Calculation and experimental evaluation of bogie frame and intermediate frame life of an eight-axle diesel locomotive

Introduction. Long-term locomotive operation and safety considerations require new approaches to extending the life of its basic components operating under variable loads.

Materials and methods. The authors conducted bench life tests of frames under cyclic loading with vertical and horizontal transverse forces and calculated the bogie frame and intermediate frame life for the most stressed areas of their structures, where local fatigue damage can accumulate under cyclic loading leading to fatigue caused destruction. The calculation uses the results of bench fatigue tests.

Results. The research shows that the presented frames comply with GOST R 55513–2013 in terms of minimum reserve strength coefficient for fatigue resistance. The researchers proposed a methodology for estimating the residual life of bogie frames and intermediate frames.

Discussion and conclusion. The research indicates that the estimated safe service life of bogie frames and intermediate frames of an eight-axle diesel locomotive does not exceed 56 years from the date of construction. The expiry of this period allows for a repeat research and development work to determine the residual life of its basic parts. The above test methodology could be applied to assess the residual life of bogie frames and intermediate frames whose structure has localised zones of fatigue damage appearance and accumulation from cyclic loading, which may cause fatigue destruction.

1. Оганьян Э.С., Волохов Г.М., Гаджиметов Г.И. О порядке обновления парка и продления сроков службы локомотивов и их основного оборудования // Железнодорожный транспорт. 2018. № 3. С. 69–71 [Oganyan E. S., Volokhov G. M., Gadzhimetov G.I. On the procedure for renewing the fleet and extending the service life of locomotives and their main equipment. Zheleznodorozhnyy transport. 2018;(3):69-71. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/ntofml.

2. Обеспечение безопасной эксплуатации подвижного состава на основе стратегии управления ресурсом на этапах жизненного цикла / Э.С. Оганьян [и др.] // Железнодорожный транспорт. 2018. №12. С. 36–40 [Oganyan E.S., Kossov V.S., Volokhov G.M., Ovechnikov M.N., Gasyuk A.S. Providing rolling stock safe operation on the basis of lifetime management strategy at its life-cycle stages. Zheleznodorozhnyy transport. 2018;(12):36-40 (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/ypxinn.

3. Методические аспекты исчерпания ресурса несущих конструкций локомотива / В.С. Коссов [и др.] // Тяжелое машиностроение. 2016. №10. С. 29–31 [Kossov V.S., Oganyan E.S., Volokhov G. M., Gasyuk A. S., Benevolenskaya E. M. Methodological aspects of locomotive bearing structures life depletion. Tyazheloye Mashinostroyeniye. 2016;(10):29-31 (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/xcgqmf.

4. Oganyan E. S., Volokhov G. M., Gasyuk A. S., Fazliakhmetov D.M. Calculated Experimental Evaluation of the Operating Life of Basic Locomotive Parts for Ensuring Their Safe Operation. Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2018;47(2):155-159. https://doi.org/10.3103/S1052618818020097.

5. Оганьян Э.С., Волохов Г.М. Расчеты и испытания на прочность несущих конструкций локомотивов. М.: УМЦЖДТ, 2013. 326 с. [Oganyan E. S., Volokhov G. M. Calculations and Strength Tests of Locomotive Load-Bearing Structures. Moscow: UMTsZhDT; 2013. 326 p. (In Russ.)]. END: https://www.elibrary.ru/sdtnbz.

6. Методы определения ресурса и циклической прочности конструкций экипажной части локомотивов / Н.А. Махутов [и др.] // Транспорт: наука, техника, управление. Научный информационный сборник. 2016. №10. С. 3–12 [Makhutov N.A., Gapanovich V.A., Kossov V.S., Oganyan E.S., Krasyukov N.F., Volokhov G.M. Methods of determination of life and cyclic strength of locomotive underframe structures. Transport: science, equipment, management. 2016;(10):3-12. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/wwuslv.

7. Гасюк А.С., Оганьян Э.С. Исследование нагруженности и прогнозирование ресурса базовых частей подвижного состава (тезисы) // Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты: материалы XIV Междунар. науч.-техн. конф., Санкт-Петербург, 9–13 июля 2019 г. СПб.: ПГУПС, 2019. С. 146–148 [Gasyuk A.S., Oganyan E. S. Research of Loading and Forecasting of Service Life of Basic Parts of Rolling Stock (Abstracts). In: The XXI century Rolling Stock: ideas, requirements, projects: Procedings of the XIV International Scientific and Technical Conference, 9–13 July 2019, St. Petersburg. St. Petersburg: PGUPS; 2019. p. 146–148 (In Russ.)].

8. Когаев В. П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. М.: Машиностроение, 1993. 364 с. [Kogaev V. P. Strength calculations at voltages varying with time. Moscow: Mashinostroyeniye Publ.; 1993. 364 p. (In Russ.)].

9. Коновалов Л.В., Петрова И.М. Особенности циклической прочности конструкционных сталей в области длительной долговечности // Вестник машиностроения. 1998. №9. С. 3–11 [Konovalov L.V., Petrova I.M. Peculiarities of cyclic strength of structural steels in long-term durability. Vestnik mashinostroyeniya. 1998;(9):3-11 (In Russ.)].

10. Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. В 2 ч. Ч. 2: Обоснование ресурса и безопасности / отв. ред. К.В. Фролов, В.В. Москвичев. Новосибирск: Наука, 2005. 610 с. [Makhutov N.A. Structural Strength, Service Life and Technogenic Safety. In 2 parts, Part 2: Service Life and Safety Justification. Novosibirsk: Nauka Publ.; 2005. 610 p. (In Russ.)]. EDN: https://elibrary.ru/qmenib.

11. Oganyan E.S., Kossov V.S., Ovechnikov M.N., Volokhov G.M., Gasyuk A.S. The Modeling Burden and Resource of an Automatic Coupler Body by Techniques of Numerical Analysis. Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2020;49(5):408-411. https://doi.org/10.3103/S105261882005009X.

12. Волохов Г.М., Гаджиметов Г.И. Управление ресурсом железнодорожных технических средств на стадиях жизненного цикла. Обобщение вопросов модернизации локомотивов с продлением срока службы // Вестник транспорта Поволжья. 2016. №4(58).С. 40–44 [Volokhov G.M., Gadzhimetov G.I. Railway Technical Equipment Resource Management at Life Cycle Stages. Generalisation of the Issues of Locomotive Modernisation with Service Life Extension. Vestnik transporta Povolzhya. 2016;(4):40-44. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/wxqszf.

13. Безопасная эксплуатация локомотивов по ресурсу их базовых частей / Э.С. Оганьян [и др.] // Безопасность труда в промышленности. 2017. №6. С. 54–58 [Oganyan E. S., Gasyuk A. S., Volokhov G. M., Fazliakhmetov D. M., Muravlev E. V. Safe Operation of Locomotives on the Resource of Their Basic Parts. Occupational Safety in Industry. 2017;(6):54-58. (In Russ.)]. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2017-6-54-58.

14. Методы определения ресурса нерезервируемых несущих элементов подвижного состава и пути / Н.А. Махутов [и др.] // Бюллетень Объединенного ученого совета ОАО «РЖД». 2017. №3. С. 19–39 [Makhutov N.A., Reznikov D.O., Kossov V.S., Oganyan E.S., Volokhov G.M., Ovechnikov M.N., et al. Methods for determinng the lifetime of non-reserved load-bearing elements of rolling stock and the railway. Bulletin of Joint scientific Council of JSC Russian Railways. 2017;(3):19-39. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/zizpfl.

15. Оганьян Э.С. Обоснование назначенного срока безопасной эксплуатации локомотивов // Локомотив. 2017. №7(726). С. 34–35 [Oganyan E.S. Justification of the designated safe operating life of locomotives. Lokomotiv. 2017;(7):34-35. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/yzhomh.

16. Оганьян Э.С., Волохов Г.М., Гасюк А.С. Прогнозирование ресурса несущих конструкций локомотивов по условиям эксплуатации // Известия Транссиба. 2019. №2 (38). С. 47–54 [Oganyan E.S., Volokhov G.M., Gasyuk A.S. The locomotives loadbearing constructions resource prediction by operating conditions. Journal of Transsib Railway Studies. 2019;(2):47-54. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/wwozmw.

17. Модернизация маневровых тепловозов с продлением срока службы / Г.М. Волохов [и др.] // Локомотив. 2019. №4(748). С. 32–34 [Volokhov G.M., Oganyan E.S., Gadzhimetov G.I., Gasyuk A.S., Papirovskiy A.V. Modernisation of Shunting Diesel Locomotives with Service Life Extension. Lokomotiv. 2019;(4):32-34. (In Russ.)]. END: https://www.elibrary.ru/ivplpm.

18. Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. В 2-х ч. Ч. 1: Критерии прочности и ресурса / отв. ред. К.В. Фролов, В.В. Москвичев. Новосибирск: Наука, 2005. 494 с. [Makhutov N.A. Structural Strength, Service Life and Technogenic Safety. In 2 parts, Part 1: Strength and Service Life Criteria. Novosibirsk: Nauka Publ.; 2005. 494 p. (In Russ.)]. EDN: https://elibrary.ru/qmenhr.