Уважаемые члены государственной комиссии! Уважаемый председатель!
Тема моего дипломного проекта «АНАЛИЗ НЕИСПРАВНОСТЕЙ И МОДЕРНИЗАЦИЯ ШКВОРНЕВОГО УЗЛА ТРАМВАЙНОГО ВАГОНА».
ПС трамвайного парка находится в тяжелом положении. Трамваями Чешского производства оснащены трамвайные парки таких крупных городов как Екатеринбург, Самара, Ижевск, Барнаул, Воронеж, Липецк и др. Практически весь трамвайный парк давно уже выработал свой ресурс, а средств на заключение контрактов по поставке новых и производство отечественных трамваев не хватает. Поэтому возникла актуальная проблема по восстановлению технического ресурса трамвайного парка на базе старых вагонов.
Одним из наиболее часто повреждаемых узлов несущей конструкции трамвая является шкворневой узел, который представляет собой соединение кузова вагона с тележкой. Он представляет соединение кузова с тележкой. На шкворень насаживается стальное кольцо, которое опирается на коническую втулку из текстолита или бронзы. Коническая втулка устанавливается на надрессорной балке тележки. Соединение снизу закрыто предохранительной крышкой с болтом. Коническая опора и нижний узел защищены от попадания грязи предохранительными уплотнительными прокладками.
В процессе эксплуатации трамвая возникает ряд неисправностей деталей шкворневого узла, которые приводят к неработоспособному состоянию узла в целом. Изнашиваются текстолитовая втулка, стальное кольцо, болт, отверстие, шкворня. Основной же неисправностью является появление трещин в сварных соединениях. Наиболее часто трещины возникают в сварном шве, соединяющем шкворень верхним листом шкворневой балки, также в сварных швах соединяющих боковой лист с верхним и нижним листами шкворневой балки, причем чаще с левой стороны нежели с правой по движению. И реже трещины появляются на хребтовой балке.
Решение задачи уточненной оценки напряженно-деформированного состояния сварных соединений шкворневого узла осуществляется в четыре этапа. Первый этап предусматривает оценку НДС несущей конструкции всего кузова. Определяются усилия в поперечных сечениях стержней и реакции опорных закреплений. Для этого будет использоваться конечно-элементная модель кузова, в которой будут учтены лишь основные его особенности. На втором этапе расчета из кузова будет выделена подконструкция, представляющая исследуемый узел, НДС которого будет изучаться более подробно с использованием результатов первого этапа расчета. На третьем этапе уточняется НДС наиболее нагруженных сварных швов, лимитирующих работоспособность узла. Второй и третий этапы расчета позволят выявить особенности распределения усилий по длине швов, концентрацию напряжений, связанную с их пространственным расположением и местными изменениями жесткости элементов. На четвертом тапе на плоской модели, имитирующей поперечное сечение шва в зоне максимальных усилий, исследуем особенности распределения напряжений в этом сечении, их концентрацию, связанную с конфигурацией шва, наличием непровара и мест перехода к основному металлу.
Мой дипломный проект посвящен первому этапу расчета на вертикальные нагрузки. Для решения этой задачи был выбран МКЭ, реализуемый системой инженерного анализа ANSYS.
ANSYS представляет многоцелевой конечно-элементный пакет для проведения анализа в широком круге инженерных дисциплин. ANSYS имеет графический пре- и постпроцессор, то есть интерфейс общения с пользователем и блок решения.
В программе ANSYS доступны следующие виды прочностного анализа:
-статический -вычисление перемещений, напряжений и т. д. В условиях статического нагружения;
-модальный- определение собственных частот и форм колебаний;
-гармонический анализ- определение отклика конструкции на действие произвольной нагрузки как функции времени;
-спектральный анализ- расширение модального анализа для вычисления напряжений и деформаций при действии спектра частот или случайной вибрации;
-анализ устойчивости- расчет критических нагрузок и определение форм потери устойчивости.
Процедура типового расчета по программе ANSYS может быть разделена на три основных этапа: построение модели, приложение нагрузок (включая ограничение перемещений и получение решения), просмотр и анализ результатов.
Построение модели включает в себя следующие операции: задание типов элементов; задание констант элементов (площадь сечения, момент инерции и т.д.); задание свойств материалов; создание геометрической модели (построение адекватной конечно элементной модели, состоящей из узлов и элементов).
Задание нагрузок и получение решения включает в себя: выбор типа анализа и его опций, приложение нагрузок, указание опций для шага нагружения, запуск на счет.
Модель кузова трамвая представляет цельнонесущую конструкцию, выполненную из набора продольных и поперечных элементов. Поперечные элементы жесткости кузова по образовывают замкнутые рамки, для чего стойки боковых стен были привязаны поперечным балкам рамы, а дуги крыши разнесены по стойкам.
При построении конечно-элементной модели число элементов составило 2031, узлов 8103.
Для проведения анализа применялись материалы со следующими свойствами:
Модуль Юнга EX = 0.2E+12
Коэффициент Пуассона NUXY = 0.3
Плотность DENS = 7800.0
В точках соответствующих центрам пятников накладываются граничные условия, запрещающие линейные перемещения вдоль Y и Z, а также в одной из точек граничное условие запрещающее линейное перемещение вдоль оси Х и поворот вокруг оси Х.
Прикладывались следующие нагрузки. Нагружение собственным весом конструкции производилось путем приложения ускорения конструкции по вертикали в верх.
Полезная нагрузка определяется по расчетной населенности вагона. Расчетная населенность (вместимость) определяется по проектному числу мест для сидения и проектному числу стоящих пассажиров. Максимальная вместимость (и соответствующая ей максимальная расчетная полезная нагрузка) определяется при плотности, стоящих пассажиров 10 человек на 1 м2 свободной площади пола, номинальная вместимость. Под свободной площадью пола понимается площадь салона вагона, не занятая сидениями, ногами сидящих пассажиров, оборудованием, ступенями и подножками.
Расчетная масса пассажира принимается равной 70 кг.
В результате расчета получили эпюры изгибающих моментов му и mz и значения изгибающих моментов на границах выреза шкворневого узла из рамы кузова.
В экономической части проекта было рассчитана себестоимость ремонта шкворневого узла, которая составляет на один узел 113 рублей, годовые затраты на ремонт составляют 21784 рубля.
В экспертизе безопасности проекта приведена структурная схема обеспечения работоспособности шкворневого узла, по которой можно проследить какие факторы и события влияют на работоспособность узла.
Так как все расчеты проекта выполнялись на ЭВМ также было разработано рабочее место оператора ЭВМ, которое соответствует всем требованиям безопасности и охраны труда.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.