Моделирование влияний температурных факторов на прочностные характеристики тормозных дисков колесных пар железнодорожных вагонов
Влияние тепловых нагрузок в процессе торможения поезда с максимальной скоростью до полной остановки, с целью определения прочностных показателей диска по допустимым напряжениям. Изучение расчетной системы для проведения моделирования тепловых нагрузок.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.06.2020 |
| Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Моделирование влияний температурных факторов на прочностные характеристики тормозных дисков колесных пар железнодорожных вагонов
Маресев Владислав
Аннотация
В статье исследуется влияние тепловых нагрузок в процессе торможения поезда с максимальной скоростью до полной остановки, с целью определения прочностных показателей диска по допустимым напряжениям. 3D-модель венца тормозного диска импортируется в расчетную систему для проведения моделирования тепловых нагрузок. Модели присваиваются химические и физические свойства материала, а также задаются приложенное закрепление и нагружения. Анализ результатов показывает величину напряжений и максимальную возникающую температуру при торможении. тепловая нагрузка напряжение торможение
Одной из причин, негативно влияющих на безопасность грузопассажирских перевозок, является выход из строя тормозных систем в результате поломок тормозных дисков при их эксплуатации. Классическая конструкция тормозного диска представляет собой литой венец, выполненный из чугуна, и ступицу. При эксплуатации венец испытывает значительные нагрузки, возникающие при его трении с накладками в процессе торможения. При этом процесс торможения сопровождается, возникновением больших локальных температур, вызванных трением [5].
Исследуемый тормозной осевой диск предназначен для установки на немоторные вагоны электропоездов, двигающихся со скоростью до 160 км/ч. Материал венца осевого диска - чугун; химический состав и свойства аналогичны чугуну марки ЧВГ 35 (временное сопротивление разрыву при растяжении ув = 350 МПа). Эскиз диска в сборе представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Эскиз диска в сборе
Целью работы является исследование влияния тепловых нагрузок на прочность тормозного осевого диска в процессе торможения электропоезда.
Исходными данными для проведения исследования являются:
· диаметр колеса по кругу катания - Dmax= 0,959 м;
· скорость начала торможения - V=160 км/ч;
· максимальный вес вагона - Q=732453,8 Н (74,67 т);
· нагрузка на ось - q0=183113,5 Н (18,67 т);
· усилие нажатия одной накладки блока тормозного на диск - K=20643 Н (2,104 тс);
· динамического коэффициента трения накладок в зависимости от скорости торможения -- цдi см. таблицу 2 [2];
· радиус трения - r= 0,277 м.
Напряжения, возникающие в конструкции диска, определяются на основе моделирования методом конечных элементов. В качестве граничных условий по методике [1] определяется количество тепла, выделенного на венце диска, и время торможения. Ниже приведены основные расчетные параметры.
Сила нажатия накладки, приведенная к поверхности катания колеса, вычисляется по формуле [3]:
Расчетный коэффициент силы нажатия накладок, установленных на одном вагоне:
m ? количество накладок на вагоне.
Удельная тормозная сила на i-том участке торможения:
Основное удельное сопротивление движению вагона на i-том участке торможения:
Vсрi ? средняя скорость на i-том участке торможения.
Действительный путь на i-том участке торможения [3]:
где Vн, Vн+1 ? начальная и конечная скорости в принятом интервале скоростей (рекомендуемая величина интервала - не более 10 км/ч).
Время на i-том участке согласно закону равноускоренного движения:
Тепло, полученное диском qi i-том интервале торможения:
где Vi -- скорость на i-том интервале торможения
Результаты расчетов для каждого интервала сведены в таблицу 1.
Таблица 1.
Данные для расчета общего пути и времени торможения с начальной скорости 160 км/ч
|
t, с |
Sd, м |
щo |
Vсрi, км/ч |
Интервал, км/ч |
qi, Вт |
|
|
3,36 |
144,54 |
5,417 |
155 |
160-150 |
27826,72 |
|
|
2,95 |
118,96 |
4,961 |
145 |
150-140 |
29956,18 |
|
|
2,70 |
101,14 |
4,531 |
135 |
140-130 |
30798,58 |
|
|
2,55 |
88,43 |
4,125 |
125 |
130-120 |
30381,53 |
|
|
2,46 |
78,67 |
3,743 |
115 |
120-110 |
29030,93 |
|
|
2,46 |
71,73 |
3,387 |
105 |
110-100 |
26622,50 |
|
|
2,49 |
65,63 |
3,054 |
95 |
100-90 |
23877,12 |
|
|
2,58 |
60,83 |
2,747 |
85 |
90-80 |
20659,44 |
|
|
2,73 |
56,98 |
2,464 |
75 |
80-70 |
17193,18 |
|
|
2,91 |
52,60 |
2,206 |
65 |
70-60 |
14003,12 |
|
|
3,11 |
47,47 |
1,972 |
55 |
60-50 |
11119,64 |
|
|
3,34 |
41,72 |
1,764 |
45 |
50-40 |
8476,44 |
|
|
3,56 |
34,61 |
1,579 |
35 |
40-30 |
6186,78 |
|
|
3,66 |
25,39 |
1,420 |
25 |
30-20 |
4308,65 |
|
|
3,77 |
15,71 |
1,285 |
15 |
20-10 |
2510,62 |
|
|
3,85 |
5,35 |
1,174 |
5 |
10-0 |
820,30 |
Пройденный (вагоном) действительный путь торможения и время торможения, при которых действует тепловая нагрузка на венец тормозного диска:
Путь, пройденный накладкой по среднему радиусу трения:
Работа, приходящаяся на одну фрикционную поверхность венца (одна накладка) до полной остановки вагона со скорости торможения 160 км/ч от действия тормозной силы:
где цдср- средний динамический коэффициент трения по всем участкам торможения начиная со 160 км/ч и до полной остановки [1].
Количество тепла, выделенное на одной фрикционной поверхности венца при торможении (допущение - все тепло поглощает диск):
Для сокращения времени моделирования рассмотрим 1/6 часть дискового венца. Количество тепла, выделенного на данной части венца:
Ввиду того, что процесс нагрева венца нестационарный [1], то принятое венцом тепло распределяем пропорционально на равные временные интервалы торможения (таблица 2).
Таблица 2.
Данные для задания граничных условий
|
Временной интервал торможения, с |
Тепло получаемое 1/6 частью венца на временном интервале торможения, Вт |
|
|
0 - 12 |
6500 |
|
|
12 - 24 |
4500 |
|
|
24 - 36 |
3500 |
|
|
36 - 48,5 |
1500 |
Значение коэффициента теплоотдачи согласно источнику [1]. На рисунках 2, 3, 4 и 5 представлены результаты моделирования [4].
Рис. 2. Поля распределения температуры а) и напряжения б) при торможении на 12 секунде
Рис. 3. Поля распределения температуры а) и напряжения б) при торможении на 24 секунде
Рис. 4. Поля распределения температуры а) и напряжения б) при торможении на 36 секунде
Рис. 5. Поля распределения температуры а) и напряжения б) при торможении на 48,5 секунде
По результатам расчетов видно, что максимальные величины температуры возникают на 36 секунде торможения:
· Tmax(12,125) = 56,55oC;
· Tmax(24,25) = 77,93oC;
· Tmax(36,375) = 88,36oC;
· Tmax(48,5) = 87,51oС.
Максимальные напряжения от нагрева в процессе торможения в венце тормозного диска возникают то же на 36 секунде торможения:
· уmax(12,125) = 49,36 МПа;
· уmax(24,25) = 97,17 МПа;
· уmax(36,375) = 118,2 МПа;
· уmax(48,5) = 117,6 МПа.
Сравнение полученных в результате моделирования максимальных эквивалентных напряжений, вызванных возникновением неравномерных температурных нагрузок в процессе торможения, с допустимыми [у] = 210 МПа, позволяет сделать вывод, что диск тормозной осевой выдерживает тепловые нагрузки при торможении немоторного вагона электропоезда со скорости 160 км/ч до полной остановки.
Список используемых источников.
1. Турков А. И. Исследование, выбор параметров и разработка основ конструирования фрикционной пары дискового тормоза железнодорожного подвижного состава : дис. д-ра техн. наук. Хабаровск, 1982. 349 c.
2. Галай Э. И., Галай Е. Э. Тормозные системы железнодорожного транспорта. Конструкция тормозного оборудования : учеб. пособие / М-во образования Респ. Беларусь, Белорус. гос. ун-т трансп. Гомель : БелГУТ, 2010. 315 с.
3. Гребенюк П. Т. Правила тормозных расчетов. М. : Интекст, 2004. 112 с. (Труды Всероссийского НИИ ж.-д. транспорта).
4. Минеев М. А., Прокди Р. Г. PRO/ENGINEER WILDFIRE 2.0/3.0/4.0. Самоучитель. СПб. : Наука и Техника, 2008. 352с.
5. ГОСТ 33796-2016. Моторвагонный подвижной состав. Требования к прочности и динамическим качествам. М. : Стандартинформ, 2016. 36 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Принцип действия тепловых реле, влияние перегрузок и температуры окружающей среды на их долговечность. Время-токовые характеристики и выбор тепловых реле. Конструктивные особенности тепловых реле, применение во всех сферах промышленности и в быту.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 26.06.2011Расчет тепловых нагрузок цехов промышленного предприятия, тепловой и гидравлический расчет водяных тепловых сетей, паропроводов и конденсатопроводов, выбор схем присоединения зданий к тепловой сети. График температур в подающем и обратном трубопроводах.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 22.09.2021Расчет тепловых нагрузок района города. График регулирования отпуска теплоты по отопительной нагрузке в закрытых системах теплоснабжения. Определение расчетных расходов теплоносителя в тепловых сетях, расход воды на горячее водоснабжение и отопление.
курсовая работа [269,3 K], добавлен 30.11.2015Теплофизические характеристики, определяющие поведения металлов при сварке. Расчёт эффективной тепловой мощности сварочной дуги, выбор расчетной схемы. Определение времени наступления и построение термических циклов точек с максимальной температурой.
контрольная работа [458,0 K], добавлен 25.10.2012Достоинства и недостатки стальных дисков, их виды. Технология получения заготовки, Использование магния в производстве колесных дисков. Изготовление всей литейной оснастки с применение САD-CAM системы. Обработка колеса, окраска и контроль качества.
реферат [1,8 M], добавлен 28.11.2013Анализ принципа действия и технологических схем ЦТП. Расчет тепловых нагрузок и расходов теплоносителя. Выбор и описание способа регулирования. Гидравлический расчет системы теплоснабжения. Определение расходов по эксплуатации системы теплоснабжения.
дипломная работа [639,3 K], добавлен 13.10.2017Анализ аналога пластинчатого подогревателя, описание его достоинств и недостатков. Определение гидравлических и прочностных показателей, расчет тепловых и конструктивных параметров выбранного кожухотрубного подогревателя для пастеризации молока.
курсовая работа [638,3 K], добавлен 02.02.2011Выполнение проверочно-конструкционного расчета котлоагрегата БКЗ-420 с целью определения показателей его работы при переходе на другое топливо, при изменении нагрузок или параметров пара, а также после проведенной реконструкции поверхности нагрева.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 17.05.2011Расчет тепловых нагрузок на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение по удельной тепловой характеристике. Тепловые потери и величина охлаждения воды в трубопроводах. Пьезометрический график. Подбор сетевого теплообменника для горячего водоснабжения.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 15.02.2017Характеристика города и потребителей газа. Определение количества жителей в кварталах и тепловых нагрузок. Гидравлический расчет газопроводов среднего и высокого давления. Расчет квартальной сети и внутридомовых газопроводов. Подбор оборудования ГРП.
курсовая работа [308,5 K], добавлен 13.02.2016Применение теплообменных аппаратов типа "труба в трубе" и кожухотрубчатых для нагрева уксусной кислоты и охлаждения насыщенного водяного пара. Обеспечение должного теплообмена и достижения более высоких тепловых нагрузок на единицу массы аппарата.
курсовая работа [462,6 K], добавлен 06.11.2012Определение тепловых нагрузок и расхода топлива производственно-отопительной котельной; расчет тепловой схемы. Правила подбора котлов, теплообменников, баков, трубопроводов, насосов и дымовых труб. Экономические показатели эффективности установки.
курсовая работа [784,4 K], добавлен 30.01.2014Разработка рабочего оборудования с увеличенной емкостью ковша и с увеличенной скоростью исполнения рабочих движений с целью увеличения производительности экскаватора. Общие, конструктивные и прочностные расчеты рабочего оборудования и его привода.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 15.08.2010Расчет и построение графиков теплового потребления для отопительного и летнего периодов. Гидравлический расчет магистральных теплопроводов двухтрубной водяной сети. Определение расчетных расходов теплоносителя для жилых зданий расчетного квартала.
курсовая работа [297,5 K], добавлен 28.12.2015Определение основных размеров выпарной установки (диаметра и высоты), балансов, подбор дополнительного оборудования. Принципиальная схема аппарата. Определение поверхности теплопередачи, тепловых нагрузок и производительности по выпариваемой воде.
курсовая работа [355,8 K], добавлен 20.01.2011Построение двумерной расчетной геометрической модели отливки и литейной формы, генерация конечноэлементной сетки. Моделирование температурно-фазовых полей в отливке и температурных полей в литейной форме. Расчет микро- и макропористости в отливке.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 15.06.2015Описание тепловых сетей и потребителей тепловой энергии. Рекомендации по децентрализации, осуществлению регулировки и отводящим трубопроводам. Технико-экономическая оценка инвестиций в реконструкцию тепловых сетей. Анализ потребителей в зимний период.
дипломная работа [349,8 K], добавлен 20.03.2017Технологическая схема выпарной установки. Выбор выпарных аппаратов и определение поверхности их теплопередачи. Расчёт концентраций выпариваемого раствора. Определение температур кипения и тепловых нагрузок. Распределение полезной разности температур.
курсовая работа [523,2 K], добавлен 27.12.2010Получение, переработка и применение термоэластопластов. Виды и особенности свойств термопластичных полимеров. Основы создания фрикционных изделий. Определение показателя текучести расплава. Разработка твердофазного метода получения ТЭП при экструзии.
дипломная работа [763,1 K], добавлен 03.07.2015Исследование моделирования медицинского аппарата пульсовой аналитической системы. Задача оценки степени объективности метода моделирования применительно к объекту. Использование метода декомпозиции. Рекомендации по применению алгоритма моделирования.
статья [23,6 K], добавлен 06.09.2017
