 134–141.
13. ГОСТ 25.101—83. Расчеты и испытания на прочность. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов. — М.: Изд-во стандартов, 1983. — 25 с.
14. Smith R. A. A review of the fatigue strength of railway axle materials / R. A. Smith, S. Hillmansen // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit. — 2004.
15. Kumar S. Fatigue life prediction of automotive chassis using finite element analysis / S. Kumar, I. V. Singh // International Journal of Fatigue. — 2015.
16. Sonsino C. M. Course of SN-curves especially in the high-cycle fatigue regime with regard to component design and safety / C. M. Sonsino // International Journal of Fatigue. — 2007.
17. Luo R. K. Dynamic stress analysis of an open-shaped railway bogie frame / R. K. Luo, B. L. Gabbitas, B. V. Brickle // Engineering Failure Analysis. — 1996. — Vol. 3. — Iss. 1. — Pp. 53–64.
18. Григорьев П. С. Оценка ресурса несущих конструкций подвижного состава при помощи динамико-прочностных испытаний / П. С. Григорьев, Н. С. Кодиров // Вестник транспорта Поволжья. — 2023. — № 3(99). — С. 18–24.
