Александр Александрович Войченко – аспирант кафедры «Технология транспортного машиностроения и эксплуатация машин»
Новосибирск
Postgraduate Student of the Technology of Transport Engineering and Machine Operation Department
Novosibirsk
Андрей Степанович Ильиных – доктор технических наук, профессор кафедры «Технология транспортного машиностроения и эксплуатация машин»
Новосибирск
Andrey S. Ilinykh – Doctor of Engineering, Professor of the Technology of Transport Engineering and Machine Operation Department
Novosibirsk
Надежность промежуточных рельсовых скреплений приобретает особое значение в условиях роста грузонапряженности и осевых нагрузок подвижного состава. Работоспособность узла скрепления во многом определяется усилием прижатия рельса упругой клеммой, которое в эксплуатационной практике не измеряется напрямую, а контролируется косвенно – по моменту затяжки прикрепителя. Вследствие значительного расхода приложенного момента на преодоление сил трения фактическое осевое усилие в прикрепителе характеризуется существенным статистическим разбросом, что приводит как к недостаточному, так и к чрезмерному нагружению клеммы. Анализ эксплуатационных отказов показывает: около 99 % случаев выхода клемм ЖБР из строя связаны с трещинообразованием и изломами, что обуславливает необходимость количественной оценки напряженного состояния клеммы во всем диапазоне реализуемых усилий затяжки.
В работе методом конечных элементов в среде APM FEM выполнено моделирование напряженно-деформированного состояния пружинной клеммы ЦП369.102 скрепления ЖБР в составе узла «клемма – рельс – упорная скоба». Установлено расположение наиболее нагруженных зон, получены аналитические зависимости напряжений в контрольных точках от осевого усилия затяжки и определены критические значения усилия, при которых напряжения в опасном сечении достигают предела текучести (около 35,4 кН) и предела прочности (около 39,5 кН) стали 60С2А. На основе статистических данных о разбросе усилия затяжки выполнена вероятностная оценка риска достижения предельных напряжений для различных состояний резьбовых поверхностей. Показано, что для новых и смазанных шурупов вероятность превышения предела текучести достигает значительных величин.
The reliability of intermediate rail fastenings acquires particular importance under conditions of increasing traffic density and axle loads of rolling stock. The serviceability of the fastening assembly is largely determined by the rail clamping force exerted by the elastic clip, which in operational practice is not measured directly but is monitored indirectly – by the tightening torque of the fastener. Due to the significant expenditure of the applied torque on overcoming friction forces, the actual axial force in the fastener is characterized by considerable statistical scatter, which leads to both insufficient and excessive loading of the clip. Analysis of inservice failures shows that about 99 % of cases of ZhBR clip failure are associated with crack formation and fractures, which necessitates a quantitative assessment of the stress state of the clip over the entire range of attainable tightening forces.
In this study, the finite element method in the APM FEM environment was used to model the stress-strain state of the CP369.102 spring clip of the ZhBR fastening within the ‘clip – rail – thrust bracket’ assembly. The location of the most heavily loaded zones was established, analytical dependences of stresses at the control points on the axial tightening force were obtained, and the critical force values were determined at which stresses in the dangerous section reach the yield strength (about 35.4 kN) and the ultimate strength (about 39.5 kN) of 60S2A steel. Based on statistical data on the scatter of the tightening force, a probabilistic assessment of the risk of reaching limit states was performed for various conditions of the threaded surfaces. It is shown that for new and lubricated screws the probability of exceeding the yield strength reaches significant values.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.