СИСТЕМНА КОЛЕСО — РЕЛЬС
Исследование
напряжений
в контакте колесо -
рельс
Эффективный
и
надежный
расчет колес
ш
рельсов требует
точной количественной оценки нагрузок, действую щ их на эти
конструктивны е элементы во время эксплуатации. Большие
пробега и сложные термомеханические нагрузки колес и рель-
сов
м огут приводить к
выходу
их
из
строя
с
усугубляю щ ими
последствиями. В связи с этим необходимы исчерпывающ ие
данные о характере
т
величине напряжений* возникаю щ их в
материале при взаимодействии колеса с рельсом.
Механические основы контакта
качения исследовали многие уче-
ные. Одним из первых был Г. Герц,
который изучал феномен контакта
в конце XIX в. Полученные им ре-
зультаты и сегодня ложатся в осно-
ву всех прочих углубленных иссле-
дований. Существует большое чис-
ло аналитических приближенных
решений, касающихся проблемати-
ки контакта колеса с рельсом. Об-
щее у них то, что реальный контакт
в расчетах рассматривается значи-
тельно идеализированным.
Численные
методы
позволя-
ют лучше учитывать физические и
геометрические нелинейности в по-
строении модели и уже были успеш-
но применены в исследованиях кон-
такта колесо —
рельс.
В настоящее время в качестве
эффективного вспомогательного
средства при расчете контакта все
чаще используется метод конеч-
ных элементов. Кроме того, быст-
рое совершенствование аппарат-
ного и программного обеспечения
предлагает довольно много новых
возможностей. В то же время метод
конечных элементов, как и прежде,
недостаточно корректно отобража-
ет условия реального контакта ка-
чения. В связи со сложностью взаи-
модействия напряженных состоя-
ний необходимо применять в расче-
те целесообразные упрощения или
предельные условия. Тем не менее
следует учитывать роль факторов,
действующих в реальном контакте.
Процесс расчета и анализ
механических нагрузок
В рассматриваемом исследова-
нии, выполненном в целью оценки
предела выносливости, износостой-
кости и эксплуатационной прочно-
сти обоих компонентов системы,
расчет напряжений, возникающих
при взаимодействии колеса с рель-
сом, проводился с помощью метода
конечных элементов. При этом ко-
лесо рассматривалось только в дви-
жении по прямолинейному участ-
ку пути.
Предельные условия
Для
выполнения
численных
расчетов комплексную проблему
контакта колеса с рельсом следует
упростить и ввести ограничения.
Геометрические предельные усло-
вия.
Для расчетов методом конеч-
ных элементов была взята пара ко-
лесо —
рельс, стандартная для ев-
ропейских магистральных линий, а
именно рельс типа 60Е2 стандарта
DIN EN 13674 -1 и колесо с профи-
лем S 1002 стандарта DIN EN 13715.
Для расчетов принята типичная для
Германии и других стран Европы
подуклонка рельсов, равная 1:40.
Колесо типа 004 указанного ранее
профиля с диаметром круга ката-
ния 920 мм также широко распро-
странено в этих странах в основном
в грузовых вагонах. Изготавливает
колесные пары с такими колесами
завод в Ильзенбурге (Германия).
Результаты, полученные на основе
стандартного профиля поверхности
катания, можно пересчитать для ко-
лес с другой геометрией.
Моделирование материала.
При-
веденные в статье результаты рас-
чета на модели были получены с
использованием
характеристик
линейно-упругого
материала —
колесной стали марки R7. В соот-
ветствии с требованиями стандарта
DIN EN 13674 для рельсов выбрана
сталь марки R260 или же по Памят-
ке МСЖД —
марки 900А. Это стан-
дартная марка для крупных госу-
дарственных железных дорог. Для
характеристик материалов колеса
и рельса были приняты допущения.
Они рассматривались как однород-
ные и изотропные по всему попе-
речному сечению, что не соответ-
ствует реальности. Кроме того, не
принималась во внимание поверх-
ностная шероховатость.
Степень дискретизации конечно-
элементной модели.
Расчеты выпол-
нялись на базе коммерческой про-
граммы ABSYS. В область контакта
специально вводили высокое разре-
шение через характеристики конеч-
ных элементов. Поскольку совре-
менные вычислительные системы
не имеют производительности, до-
статочной для одновременного ре-
шения большого числа уравнений,
применяется так называемая адап-
тивная сетчатая структура. Благода-
ря этому в квазистатических расче-
54
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2011, № 1
предыдущая страница 52 Железные дороги мира 2011 01 читать онлайн следующая страница 54 Железные дороги мира 2011 01 читать онлайн Домой Выключить/включить текст