6.1.1 Назначение и общий вид технологической рамы

Технологическая рама предназначена для рассредоточения оборудования расположенного на раме и определения центра тяжести верхнего строения тепловозов 2ТЭ10МК, проходящих капитальный ремонт с продлением срока службы на Уссурийском локомотиворемонтном заводе.

Рисунок 6.1 - Технологическая рама вид спереди

Рисунок 6.2 - Технологическая рама вид сверху

Технологическая рама представляет собой сварную конструкцию, имеющую в верхней части выступы под боковые опоры тепловоза 2ТЭ10МК. В выступах располагаются тензорезисторные весоизмерительные датчики. [6]

Рисунок 6.3 - Технологическая рама вид справа

Нижняя часть рамы выполенена так, чтобы не использовать полноценные колесные пары, т.е. представляет собой П-образный вид. Так же предусмотрен подшипниковый узел, чтобы меньше изнашивать колеса тележки, а в следствии как можно реже проводить техническое обслуживание представленой рамы в целом.

6.1.2 Испытание объекта технологической рамы в SolidWorks Simulation

Информация о модели. Проект технологической рамы в программе Solidworks представляет собой сборку отдельно спроектированных деталей. Все детали представляют собой твердые тела, к которым был присвоен материал наиболее подходящий по свойствам и условиям работы детали.

Рисунок 6.4 - Проект технологической-рамы

Далее приводится таблица, в которой приведены свойства модели. Для более понятного ее восприятия следует привести некоторые определения, а именно предел текучести, предел прочности, коэффициент пуассона.

 Пределом текучести называется напряжение, при котором в материале начинают интенсивно накапливаться остаточные (пластические) деформации, причем этот процесс идет при практически постоянном напряжении.

Предел прочности — механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала. Согласно ГОСТу 1497-84 более корректным термином является «Временное сопротивление разрушению», то есть напряжение, соответствующее наибольшему усилию, предшествующему разрыву образца при (статических) механических испытаниях.

Коэффициент Пуассона - величина отношения относительного поперечного сжатия к относительному продольному растяжению. Этот коэффициент зависит не от размеров тела, а от природы материала, из которого изготовлен образец.

Данные величины в полной мере описывают свойства подобранных материалов и исходя из этого выбирался тот или иной материал в исследуемой конструкции.

Таблица 6.1 - Свойства деталей сборки

Наименование детали	Марка стали	Масса детали, кг	Предел текучести, Н/м2	Предел прочности, Н/м2	Массовая плотность, кг/м3	Коэффицент пуассона
Колесо	Сталь 20Г	62,77	2,4*108	4,48*108	7300	0,26
Рама с выемками под опоры	Сталь10	2973,4	2,2*108	3,99*108	7800	0,28
Корпус обоймы подшипника	Сталь 10	12,76	2,2*108	3,99*108	7800	0,28
Обойма подшипниковая	Сталь 20Г	6,23	2,48*108	4,8*108	7800	0,32
Подшипник	ШХ15	0,31	1,7*108	4,1*108	7800	0,28

Итак, согласно анализу массовых характеристик в целом масса технологической рамы составляет 3400 кг.

Нагрузки и крепления. Исходя из условий работы проектируемой технологической рамы следует заметить, что испытания носят статический характер и исходя из условий статики необходимо закрепить раму таким образом, чтобы она не совершала ни каких поступательных, а тем боле вращательных движений. В данном случае наиболее подходящим креплением является фиксированная геометрия колеса, что по аналогии с реальностью является простым забашмачиванием колес.

Согласно третьему закону Ньютона необходимо напомнить о реакциях опоры возникащих в колесе. Рассчитаная результирующая реакция опоры составляет . Реактивный момент равен 0, что говорит о высокой фиксации крепления.

Рисунок 6.5 - Места приложения нагрузки

Нагрузки подаются распределенные на каждую выемку под опору. В общей сложности общая нагрузка составляет 60 тонн. Величина нагрузки экспериментальная.

Также опеределенные усилия создаются и в подшипниковом узле. На виде справа (рисунок 6.3) условно разделяем раму на левую и правую часть.

Итак, силы возникающие в подшипниковом узле правой части рамы представлены в таблице 6.2, левой части в таблице 6.3.

Создание сетки исследования. Был выбран тип "сетка на твердом теле на основе кривизны". Количество точек Якобиана - 29. Применено высокое качество сетки.

Якобиан отображения — определённое обобщение производной для функции одной переменной для отображений из Евклидова пространства в себя.

Таблица 6.2 - Силы соединителя подшипник правой части рамы

Тип	X-составляющая	Y-составляющая	Z-составляющая	Результирующая
Осевое усилие, Н	0	0	3525.8	3525.8
Поперечная сила, Н	1203.5	-45817	0	45832
Изгибающий момент, Н*м	0.45879	0.012051	0	0.45895

Таблица 6.3 - Силы соединителя подшипник левой части рамы

Тип	X-составляющая	Y-составляющая	Z-составляющая	Результирующая
Осевое усилие, Н	-0	-0	-404.6	-404.6
Поперечная сила, Н	1277.1	-70383	0	70395
Изгибающий момент, Н*м	0.70479	0.012788	0	0.7049

Рисунок 6.6 - Вид сетки на технологической раме

После создания программа определила результирующие силы во всей модели, которые представлены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 - Результирующие силы возникающие во всей модели

Сила	Единицы измерения	Сумма по X	Сумма по Y	Сумма по Z	Результирующая
Сила реакции	Н	-0.0015258	818176	-0.391113	818176
Реактивный момент	Н*м	0	0	0	0

Исходя из результатов результирующих можно сделать вывод о правильности закрепления и распределения нагрузок.

Результаты исследования. Исследования проводились на напряжение по Мизесу, на результирующее перемещение и на эквивалентную деформацию модели.

Критерий максимального напряжение по Мизесу основывается на теории Мизез-Хенки, также известной как теория энергии формоизменения.

В исчислении главных напряжений ,  и , напряжение по Мизесу выражено как

(6.1)

Теория утверждает, что пластичный материал начинает повреждаться в местах, где напряжение по Мизесу становится равным предельному напряжению. В большинстве случаев, предел текучести используется в качестве предельного напряжения. Критерий разрушения в нашем случае представлен в виде

(6.2)

Коэффициент запаса прочности решающая программа расчитывает как

(6.3)

Результаты проведения испытаний решающей программы занесены в таблицу 6.5

Таблица 6.5 - Результаты испытаний технологической рамы

Вид испытаний	Минимальное значение	Максимальное значение
Напряжение по Мизесу, МПа	0,012	118
Результирующее перемещение, мм	0	0,26
Эквивалентная деформация	3,7*10-8	3,9*10-4
Запас прочности	2,02	10*

*Максимальный коэффициент запаса прочности ограничен пользователем.

По рисунку 6.7 видно, что слабой деталью является подшипник, т.к. напряжение возникающие в подшипнике являются максимальными. Коэффициент запаса прочности в подшипнике также является наименьшим относительно всей модели. Но величина коэффицента запаса прочности говорит о том, что деталь подшипник не подвержена разрушению исходя из критерия разрушения (формула 5.6). Чтобы удостовериться в правильности исследования необходимо выполнить условие разрушения и убедиться в том, что максимальное напряжение не превышает предельного.

Рисунок 6.7 - Расположение максимальных значений результатов исследования

Подставим значения в формулу 6.2 и получим

Полученное неравенство говорит о том, что модель устойчива по отношению к нагрузке.

Следует также рассмотреть величину результирующего перемещения максимальное значение которого составляет 0,26 мм. От этого перемещения можно избавиться путем жесткого скрепления рамы фермовой конструкции, но по скольку перемещение мало по сравнению с габаритными размерами, то внедрять в модель фермову конструкцию не имеет значения исходя из экономических соображений.