Yuk vagoni aravasi yon ramasini chekli-elementli modelini ishlab chiqish va mustaxkamlikka hisoblash

Tadqiqotning maqsadi yuk vagoni aravasining yon ramasi 3D chekli- elementli modelini yaratish va uni mustahkamlikka hisoblashdan iborat. Detalning mustahkamligi 1520 mm kenglikdagi temir yo'llar uchun yuk vagonlarini hisoblash va loyihalash normasiga muvofiq amalga oshirildi. Maqolada, shuningdek, konstruksiyani yanada takomillashtirish uchun yuk vagoni aravasining yon ramasi kuchlangan-deformatsiyalangan holati tahlil qilinadi.

Kalit so’zlar: yon rama, yuk vagoni aravasi, SolidWorks, Simulyatsiya, kuch, mustahkamlik, 3D model.

Целью исследования было создать трехмерную модель боковой рамы тележки грузового вагона методом конечных элементов и проверить на прочность. Прочность детали произведен согласно Норме расчета и проектирования грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм. В статье также произведен анализ напряженно деформированного состояния боковой рамы тележки грузового вагона, с целью дальнейшего совершенствования конструкции.

Ключевые слова: боковая рама, тележка грузового вагона, прочность SolidWorks, Simulation, нагрузка, трехмерная модель.

So'nggi yillarda dunyo bo'ylab turli sohalarda yangi texnik yechimlarni ishlab chiqish va eskilarini optimallashtirish bo‘yicha keng ko‘lamli ishlar olib borilmoqda. Bunday vazifalarni bajarishda chekli — elementli modeli usuli yetakchi o'rinni egallaydi.

Chekli-elementli tahlil qilish uchta asosiy muammoni yechish imkonini beruvchi: strukturaviy modellashtirish, chegaraviy shartlar va tashqi kuchlar ta’sirini o‘z ichiga olgan hisoblash modelini ishlab chiqishdan boshlanadi. Аrava ramasini chekli-elementli modeli bir aniq variant kontsruksiyasini mustaxkamlikka statik hisoblar o‘tkazish bilan chegaralanib qolmasdan, tadqiqotlar o‘tkazish va bu konstruksiyani modernizatsiya qilish takliflarini berishi mumkin. Modellashtirishning birinchi bosqichida chekli-elementli modeli qurilgach, tanlangan arava ramasi statik hisoblari bajariladi.

Ushbu tahlil va tadqiqotni o‘tkazishdagi asosoiy maqsadlardan biri, nisbatan ancha avval loyihalashtirilgan va ishlab chiqarilgan yuk vagoni harakatlanuvchi qismi detalining hozirgi kun talablari va me’yorlariga javob bera olishini tekshirishdir.

Detalni strukturaviy modellashtirish konstruksiyani real elementlarini dasturda bor chekli elementlar bilan tassavur qilishdan iborat. Konstruksiyada katta hajmli modelashtirish turli hil formadagi katta hajmli elementlar bilan bajariladi.

Bugungi kunda chekli-element modeli konstruksiyasini o‘rganish uchun eng keng tarqalgan universal ANSYSInc firmasining ANSYS va SolidWorks bilan Simulation moduli dasturiy ta’minotlaridir [1].

Chegaraviy shartlar bilan modellarshtirishga chekli elemetlar o‘zaro birlashishi, shuningdek, dastur tomonida taqdim etilgan maʼlum bir shaklda strukturaning tashqi mahkamlanishlari aks ettirish kiradi. Shu maqsadda mahkamlashning tabiati, turi, erkinlikdagi uzellarning erkinlik darajasi tahlil qilinadi. Mahkamlashning haqiqiy xarakteri mos keladigan model bilan tavsiflanadi.

Tashqi kuchning xususiyati turlicha bo‘lishi mumkin. Yon ramaning barcha kuchlanish xususiyatlarini hisobga olgan holda kuchlanish holatini raqamli o‘rganish juda ko‘p sonli yechilishi qiyin bo‘lgan muammolar bilan bog‘liq. Buning maqsadi shundaki, yon rama turli xil qalinlikdagi bir nechta elementlarning muvozanat holatlarda birlashgan murakkab tekislikdagi tuzilishidir [2–4].

Modellashtirish aniqligi qo‘llanilgan chekli elementlarning o‘lchamlari va ularning turlariga ham bog‘liq. Bunda, chizmalar asosiy maʼlumot bo‘lib xizmat qiladi. Simulyatsiya paytida hisoblarda aniqlikni oshirish uchun ushbu modellarni ishlab chiqaruvchi zavod chizmalaridagi o‘lchamlar ishlatiladi.

SolidWorks dasturiy taʼminot to‘plamida qattiq jismlarni modellashtirish metodi bilan namuna tariqasida, 18–100 yuk vagoni aravasining yon ramasi hajmli geometrik modeli ishlab chiqilgan (1-rasm).

1-rasm. Yuk vagoni aravasining yon ramasi

Yaratilgan yon rama modelida quyidagilar hisobga olingan:

– yon ramaning yuqori aylanasimon qismlarining bo‘ylama tekislikka nisbatan nosimmetrikligi;

– yon ramaning asosiy elementlari (ustunlar tekisligi; yo‘naltiruvchilar, texnologik yoriqlar, mustaxkamlik qovurg‘alari, birlashtiruvchi poddon va yon rama yon ustunlari);

– vertikal nagruzka ressora komplektidan yon ramaga xalqasimon qismi orqali (ichki va tashqi prujinalarni hisobga olgan holda) ta’sir qiladi;

– tormoz bashmaklari osilmalarini o‘rnatiladigan kronshteynlar qo‘yilmagan.

Loyihalash bosqichida, to‘liq ishlab chiqilgan yakuniy detal mavjud bo‘lganida, haqiqiy konstruksiya strukturasining tuzilishini to‘liq aks ettiradigan batafsil modeli yaratiladi. Ushbu bosqichda shuningdek konstruksiya uzellarining elementlarda joylashishi ko‘rsatib o‘tilishi kerak. Ushbu ish natijasida kelajakdagi modelni yaratish uchun maʼlumot asosini yaratadigan strukturaning tavsifi paydo bo‘ladi [5–6].

Yon rama mustaxkamligini tahlil qilish SolidWorks dasturining bir qismi bo‘lgan SolidWorks Simulation moduli yordamida amalga oshirildi. Ushbu moduldan foydalanish, birinchi navbatda, ushbu qismlarning hajmli geometrik modellarini qo‘shimcha ravishda o‘zgartirishga hojat yo‘qligi bilan bog‘liq, ammo ularni to‘g‘ridan — to‘g‘ri tahlil qilishni imkoniyati mavjudligidir. Yon ramaga taʼsir qiluvchi nagruzkalar va qiymatlar ilmiy ishlar bo‘yicha tavsiyalarga muvofiq I va III hisobiy rejimlar uchun ruxsat etilgan kuchlanishlar qo‘yilgan [7–8]. Bu qiymatlar 1 — jadvalda keltirilgan.

I — rejimda nisbatan kam hollarda uchraydigan, ekstremal nagruzkalar ko‘riladi. Bu rejimda mustaxkamlikka hisoblashdan asosiy maqsad — uzel yoki detallarda qoldiq deformatsiya hosil bo‘lishini oldini olish. Ekspluatatsiya jarayonida I rejimga yuklangan tarkibning joyidan qo‘zg‘alishi, manevr ishlarida, shu jumladan saralash tepaliklaridan tushirilganda vagonlarning o‘zaro urilishi va past tezlikdagi poyezdning favqulodda tormoz berishi to‘g‘ri keladi. Ruxsat etiladigan zo‘riqish qiymati I hisobiy rejim uchun [σ] _l =0,85 σ _T =250 MPa

III — rejimga harakatlanuvchi tarkibdagi vagonning normal ish jarayonini tasniflovchi nagruzka qiymati mo‘tadil bo‘lgan, nisbatan doimiy uchraydigan ko‘rinishi ko‘rib chiqildi. Bu rejimdagi asosiy talab bu uzel yoki detalning toliqishi natijasida ishdan chiqishini oldini olish. III — hisobiy rejim vagonning poyezd tarkibida yo‘lning to‘g‘ri va egri uchastkalarida, strelkali o‘tkazgichlarida, ruxsat etilgan tezlikda (talab etilganda konstruksion tezlikkacha), vaqti vaqti bilan muntazam nazorat tormozlarida, muntazam mo‘tadil itarish va itarishishlarda, vagon uzel va detallarini muntazam ish jarayonida harakatlanishi to‘g‘ri keladi. Ruxsat etiladigan zo‘riqish qiymati III — hisobiy rejim uchun [σ] _III =140 MPa.

1-Jadval

I va III hisobiy rejimlar uchun yon ramaga qo‘yilgan nagruzka ko‘rsatkichlari

Nagruzkalar ta’siri sxemasi 2-rasmda ko‘rsatilgan. Taqqoslash tahlilini o‘tkazishda yon rama ikki ustunda erkin holatda joylashgan, nagruzkalar bir vaqt mobaynida yuzaga taʼsir qilib, yuzalar bo‘ylab tarqaladi deb qabul qilinadi.

O‘tkazilgan SolidWorks Simulation dasturiy taʼminotidagi eksperiment natijasida yon ramaga taʼsir qiladigan kuchlar natijasida zo‘riqishlar hosil bo‘ladigan nuqtalar va uzellar aniqlandi. Аsosiy zo‘riqishlar yon ramaning buksa o‘rnatiladigan qismi jag‘lari ichki va tashqi burchaklarida, texnologik yoriqlarda va ressora qurilmasi joylashadigan qismning pastki burchaklarida (3-Rasm) hosil bo‘ladi.

3-Rasm Yon ramaning asosiy zo‘riqishlar hosil bo‘ladigan qismlari

Ushbu qismlarni keyinchalik keltirishlarda qulaylik yaratish uchun nuqtalar bilan ajratildi.

Ushbu nuqtalardagi zo‘riqishlar ekvivalent qiymatlari 2-Jadvalda keltirilgan

2-Jadval

Аrava yon ramasining tekshiriladigan nuqtalari dagi ekvivalent zo‘riqishlar MPa

Yon ramaning mustaxkamlikka hisobi tahlili natijalari shuni ko‘rsatdiki, ekspluatatsiya jarayonida tez–tez sinishga moyil bo‘lgan qismlar va boshqa nuqtalaridagi ekvivalent zo‘riqishlar barcha hisobiy rejimlarda ruxsat etilgan maksimal qiymatdan oshmaydi.

Adabiyot:

1. Матяш, Ю. И. Выбор программного комплекса для расчета боковой рамы тележки / Ю. И. Матяш, А. О. Бельский // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. — Омск, 2011. — 1(5). — С. 11–14.;
2. Sement tashuvchi vagon-xopperni ag‘darilishga qarshi mustahkamligini aniqlash / H. A. Rahmatov, F. F. Muzaffarov, S. B. Namozov [et al.] // Молодой ученый. — 2022. — No 1(396). — P. 312–317;
3. «Quyuv-mexanika zavodi» ShK da ishlab chiqarilayotgan yuk vagonlarining turli radiusdagi egri uchastkalarda harakatlanayotganda ag‘darilishga qarshi barqarorligini tahlil qilish / Х. А. Рахматов, С. Б. Намозов, Ф. Ф. Музаффаров [и др.] // Молодой ученый. — 2022. — № 6 (401). — С. 297–301;
4. Boronenko, Yu. P. Experimental determination of forces through measurements of strains in the side frame of the bogie / Yu. P. Boronenko, R. V. Rahimov // Transport problems. — 2021. — Vol. 16, is. 3. — P. 199–211;
5. Boronenko, Y, Rahimov, R, & Lafta, WM. «Develop a New Approach Measuring the Wheel/Rail Interaction Loads». Proceedings of the 2021 Joint Rail Conference. 2021 Joint Rail Conference. Virtual, Online. April 20–21, 2021. V001T10A004. ASME. https://doi.org/10.1115/JRC2021–58471
6. Йўловчи вагонлари тележкаларини такомиллаштириш йўллари ва ривожланиш истиқболлари / Р. П. Нигай, Ф. Ф. Хикматов, Д. Ш. Зафаров [и др.]. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 13 (408). — С. 350–353. — URL: https://moluch.ru/archive/408/89814/ (дата обращения: 08.04.2022).
7. Лукин Виктор Васильевич, Бельский Александр Олегович Расчет боковой рамы и надрессорной балки тележки грузового вагона методом конечных элементов // Известия Транссиба. 2013. № 1 (13). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/raschet-bokovoy-ramy-i-nadressornoy-balki-telezhki-gruzovogo-vagona-metodom-konechnyh-elementov (дата обращения: 28.03.2022).
8. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). — М.: ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 2005. — 317 с.