Проектирование конструкции моноблочных крестовин для тяжелых условий эксплуатации

Введение. Анализируется влияние конструктивных особенностей крестовин с цельнолитым блоком сердечника с усовиками и приварными рельсовыми окончаниями (моноблочная крестовина) на возникновение опасных отказов, связанных с недостатками конструкции. Важным вопросом при проектировании крестовин является распределение напряжений с целью обеспечения равномерной жесткости и исключение возникновения опасных отказов изделия при обеспечении технологичности его производства. Достижение данных целей реализуется за счет рационального расположения продольного силового элемента отливки.

Материалы и методы. Для определения влияния места расположения силового элемента конструкции моноблочной крестовины на коэффициент запаса по усталостной прочности использовалось компьютерное моделирование с помощью системы конечно-элементного анализа ANSYS. Эксплуатационные испытания опытных крестовин прошли на втором главном пути Экспериментального кольца АО «ВНИИЖТ» и на станции Исилькуль Западно-Сибирской железной дороги.

Результаты. Изучено влияние геометрии продольного ребра крестовины и места его расположения на безотказность работы конструкции. По результатам расчетов и подтвердивших их испытаний были предложены окончательные геометрические размеры цельнолитого блока сердечника с усовиками с учетом технологичности производства изделий. Даны рекомендации по проектному расположению продольных ребер моноблочных крестовин при конструировании. Предложенная конструкция моноблочных крестовин принята к серийному производству.

Обсуждение и заключение. Представленная в статье одна из конструкций моноблочной крестовины со сдвоенными продольными ребрами жесткости показала наименьшие эквивалентные напряжения. Такая конструкция позволяет обеспечить работу изделия, исключающую возникновение опасных отказов. Реализация использованных в работе принципов математического моделирования с учетом принятой расчетной схемы позволит в дальнейшем значительно сократить время разработки и постановки на производство крестовин с цельнолитым блоком сердечника с усовиками и приварными рельсовыми окончаниями.

1. Новый стрелочный перевод типа Р65 марки 1/22 для высокоскоростного движения / М. Е. Березовский [и др.] // Студент — инновации России. 2017. № 2. С. 29-35

2. Глюзберг Б. Э. Разработка и внедрение новых конструкций стрелочных переводов // Железнодорожный транспорт. 2012. № 3. С. 31-36 EDN: https://www.elibrary.ru/oxvrft.

3. Глюзберг Б. Э., Королев В. В., Шишкина И. В. Увеличение ресурса крестовин стрелочных переводов // Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути: XV Междунар. науч.-техн. конф.: чтения, посвященные памяти проф. Г. М. Шахунянца, Москва, 4-5 апреля 2018 г.: тр. М.: РУТ, 2018. С. 186-187 EDN: https://www.elibrary.ru/hhkygj.

4. Королев В. В. Совершенствование системы учета дефектов элементов стрелочных переводов // Путь и путевое хозяйство. 2016. № 7. С. 14-16 EDN: https://elibrary.ru/whctbd.

5. Глюзберг Б. Э. Модернизация и совершенствование стрелочных переводов // Железнодорожный транспорт. 2015. № 7. С. 54-57 EDN: https://elibrary.ru/udlpfp.

6. Глюзберг Б. Э. Проблемы стрелочного хозяйства высокоскоростной железнодорожной магистрали ВСЖМ-1 // Транспортное строительство: сб. ст. Второй Всерос. науч.-техн. конф., Москва, 12-14 апреля 2021 г. М.: Перо, 2021. С. 14-22 EDN: https://www.elibrary.ru/zzxzlj.

7. Этапы проектирования технических средств инфраструктуры железных дорог / Б. Э. Глюзберг [и др.] // Путь и путевое хозяйство. 2018. № 2. С. 20-22 EDN: https://elibrary.ru/yqdyhc.

8. Lee H.-H. Finite Element Simulations with ANSYS Workbench 15. Mission, Kansas: SDC Publications; 2014. 600 p.

9. Chen X., Liu Y. Finite Element Modeling and Simulation with ANSYS Workbench. 1st. ed. Boca Raton, Florida: CRC Press; 2014. 411 p. https://doi.org/10.1201/b17284.

10. Stolarski T., Nakasone Y., Yoshimoto S. Engineering Analysis with ANSYS Software. 1st ed. Oxford, UK: Elsevier Butterworth-Heinemann; 2006. 453 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-6875-0.X5030-3.

11. Марочник сталей и сплавов / А. С. Зубченко [и др.]; под общ. ред. А. С. Зубченко. 2-е изд. доп. и испр. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.

12. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин [и др.]; под общ. ред. В. Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.

13. ГОСТ 7370-2015. Крестовины железнодорожные. Технические условия: дата введения 2016-07-01. М.: Стандартинформ, 2015. 66 c.