Дослідження довговічності осі колісної пари тепловозу ЧМЭ 3 при дії циклічних навантажень із використанням сучасних комп’ютерних САЕ-систем

Abstract

Однією із головних задач локомотивного господарства залізничного транспорту є забезпечення перевізного процесу вантажів та пасажирів. Вирішення даної задачі можливе тільки при справному парку тягового рухомого складу. Однак, різноманітні умови експлуатації локомотивів, прострочені ремонти, призводять припинення нормальної роботи окремих деталей та систем. Інтенсивного зносу зазнають колісні пари локомотивів. Зустрічаються випадки утворення дефектів в осях колісних пар, або навіть їх повне руйнування. Тому у кваліфікаційній роботі вирішується актуальна задача, щодо встановлення залишкового ресурсу (довговічності) осей колісних пар локомотивів у залежності від кількості циклів навантажень. Об’єкт дослідження – вісь колісної пари тепловозу ЧМЭ 3. Предмет дослідження – довговічність осі колісної пари при дії циклічних змінних навантажень. Мета дослідження – провести дослідження залишкового ресурсу (довговічності) осі колісної пари тепловозу ЧМЭ 3 при дії циклічних навантажень із використанням сучасних комп’ютерних САЕ-систем. За результатами цієї бакалаврської роботи виконано такі завдання: -побудовано модель осі колісної пари локомотиву ЧМЭ 3; -проведено розрахунок сил, які діють на вісь колісної пари; -виконано розрахунок напружено-деформованого стану осі колісної пари локомотиву методом скінченних елементів; -проведено дослідження довговічності осі колісної пари тепловозу ЧМЭ 3 методом скінченних елементів у програмному комплексі SolidWorks. У кваліфікаційній роботі наведено методику оцінювання ступеню пошкодження та кількості циклів до відмови осей колісних пар локомотивів із використанням сучасних САЕ-систем програмного комплексу SolidWorks. Побудовано 3D CAD модель та проведено розрахунок напружено-деформованого стану осі колісної пари, методом скінченно-елементного аналізу, у програмному комплексі SolidWorks. При розрахунку осі колісної пари на статичні навантаження, величина максимальних напружень в осі колісної пари локомотиву становила 64,46 МПа, величина максимальних переміщень – 0,196 мм, а максимальних деформації – 2,08?10-4 мм. Встановлено, що причиною руйнування осей колісних пар локомотивів є зародження тріщин втоми, які в процесі експлуатації розвиваються і призводять у певний момент до втрати міцності осі колісної пари.

One of the main tasks of the locomotive fleet of railway transport is to ensure the transportation process of freight and passengers. This task can only be fulfilled with a fully operational fleet of traction rolling stock. However, various locomotive operating conditions and overdue repairs can lead to the failure of individual components and systems. Locomotive wheelsets are particularly prone to intense wear. In some cases, defects occur in wheelset axles, or even complete axle failure is observed. Therefore, this bachelor’s thesis addresses the relevant issue of determining the residual service life (durability) of locomotive wheelset axles depending on the number of loading cycles. Object of the study – the axle of the wheelset of the ЧМЭ 3 diesel locomotive. Subject of the study – the durability of the wheelset axle under cyclic variable loads. Purpose of the study – to investigate the residual life (durability) of the ChME3 diesel locomotive wheelset axle under cyclic loading using modern computer-based CAE systems. The following tasks were completed in this bachelor’s thesis: -a 3D model of the ЧМЭ 3 locomotive wheelset axle was developed; -the forces acting on the wheelset axle were calculated; -the stress-strain state of the axle was analyzed using the finite element method (FEM); -a durability analysis of the ЧМЭ 3 locomotive axle was performed using FEM in the SolidWorks software environment. This qualification work presents a methodology for assessing the degree of damage and the number of cycles to failure of locomotive wheelset axles using modern CAE systems available in SolidWorks. A 3D CAD model was constructed, and a stress-strain analysis of the axle was conducted using the finite element method in SolidWorks. Under static loading conditions, the maximum stress in the locomotive wheelset axle was found to be 64.46 MPa, the maximum displacement was 0.196 mm, and the maximum strain was 2.08?10?? mm. It was determined that the primary cause of axle failure in locomotive wheelsets is the initiation of fatigue cracks, which propagate during operation and eventually lead to the loss of axle integrity.