Дослідження напружено-деформованого стану елементів кріплення кришок люків універсальних напіввагонів

Abstract

UA: Мета. Дослідження міцності приварних елементів кріплення кришки люка універсального напіввагона. Елементи кріплення запірних пристроїв кришок люків кріпляться до кузова за допомогою заклепок. Ця технологія є досить витратною. Аналіз світового досвіду свідчить про можливість заміни заклепкових з’єднань зварними за умови забезпечення необхідної міцності конструкції. Методика. Кришки люків універсальних напіввагонів всіх моделей вважаються підлогою напіввагона. Вони призначені для нижнього розвантаження сипучих вантажів, а також сприймають переважну більшість вертикальних навантажень. Для дослідження напруженого стану приварних елементів кріплення кришок люків напіввагона (скоби запірного елементу та петлі розвантажувального люка) в програмному комплексі ANSYS розроблена тривимірна модель кузова універсального напіввагона. При побудові геометричної моделі кузова були враховані основні особливості конструкції, характер передачі навантаження на приварні елементи кріплення кришок люків. Розрахункова схема напіввагону імітує конструкцію кузова та складається з двох бокових стін, двох торцевих стін, підлоги. Модель закріплювалась у вузлах кріплення п’ятників кузова та навантажувалась вертикальними зусиллями. Оскільки кузов вагону вісесиметричений і навантаження, що прикладаються, також симетричні, то для зменшення трудомісткості розрахунків розглядалася четверта частина моделі. Результати. Виконавши розрахунок на міцність модернізованої конструкції кузова напіввагона встановлено, що удосконалена конструкція елементів кріплення та запирання люка напіввагона за показниками міцності відповідає вимогам діючих нормативних документів. Максимальні напруження, що виникають під дією навантаження, перебувають у межах 55–82 МПа. Максимальні напруження, що виникають у елементах конструкції скоб запирання люків під навантаженням, не перевищують 27 МПа, що відповідає вимогам нормативних документів. Наукова новизна. Вперше було проведено дослідження напружено-деформованого стану модернізованих приварних елементів кріплення кришок люків універсальних напіввагонів. Практична значимість. Отримані результати дають науково-технічне обґрунтування можливості проведення модернізації конструктивних елементів кузовів універсальних напіввагонів. На підставі проведеного аналізу міцності приварних елементів кріплення розвантажувальних кришок люків напіввагонів встановлено, що удосконалені елементи задовольняють вимогам діючих нормативних документів. Впровадження удосконаленої технології кріплення кришок люків дозволить зменшити собівартість виготовлення напіввагонів без втрати надійності рухомого складу в експлуатації.

EN: Purpose. To investigate the strength of welded fasteners for the hatch covers of a universal flatcar. The fasteners for the hatch cover locking mechanisms are attached to the car body using rivets. This technology is quite costly. An analysis of global experience indicates that riveted joints can be replaced with welded ones, provided the required structural strength is ensured. Methodology. The hatch covers of all models of universal flatcars are considered part of the flatcar floor. They are designed for bottom unloading of bulk cargo and also bear the vast majority of vertical loads. To study the stress state of the welded fastening elements of the flatcar hatch covers (locks and unloading hatch hinges), a three-dimensional model of a universal flatcar body was developed in the ANSYS software package. When constructing the geometric model of the car body, the main design features and the nature of load transfer to the welded fasteners of the hatch covers were taken into account. The computational model of the flatcar simulates the car body structure and consists of two side walls, two end walls, and a floor. The model was fixed at the body corner post attachment points and loaded with vertical forces. Since the car body is axisymmetric and the applied loads are also symmetric, one-fourth of the model was considered to reduce the computational effort. Findings. A strength analysis of the upgraded open-top car body structure revealed that the improved design of the fastening and locking elements for the car’s hatch meets the strength requirements of current regulatory standards. The maximum stresses arising under load are within the range of 55–82 MPa. The maximum stresses arising in the structural elements of the hatch locking brackets under load do not exceed 27 MPa, which meets the requirements of regulatory documents. Originality. For the first time, a study was conducted on the stress-strain state of the modernized welded fastening elements for the hatch covers of universal flatcars. Practical value. The results obtained provide a scientific and technical justification for the feasibility of modernizing the structural elements of the bodies of universal flatcars. Based on the analysis of the strength of welded fastening elements for the unloading hatch covers of flatcars, it was established that the improved elements meet the requirements of current regulatory documents. The implementation of the improved technology for fastening hatch covers will reduce the production cost of flatcars without compromising the operational reliability of the rolling stock.