3. Решена задача структурной оптимизации, по итогам компьютерного моделирования сделан научно обоснованный выбор осевой формулы 2о-2о-2о для нового электровоза, которая по совокупности критериев превосходит экипаж 3о-3о.
4. Решена задача параметрической оптимизации экипажной части с учетом ограничений, обосновано применение упругих и диссипативных связей с найденными параметрами.
5. Для расчета прочности рамы двухосной тележки с прогнутыми боковинами в комплексе с пружинами буксовой подвески создана конечно-элементная модель. Прочностные показатели рамы подтверждены стендовыми и динамико-прочностными испытаниями.
Практическая ценность заключается в создании и начале серийного выпуска электровоза ЭП20, при разработке экипажной части которого были применены следующие основные результаты работы:
- выбор конструктивного решения экипажной части на стадии проектирования, без изготовления натурного макета и проведения его испытаний, что позволило значительно сократить сроки и уменьшить стоимость проектно-конструкторских и доводочных работ;
- методика сквозного проектирования, при которой силы, полученные в результате компьютерного моделирования взаимодействия экипажа и пути, применены для прочностных расчетов несущих конструкций экипажной части (в первую очередь рам тележек). Расчетные результаты подтверждены в ходе стендовых и динамико-прочностных испытаний. Рама принята в производство без доработок;
- согласно итогам проведенных испытаний, разработанная экипажная часть удовлетворяет всем требованиям вплоть до скоростей 200–220 км/ч и может найти применение на перспективных скоростных локомотивах.
Результаты диссертации реализованы в виде компьютерных моделей, которые использовались:
- при выполнении работ по обоснованию параметров и конструктивных решений экипажной части электровоза ЭП20 в ОАО «ВЭлНИИ» и ;
- при выполнении прочностных расчетов несущих конструкций экипажной части.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на конференциях, в том числе:
- III Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электроподвижного состава», 27-29 июня 2000 г. Новочеркасск;
- Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт 2008», РГУПС, Ростов н/Д, 2008 г;
- Международной научно - практической конференции «Наука и производство – 2009», 19-20 марта, г. Брянск, 2009г;
- Всероссийской научно-технической конференции «Политранспортные системы Сибири», г. Новосибирск, 2009 г.;
- Всероссийской научно-практической конференции, РГУПС, Ростов н/Д, апрель 2009г;
- Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство», РГУПС, Ростов н/Д, 2009г.;
- Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт - 2010», Ростов н/Д: РГУПС, 2010г.
Работа полностью доложена и обсуждена на расширенном совместном заседании кафедр «Локомотивы и локомотивное хозяйство» и «Электрический подвижной состав» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» 14 июня 2013 г.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 23 печатные работы, из них 7 статей в журналах, входящих в перечень ВАК. Получено 5 патентов на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа общим объемом 157 страниц состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи работы, приведены сведения о структуре диссертации.
Первая глава «Состояние вопроса и постановка задач исследования» посвящена изучению публикаций по теме исследования, анализу состояния современного локомотивостроения, работ в области изучения динамики и прочности локомотивов. Проанализированы проблемы, связанные с применением АТП, изучено программное обеспечение, предназначенное для моделирования движения рельсовых экипажей.
Большой вклад в разработку и исследование задач динамики подвижного состава внесли , , , , , , , зарубежные ученые А. Виккенс, В. Гарг, Р. Жоли, И. Калкер, В. Кик, О. Креттек и другие. Существенный вклад в исследование динамики тяговых приводов локомотивов внесли , , Е. К Рыбников и другие.
Развитие модели электровоза как комплексной управляемой электромеханической системы, включающей в себя механическую и электрическую часть, представлено в работах , , и других.
Современное развитие компьютерной техники позволяет моделировать движение железнодорожных экипажей с высокой степенью детализации. Анализ современного программного обеспечения для моделирования движения железнодорожных экипажей показал, что программный комплекс отечественной разработки «Универсальный механизм» представляет собой эффективный инструмент моделирования динамики сложных механических систем.
Прочностные расчеты наиболее нагруженных элементов конструкции целесообразно выполнять с использованием метода конечных элементов (МКЭ).
В свете вышеизложенного, сформулированы основные цели и задачи исследования.
Вторая глава «Концепция и выбор основных конструктивных решений ходовой части скоростного пассажирского электровоза с асинхронным тяговым приводом» посвящена, главным образом, вопросам обоснования концептуальных конструктивных решений экипажной части скоростного пассажирского электровоза с АТП и ее параметров.
В соответствии с требованиями , скоростной пассажирский электровоз на скорость 200 км/ч должен быть шестиосным и обеспечивать максимальную силу тяги 450 кН при трогании с места.
Отечественное локомотивостроение имеет опыт выпуска и эксплуатации шестиосных электровозов как с двумя трехосными, так и с тремя двухосными тележками, однако выявить прямую зависимость динамических характеристик локомотива от числа осей тележки, опираясь только на этот опыт, невозможно. Дело в том, что имеются существенные различия в конструкции ходовой части, типе тягового привода и т. д. (например, ВЛ60 и ЭП1).
Наиболее достоверные сравнительные результаты можно было бы получить, построив и испытав экипажные части, различающиеся только осевой формулой, но такой подход влечет большие затраты. Поэтому представляется целесообразным применение методов компьютерного моделирования.
Вопрос выбора осевой формулы шестиосного электровоза (3о-3о или 2о-2о-2о) обсуждался около 30 лет назад, решающую роль в дискуссии сыграли аналитические работы и , на основании которых для электровоза ВЛ85 была выбрана формула 2(2о-2о-2о). Исследования выполнены при движении в прямых и кривых участках пути со скоростями до 120 км/ч. Экипажная часть 20-20-20 представлена как система, состоящая из 10 твердых тел: кузов, подрессоренные части (рамы) трех тележек и шесть колесных пар, а экипажная часть 30-30 – из 9 твердых тел (на одну раму тележки меньше), тяговый привод как элемент тележки не учитывался. Твердые тела, входящие в систему, связаны между собой упругими и диссипативными связями.
Как показал анализ литературных источников, в мировой практике локомотивостроения отсутствует опыт разработки и эксплуатации шестиосных электровозов с АТП, имеющих конструкционную скорость 200 км/ч.
Применение АТП существенным образом влияет на основные показатели электровоза. Увеличенная мощность и сила тяги электровозов с АТП предъявляют повышенные требования к прочности и обеспечению ресурса тяговой механической передачи (зубчатым колесам, муфте, подшипникам тягового двигателя и редуктора и т. п.) и других элементов, задействованных в передаче силы тяги, реализуемой в контакте «колесо-рельс» на автосцепку, расположенную в раме кузова электровоза.
Для шестиосного электровоза возможны два варианта осевой формулы: 20-20-20 (рис. 1) и 30-30 (рис. 2). Технические характеристики экипажной части для двух вариантов приведены в таблице 1.
Рисунок 1 – Электровоз с осевой формулой 20-20-20
Рисунок 2 - Электровоз с осевой формулой 30-30
Таблица 1 – Основные технические характеристики экипажной части
Наименование параметра | Значение | |
20–20–20 | 30–30 | |
Длина по осям автосцепок, мм | 22532 | 22532 |
База подвешивания кузова, мм | 11560 | 13530 |
База тележки, мм | 2900 | 4720 |
Диаметр нового колеса, мм | 1250 | 1250 |
Нагрузка от колесной пары на рельсы, кН (тс) | 211 (21,5) | 211 (21,5) |
Масса тележки, кг | 17600 | 28500 |
Высота до верхнего листа рамы тележки, мм | 1195 | 1360 |
Ширина кузова, мм | 3100 | 3060 |
Были разработаны два варианта тележек – двухосные и трехосные (показаны на рисунке 3). В процессе разработки применялась система автоматизированного проектирования CATIA.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
