Автореферат (Повышение ресурса стрелок стрелочных переводов за счет усовершенствования прикрепления рельсовых элементов стрелки к основанию), страница 3

Так, средняя наработка до отказаподкладок с подушкой составляет 316,2 млн. т брутто. Средняя наработка доодиночного изъятия из пути подкладок с подушкой за период с 2013 года по 2018год имела колебания от 300 до 350 млн. т брутто.Исходя из того, что для сохранения ремонтных схем вероятность безотказнойработы и интенсивность отказов на момент замены стрелочных переводовдолжны быть такие же, как и в настоящее время, получим необходимоеувеличение ресурса элементов стрелочных переводов:К он =Т он − Т сущ .Т сущ .,(2)где, Кон – коэффициент необходимого увеличения ресурса; Тсущ. – показательнадежности элемента при осевых нагрузках вагонов до 23,5 т/ось;Тон – показатель надежности элемента при планируемой осевой нагрузке.При повышенных нагрузках следует усилить конструкцию подкладок сподушкой, что целесообразнее всего сделать за счет изменения конструкции итехнологии их изготовления.В третьей главе приводятся результаты динамико-прочностных испытанийподкладок с подушкой различной конструкции.15Испытания подкладок с подушкой проводились в два этапа.

На первом этапеиспытаниям подвергались подкладки с подушкой, работавшие в составеэксплуатируемого стрелочного перевода.По результатам этого этапа определялись места расположения наиболеенагруженных подкладок в каждой характерной зоне по условиям работы передача нагрузки от колеса через рамный рельс, - передача нагрузки от колесачастично через рамный рельс и частично через остряк, - передача нагрузки отколеса через остряк.На втором этапе в места, определенные по результатам выполнения первогоэтапа, устанавливались испытываемые подкладки с подушкой, и проводилисьизмерения напряжений в наиболее нагруженных сечениях этих подкладок.Испытаны подкладки с подушками следующих видов: подкладка сподушкой, изготовленная с использованием технологии горячей штамповки,изготовленная с использованием технологии на заклепках, изготовленная сиспользованием технологии сварки.После определения на стрелке места наибольшей нагрузки, приходящейся наподкладку с подушкой (брус №9 от острия остряка),вместо подкладки сподушкой, изготовленной с использованием технологии сварки, на то же место,для оценки напряжённого состояния, была уложена подкладка с подушкой,изготовленная с использованием технологии горячей штамповки, затем подкладкас подушкой, изготовленная с использованием технологии на заклепках.

Образцыосциллограмм напряжений приведены на рисунках 3-5.Рисунок 3 – Осциллограмма напряжений в подкладке с подушкой, изготовленнойс использованием технологии сварки, на брусе № 916Рисунок 4 - Осциллограмма напряжений в подкладке с подушкой цельнойконструкции, изготовленной по технологии горячей штамповки, на брусе №9Рисунок 5 - Осциллограмма напряжений в подкладке с подушкой, изготовленнойс использованием технологии на заклепках, на брусе № 9Общие результаты измерений напряжений в подкладках с подушкой сведеныв таблицу 1.Таблица 1 – Напряженное состояние стрелочных подкладок с подушкой в составестрелочных переводов проекта 2750Вид подкладки с подушкойНаибольшеенапряжение,МПаНапряжение отзатяжкиприкрепителей,МПаПодкладка с подушкой, изготовленная сиспользованием технологии на заклепках250,0Подкладка с подушкой цельной конструкции,изготовленная по технологии горячей240,0штамповкиПодкладка с подушкой, изготовленная сиспользованием технологии сварки200,0Из данных таблицы 1 видно, что из трех видов испытанных- 50,0- 80,0- 32,0подкладок сподушкой наиболее предпочтительными являются подкладки с подушкой,изготовленные с использованием технологии сварки.

Наибольшие напряжения в17них составляют 200 МПа, напряжения от затяжки - 32 МПа, средний коэффициентасимметрии циклов нагружения с учетом напряжений от затяжки минус 0,20.Наихудшиерезультатыполученыдляподкладоксподушкой,изготовленных с использованием технологии на заклепках. Наибольшиенапряжения составляют 250 МПа, напряжения от затяжки - 50 МПа, среднийкоэффициент асимметрии циклов нагружения с учетом напряжений от затяжкиминус 0,20.Неблагоприятными являются и условия работы подкладок с подушкой,изготовленные по технологии горячей штамповки. Наибольшие напряжениясоставляют для этих подкладок 240 МПа, напряжения от затяжки достигают - 80МПа, средний коэффициент асимметрии циклов нагружения достигает с учетомнапряжений от затяжки минус 0,36.Из испытанных вариантов подкладок с подушкой наилучший результатполучен у подкладок с подушкой, изготовленных с использованием технологиисварки.Для выявления причин зарождения и развития трещин, приводящих кизлому всех трех ранее рассмотренных конструкций подкладок с подушкой,целесообразнопровестиметаллографическиеисследованияподкладоксподушкой в сечениях изломов.Вчетвертойглавеприведеныметаллографическиеисследованияподкладки с подушкой в сечениях изломов.Исследование проводилось подкладки с подушкой, изъятой из пути, поизлому в характерном сечении.В микроструктуре сварного шва в исследованных сечениях вне зоны фокусатрещины наблюдаются дефекты в виде пор.

В микроструктуре сварного шва взоне фокуса трещины наблюдается расслоение сварного шва. Микроструктураосновного металла подкладки и подушки – феррито-перлит.Причиной излома является недостаточная циклическая прочность сварногошва.На основании описанных выше исследований были сделаны следующиевыводы: улучшение прочностных и эксплуатационных характеристик подкладок сподушкой может быть достигнуто за счет: применения металла с более высокими18прочностными характеристиками, изменения конструкции подкладок с подушкойза счет увеличения толщины пластины подкладки и (или) введения специальныхконструктивных решений (например, разгружающих выкружек), уменьшающихконцентрацию напряжений, изменения технологии изготовления подкладок сподушкой,путемликвидациитехнологическихотверстийиудалениятермических узлов от мест расположения концентраторов напряжений.В пятой главе описана разработка метода расчета подкладки с подушкой иулучшение конструкции подкладки с подушкой.Для исследования напряженно-деформированного состояния подкладок сподушкой с целью совершенствования ее геометрических размеров былразработан метод, позволяющий подробно рассматривать все особенностигеометрии сечений подкладки с подушкой.Для непосредственных расчетов подкладки с подушкой был использованпрограммный пакет ANSYS, поскольку этот программный комплекс позволяетреализовать модели подкладок с подушкой с необходимой для практическихцелей точностью.Расчет напряжений c использованием программного пакета ANSYS дляподкладок с подушкой, показал, что наибольшие напряжения для подкладок сподушкой сварной конструкции достигают максимальной величины в 239 МПа,что отличается от полученных в прямых испытаниях напряжений менее, чем на6,3 %.

Таким образом можно сделать вывод: полученные из расчета и прямыхиспытанийвеличиныразработаннаянапряженийматематическаяблизкимодельпозначениям,адекватноотражаетследовательно,напряженноесостояние подкладок с подушкой в зонах их наибольшей нагруженности.Сходимость результатов исследования напряжений в подкладках сподушкой непосредственно в пути и на модели позволило поставить задачупроектирования рациональной конструкции подкладки с подушкой за счетизменения ее геометрии с применением разработанной модели.Оптимизация конструкции подкладки с подушкой должна быть направленана обеспечение долговечности конструкции подкладок при действующим вэксплуатации нагружении.

Однако, при этом требуется соблюдение ряда условий:- неизменность положения крепёжных элементов lb1x = lb1x0, lb2x = lb2x0,19lb1y = lb1y0, lb2y = lb2y0;- неизменность положения высоты подошвы рельса hr = hr0;- неизменность положения высоты подошвы остряка ho = ho0;- неизменность габаритов в плане lx = lx0, ly = ly0.При этом должны удовлетворяться условия прочности и надёжности:- обеспечение статической прочности σM ≤ [σs];- обеспечение циклической прочности σMec ≤ [σ-1];- обобщённый коэффициент запаса ≥ 20 % [σs] = σ0,2/1,2, [σ-1] = σ-1/1,2.Здесь lbij – положение i-го крепёжного элемента в направлении j, lbij0 –проектные положения тех же элементов; hr – положение высоты подошвы рельса,hr0 – его проектное положение; ho – положение высоты подошвы остряка, ho0 – егопроектное положение; lj – габаритный размер подкладки в направлении j, lj0 – еепроектный размер.Оптимизируемыми параметрами является набор геометрических размеров, неограниченных вышеописанными условиями:Целевая функция имеет вид:,где n – коэффициент запаса прочности.Формально задача совершенствования записывается как:20Врезультатерасчетовпоразработаннойметодикебылполученусовершенствованный вариант подкладки с подушкой.Как показали вариантные исследования на основе моделирования,соотношениешириныподушкидолжнобытьпропорциональноширинеподкладки.