Введение к работе
Актуальность темы. Для обеспечения бесперебойной работы келезнодорожного транспорта необходимо иметь исправный подвижной состав в количестве, требуемом для осуществления предусмотренных планом народнохозяйственных перевозок.
Чем выше уровень технологии изготовления, тем больше срок службы изделия и меньше затраты на ремонт. Это подтверждается практикой ФРГ, Японии it ряда других, передовых в технологическом отношении стран. Больной объём ремонта вагонов в СССР вызван не только износами, но и усталостными и хрупкими разрушениями несущих деталей и узлов. В настоящее время средства, которые расходуются на ремонт, превышают средства, расходуемые на постройку новых полувагонов.
Преждевременный выход изстроя ответственных узлов вагонов, если не считать "ужесточающихся" условий эксплуатации, в основном определяется двумя причинами: это не достаточно точное проектирование и не достаточно высокий уровень технологии изготовления.
Проектирование вагонов производится на нагрузки, регламентируемые нормами расчёта, в которых учитываются условия эксплуатации ( три расчётных режима ) и не учитываются нагрузка, возникающие в конструкции при изготовлении. Следовательно, при проектировании,оценка прочности осуществляется без учёта напряжений, возникающих при изготовлении. Знание предварительной нагругенности конструкций, обусловленной технологией изготовления, является актуальной задачей, решение которой должно повысить качество проектирования и следовательно, срок службы вагонов.
Основным конструктивным элементом полувагона, подверженности нагружению при сборке является кузов. Кузов полувагона подвержен двум основным видам технологических нагружекий - это принудительное
устранение несоосностеЯ поперечных элементов рака и стоек боковой стены путём применения винтовых домкратов или пневматических устройств и термические нагрузки, возникайте при электросварке элементов кузовов. Несоосности указанных олементов возникают вследствии технологических допусков на изготовление рамы и боковой стены кузова. Так как при проектировании прочность элементов кузова полувагона оценивается по допускаемым напряжениям, то вопрос нормирования технологических допусков на несоосность элементов рамы и боковой стены по критерию обеспечения прочности кузова является актуальной научной и технической задачей.Указанная задача может быть рассмотрена и решена в двух аспектах.
Во - первых,можно определить расчётным путём допустимые. величины несоосностей элементов кузова, имеющего типовую конструкцию из условия его прочности, которое с учётом технологических напряжений будет иметь вид
бтехи + бнагР^]- (1)
где О техн " напРяхен?я от принудительного устранения несоосностей поперечных элементов рамы и боковой стены кузова полувагона}
П нагю -'напРяжения ог нагрузки, реглаыентировонной нормами; I (~11 ~ Д0ПУскаемыв напряжения для данного конструктивного-элемента.
Во - вторых,при существующих максимальных или среднестатистических величинах несоосностей дать оценку напряжённо -деформированного состояния ( НДС) кузова и разработать предложения и конструктивные мероприятия по обеспечению его прочности в соответствии с критерием (I). Обе оти задачи должны решаться на основе математического моделирования процесса сборки кузова на ЭВМ и оценки его НДС.
В данной диссертации впервые поставлена и решена задача нормирования наличия несоосностей меяду поперечными элементами рамы полувагона и стойками боковой стены в вертикальной плоскости из условия обеспечения прочности кузова по предложено^/ критерию (I).
Для реиения поставленной задачи в диссертации разработано математическое и программное обеспечение расчётез на ЭВМ напряжённо деформированного состояния кузова полуваго:-:а при сбсрке его на конзекерно-пстсчїиклиниях вагоностроительных заводов, проведён анализ влияния величин нессоснсстей и их распределения по длине кузова на его прочность, дани рекомендации по допускаемым величинам и'распределению несоосностей (зазоров) из условия обеспечения прочности.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертации является нормирование величин и распределения несоосностей (зазоров) между поперечными элементами рамы и стойками боковой стены кузова полувагона, при сборке его на конзейерно-поточных линиях вагоностроительных заводов, из условия обеспечения ' прочности.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
проведён анализ технологического процесса и допусков на изготовление рамы, боковой стены и кузова в целом;
разработан алгоритм расчёта НДС многопролётных неразрезных балок при заданном смешении опор, основанный на разностном' преобразовании дифференциальных уравнений равновесия в систему алгебраических уравнений;'
произведена оценка погрешности численного алгоритма решения задачи на основе сопоставления результатов численного и аналитического реаения, полученного для модельной задачи по
методу начального параметра;
разработаны расчётные схемы и математические модели, описывающие НДС кузова при принудительном устранении несоосностей (зазоров) между поперечными балісами рамы и стойками боковой стена для двух способов технологических нагруяений;
разработана программа на языке Фортран для ЕС ЭШ, реализующая алгоритм расчета НДС кузова при соединении поперечных элементов рамы с боковой стеной;
на основе расчётов на ЭВМ проведён анализ НДС кузова с учётом технологических и нормативной вертикальной нагрузок^
даны рекомендации по допустимым величинам несоосностей и характеру их распределения при соединении рамы и боковой стеной из условия обеспечения прочности несущих элементов кузова.
Методика исследования. В качестве математической модели кузова использованы дифференциальные уровнения равновесия много-пролётных неразрезных балок, имеющих дискретные упругие подкрепления. Жесткости указанных подкреплений представляют собой реакции поперечных балок рамы, стоек боковой стены и обяшвы от единичных деформаций. При интегрировании дифференциальных уровнений модели был использован разностный метод, точность которого была доказана сопоставлением результатов аналитического и численного решений. Оценка прочности кузова проведена по напряжениям от технологич$Ск. ких и нормативных вертикальных нагрузок.
Научная новизна. Научная новизна диссертации состоит в ел едущем:
- разработана математическая модель, описывающая напряженно-
деформированное состояние кузова при принудительном устранении
несоосностей (зазоров) медцу поперечными балками рамы и стойками
боковой стены при сборке кузова на конвейерно-поточных линиях
вагоностроительных заводов.
определены напряжения, еозникащио в элементах кузова при соединении рмлл и боковой стеки для случаев различных величин несоосиостай:
определены допуспешіз еєлнч:іш косоосностей к их ноблагоприят-нкэ сочэтагаш из условия не превышения допускає; нх-напряжении
от технологических н нормативной вертикальной нагрузок.
Практическая ценность. Разработано применительно к ЕС ЭВМ Цатекатичэское и програагноа обеспечен!» расчётов по анализу НДС кузова полувагона-при сборке его на конвейерно-поточных линиях вагоностроительных заводов.
Научно обоеиовглц величини нзсоосностеЙ поперечных балок ракн я стоек боковой стены кузова полувагона из условия обеспечения прочности.
Результаты исследований к программный комплекс для ЕС ЭВМ приняты к использовании на ПО "Ур&лвагонзавод", ПО "Азовмаа" ВНИИЖЇ.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуядались на научном сеиинаре " Динамика и прочность конструкцій вагонов" при кафедре " Вагоны и вагонное хозяйство" ЦИИТа (1988 г,1989 г,1990 г), на заседании кафедры " Вагоны и вагонное хозяйство" ШВДа (Цосква, 1990г).'
Публикации. По материалам диссертации опубликовано три научных статьи.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы. Изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит рисунков 59 , таблиц 8 . Список литературы содержит 77 наименований.
8 '
