Влияние геометрии диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости

Исследовано влияние формы диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости. С помощью метода конечных элементов рассчитаны жесткости колес с широко распространенными в мире дисками и различными их вариациями. Согласно результатам исследования рекомендованы перспективные модели коле...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автор:	Пасичник, С.С.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України 2010
Назва видання:	Техническая механика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88103
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние геометрии диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости / С.С. Пасичник // Техническая механика. — 2010. — № 3. — С. 3-7. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-88103
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-881032015-11-08T03:02:24Z Влияние геометрии диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости Пасичник, С.С. Исследовано влияние формы диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости. С помощью метода конечных элементов рассчитаны жесткости колес с широко распространенными в мире дисками и различными их вариациями. Согласно результатам исследования рекомендованы перспективные модели колес для дальнейшей разработки упругих дисков. Досліджено вплив форми диску залізничного колеса на його радіальну та осьову жорсткості. За допомогою методу кінцевих елементів розраховано жорсткості коліс з широко розповсюдженими в світі дисками та різноманітними їх варіаціями. Згідно результатів дослідження рекомендовані перспективні моделі коліс для подальшої розробки пружних дисків. The influence of the form of a disk of a railway wheel on its radial and axial rigidity is investigated. Rigidity of wheels with disks that are in general use around the world and with their variations is calculated using the finite-element method. From the research results perspective models of wheels are recommended to develop elastic dicks. 2010 Article Влияние геометрии диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости / С.С. Пасичник // Техническая механика. — 2010. — № 3. — С. 3-7. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1561-9184 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88103 625.1:629.4 ru Техническая механика Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Исследовано влияние формы диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости. С помощью метода конечных элементов рассчитаны жесткости колес с широко распространенными в мире дисками и различными их вариациями. Согласно результатам исследования рекомендованы перспективные модели колес для дальнейшей разработки упругих дисков.
format	Article
author	Пасичник, С.С.
spellingShingle	Пасичник, С.С. Влияние геометрии диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости Техническая механика
author_facet	Пасичник, С.С.
author_sort	Пасичник, С.С.
title	Влияние геометрии диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости
title_short	Влияние геометрии диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости
title_full	Влияние геометрии диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости
title_fullStr	Влияние геометрии диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости
title_full_unstemmed	Влияние геометрии диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости
title_sort	влияние геометрии диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости
publisher	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
publishDate	2010
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88103
citation_txt	Влияние геометрии диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости / С.С. Пасичник // Техническая механика. — 2010. — № 3. — С. 3-7. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Техническая механика
work_keys_str_mv	AT pasičnikss vliâniegeometriidiskaželeznodorožnogokolesanaegoradialʹnuûiosevuûžestkosti
first_indexed	2025-07-06T15:48:32Z
last_indexed	2025-07-06T15:48:32Z
_version_	1836913171630129152
fulltext	УДК 625.1:629.4 С.С. ПАСИЧНИК ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИИ ДИСКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО КОЛЕСА НА ЕГО РАДИАЛЬНУЮ И ОСЕВУЮ ЖЕСТКОСТИ Исследовано влияние формы диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жестко- сти. С помощью метода конечных элементов рассчитаны жесткости колес с широко распространенными в мире дисками и различными их вариациями. Согласно результатам исследования рекомендованы перспек- тивные модели колес для дальнейшей разработки упругих дисков. Досліджено вплив форми диску залізничного колеса на його радіальну та осьову жорсткості. За до- помогою методу кінцевих елементів розраховано жорсткості коліс з широко розповсюдженими в світі дисками та різноманітними їх варіаціями. Згідно результатів дослідження рекомендовані перспективні моделі коліс для подальшої розробки пружних дисків. The influence of the form of a disk of a railway wheel on its radial and axial rigidity is investigated. Rigidity of wheels with disks that are in general use around the world and with their variations is calculated using the finite- element method. From the research results perspective models of wheels are recommended to develop elastic dicks. На повышение скоростей движения поездов значительным образом влия- ет надежность работы колесной пары, существенным элементом которой яв- ляется колесо. В настоящее время в мире используются колеса с несколькими типами дисков. Это колеса с прямыми, тарельчатыми, гофрированными и S- образными дисками. Разработка и использование более сложных с точки зре- ния изготовления форм дисков обусловлена рядом факторов. Так, с целью уменьшения динамических напряжений в колесе, возникающих в эксплуата- ции вследствие неровностей на его поверхности катания, а также неровностей пути, диск колеса должен обладать минимально возможной радиальной жест- костью [1]. Однако с уменьшением радиальной жесткости уменьшается и осевая (поперечная) жесткость диска, что негативно сказывается на динамике вагона в целом. В связи с этим ставится задача исследовать влияние геомет- рии диска на его жесткость в радиальном и осевом направлениях, для разра- ботки железнодорожного колеса для железных дорог колеи 1520 мм с улуч- шенными эксплуатационными показателями. Полное решение такой задачи предусматривает ряд исследований: по вы- бору перспективной формы диска, исследованию влияния выбранной формы диска на динамические показатели вагона, расчет колеса на прочность при дей- ствии различных динамических нагрузок, расчеты на долговечность. В данной работе приведены результаты первого из перечисленных выше исследований, а именно выбор перспективной формы диска. Для решения этой задачи исследовались различные варианты перечисленных выше типов диска. Вначале, с помощью системы компьютерного 3D моделирования строились компьютерные модели базовых типов. Затем на их основе строились различные вариации базовых типов. Ниже приведены изображения сечений исследуемых дисков. Вначале брался базовый тип диска: тарельчатый (рис. 1а) – дальнейшее обозначение Тп 1, гофрированный (рис. 2а) – Гп 1, S-образный (рис. 3а) – Sп 1, гео- метрические размеры которого соответствуют чертежным размерам. Затем геометрические размеры диска изменялись таким образом, чтобы выпуклость кривой, образующей форму диска, увеличивалась. Таким образом созданы по два варианта модели (рис. 1b, 1c – дальнейшее обозначение Тп 2 и Тп 3, рис. 2b, 2c – дальнейшее обозначение Гп 2 и Гп 3, рис. 3b, 3c – дальнейшее обозначение Sп 2 и Sп 3) каждого типа, в которых увеличивается выпуклость диска по отношению к  С.С. Пасичник, 2010 3 Техн. механика. – 2010. – № 3. базовому типу. Затем на основе базового типа создавалась модель диска, «об- ратная» базовому (рис. 1d – дальнейшее обозначение То 1, рис. 2d – Го 1, рис. 3d – Sо 1). Она отличается направлением выпуклости диска. Далее на основе обрат- ной модели построены еще по две вариации дисков (рис. 1e, 1f – дальнейшее обозначение То 2 и То 3, рис. 2e, 2f – дальнейшее обозначение Го 2 и Го 3, рис. 3e, 3f – дальнейшее обозначение Sо 2 и Sо 3), выпуклость которых также увеличива- ется по отношению к базовой. В результате получены для исследования 18 вариантов дисков с разными формами, разной величиной и направлением выпуклости, которые можно сгруппировать по следующим критериям: Тп 1-3 – три варианта моделей колес с тарельчатым «прямым» (имеется ввиду соответствующим конструкторским чертежам) направлением диска; То 1-3 – три варианта моделей колес с тарель- чатым «обратным» (имеется ввиду обратное прямому направление выпукло- сти) направлением диска; Гп 1-3 – три варианта моделей колес с гофрирован- ным «прямым» направлением диска; Го 1-3 – три варианта моделей колес с гофрированным «обратным» направлением диска; Sп 1-3 – три варианта моде- лей колес с S-образным «прямым» направлением диска; Sо 1-3 – три варианта моделей колес с S-образным «обратным» направлением диска. Каждый вариант проверялся на прочность статическим расчетом с помо- щью компьютерной системы конечно-элементного анализа [2], [3]. Главным критерием при проверке моделей исследуемых дисков является коэффициент запаса прочности [2]. В настоящее время допускаемая осевая нагрузка со- ставляет 23,5 т. Планируется увеличение нагрузки на ось до 25 т. Исследуе- мые модели дисков проверялись исходя из непревышения коэффициента за- паса прочности равного двум (по пределу текучести) при осевой нагрузке 25 т и динамической добавке 12,5 т [3]. Для проведения расчета создана конеч- но-элементная модель колеса, к которой применены условия, моделирующие неподвижное закрепление по внутренней поверхности ступицы. Вертикаль- ные и боковые силы прикладываются к площадкам на поверхности катания и на гребне колеса. Вертикальная сила равна 18,75 т, боковая – 11,25 т (соглас- но [4]). Расчетная схема модели показана на рис. 4. С помощью расчета на- пряженно-деформированного состояния колеса определялись области диска, в которых коэффициент запаса прочности менее двух. Эти области усилива- лись утолщением диска, области с коэффициентом запаса прочности более 2,5 ослаблялись путем уменьшения толщины диска. c) b) f) a) Рис. 1 d) e) 4 c) b) f) a) d) e) Рис. 2 c) b) f) a) d) e) Рис. 3 Рис. 4 p1 p2 g=*!еCле…,е После того как были созданы все варианты базовых типов дисков, произ- водился расчет жесткости диска в осевом и радиальном направлениях. Для этого использовалась та же конечно-элементная модель колеса, что и при ста- тическом расчете колеса на прочность. Вертикальная и боковая силы прикла- дывались при этом по отдельности и вычислялись перемещения точек при- ложения силы в соответствующем направлении. По найденным значениям перемещений и заданным силам определялись значения жесткостей колес в радиальном и осевом направлениям. Рассмотрим влияние на жесткость колеса изменения выпуклости диска в разных группах. 5 Го Гп То Sп Sо Тп Рис. 5 Тп То Sо Гп Sп Го Рис. 6 На рис. 5 и 6 приведены графики изменения жесткости колеса соответст- венно в радиальном (К1) и осевом (К2) направлениях при увеличении выпук- лости диска. По оси ординат указана жесткость диска в соответствующем направлении, по оси абсцисс – номер варианта модели соответствующей группы дисков. Таким образом, каждая линия на представленных рисунках 5 и 6 показывает зависимость жесткости колеса в соответствующем направле- нии от выпуклости диска для одной из шести описанных выше групп дисков. В таблице 1 приведены значения радиальной и осевой жесткости для всех исследуемых вариантов дисков. Таблица 1 № моде- ли K1, т/мм K2, т/мм № мо- дели K1, т/мм K2, т/мм Тп 1 104,2 9,9 Го 1 245,1 5,4 Тп 2 73,5 8,0 Го 2 208,3 5,7 Тп 3 62,5 8,7 Го 3 113,6 4,5 То 1 130,2 9,7 Sп 1 211,9 5,7 То 2 173,6 7,4 Sп 2 158,2 6,5 То 3 131,6 7,2 Sп 3 91,9 7,4 Гп 1 260,4 5,4 So 1 208,3 6,2 Гп 2 231,5 5,9 So 2 154,3 6,5 Гп 2 133,0 6,5 So 3 130,2 8,3 В таблице 2 показано изменение жесткостей колес каждой группы при увеличении выпуклости. 6 7 Таблица 2 Изменение жесткости при увеличении выпуклости, % Радиальной (К1) Осевой (К2) Группа колес 1-2 2-3 1-2 2-3 Тп 1-3 -30 -15 -19 +9 То 1-3 +33 -24 -24 -3 Гп 1-3 -11 -43 +9 +10 Го 1-3 -15 -45 +6 -21 Sп 1-3 -25 -42 +14 +14 So 1-3 -26 -16 +5 +28 Из приведенных выше данных следует, что из всех рассмотренных вари- антов колес с упругими дисками, наиболее предпочтительными являются колеса с тарельчатой формой диска из группы Тп 1-3. У диска базового типа радиальная жесткость диска является относительно небольшой и с увеличе- нием выпуклости снижается до 62,5 т/мм, а осевая жесткость является наи- большей по сравнению с остальными вариантами, у которых радиальная же- сткость увеличивается с увеличением числа перегибов профиля диска до двух и далее незначительно снижается. Уменьшение радиальной жесткости у этих вариантов можно добиться за счет увеличения выпуклости, что ведет к утя- желению колеса и увеличению величины напряжений в диске. Таким образом, дальнейшие исследования колес с упругими дисками це- лесообразно проводить или для тарельчатых дисков, или же для S-образных дисков из группы Sп 1-3, которые при увеличении выпуклости приближаются к тарельчатым. 1. Литвинова Г. Т. Радиальная жесткость вагонного колеса с гофрированным диском / Литвинова Г. Т., Ваняшина Е. Н., Щепак А. С. // Труды Днепропетровского института инженеров транспорта. – 1971. – № 136. – С. 53 – 61. 2. Vantuono W. Расчет колесных пар / Vantuono W. // Железные дороги мира. – 2005. – № 9. – С. 27 – 32. 3. Пашолок И. Л. Разработка критериев работоспособности дисков цельнокатаных колес для грузовых вагонов нового поколения / И. Л. Пашолок, В. Н. Цюренко, А. С. Разумов // Вестник ВНИИЖТ. – 2002. – № 3. – С. 17 – 25. 4. Вагоны грузовые и пассажирские. Методы испытаний на прочность и ходовые качества. РД 24.050.37.95. – Москва : ГосНИИВ, 1995. – 98с. Институт технической механики НАН Украины и НКА Украины, Днепропетровск Получено 25.05.10, в окончательном варианте 25.06.10 Получено 25.05.10,

Влияние геометрии диска железнодорожного колеса на его радиальную и осевую жесткости

Репозитарії

Схожі ресурси