Анализ прочности болтового крепления тягового электродвигателя трамвайного вагона с боковым подвесом привода

Исследуется проблема прочности болтового крепления тягового электродвигателя (ТЭД) при его боковом размещении на тележке трамвайного вагона. Такое размещение создает неблагоприятные условия восприятия болтами действующих нагрузок, что требует детального рассмотрения особенностей напряженного состояния болтов. Построены геометрические модели ТЭД и примыкающих фрагментов тележки, а также сборка на их основе с целью изучения совместного деформирования внешней нагрузкой. Подготовка расчетной модели включает также конечноэлементную дискретизацию, задание свойств материалов и способов фиксации компонентов. Для описания взаимодействия ТЭД с опорными поверхностями тележки использованы условия одностороннего контакта; наличие креплений моделируется посредством предусмотренных для этой цели соединителей, с указанием геометрических параметров болтов и величины предварительной затяжки, что позволяет имитировать условия работы болтовых соединений. Выполнен численный анализ модели в условиях воздействия постоянной и переменной нагрузки. При этом постоянная нагрузка на болты обусловлена их предварительной затяжкой, а также весом ТЭД; переменная нагрузка связана с динамикой движения тележки по рельсовому пути, когда возможны значительные ускорения. На основе вычисленных значений силовых факторов в соединителях рассчитаны параметры напряженного состояния крепежных болтов. Установлено, что наибольшие напряжения испытывает болт крепления ТЭД к нижней горизонтальной опоре, на удалении от центра тяжести. Показано, что в условиях эксплуатационных воздействий существует опасность разрушения болтов по причине несоответствия требованиям прочности. По итогам исследования рекомендованы меры по снижению негативного влияния внешних нагрузок на условия работы элементов креплений.

1. Захарченко Д. Д., Ротанов Н. А. Тяговые электрические машины. Москва: Транспорт, 1991. 343 с.

2. Бирюков В. В. Электрическое оборудование подвижного состава. Теория и практика. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2021. 99 с.

3. Бирюков В. В., Штанг А. А. Гибридные транспортные средства. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2021. 252 с.

4. Ветошко Т. В. Перспективные направления модернизации тяговых приводов электровозов отечественного и зарубежного производства // Новые горизонты. VIII научно-практическая конференция с международным участием. Сборник материалов и докладов. Брянск, 2021. С. 29–33.

5. Поиск путей повышения тяговых свойств тепловозов и конструкция тягового привода / В. И. Воробьев, А. А. Пугачев, О. В. Измеров, Е. В. Николаев // Вестник Брянского государственного технического университета. 2021. № 12 (109). С. 48–59.

6. Метод объектного моделирования при разработке патентоспособных конструкций узлов тягового привода / В. И. Воробьев, А. А. Пугачев, С. О. Копылов, Е. В. Николаев // Автоматизация и моделирование в проектировании и управлении. 2021. № 3–4 (13–14). С. 4–13.

7. Мазнев А. С. Конструкция и динамика электрического подвижного состава. Москва: ИНФРА-М, 2021. 248 с.

8. Флора В. Д. Тяговые электрические двигатели. Запорожье: Информационная система iElectro, 2011. 318 с.

9. Поиск новых вариантов конструкции тягового привода низкопольных экипажей / В. И. Воробьев, А. А. Пугачев, О. В. Измеров, Е. В. Николаев // Транспортное машиностроение. 2023. № 9 (21). С. 54–64.

10. Кузнецов И. Л., Салахутдинов М. А., Гайнетдинов Р. Г. Исследование напряженно-деформированного состояния болтового узла соединения из холодногнутых тонкостенных профилей // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14, Вып. 7. С. 831–843.

11. Халилов Т. М. Моделирование прочности соединения балок с болтовым соединением в системе APM FEM КОМПАС 3Д // САПР и моделирование в современной электронике. Сборник научных трудов IV Международной научно-практической конференции. Брянск, 2020. С. 261–264.

12. Bearing behavior of multi-bolt high strength steel connections / YiFan Lyu, Guo-Qiang Li, Yan-Bo Wang, Heng Li, Yuan-Zuo Wang // Engineering Structures. 2020. V. 212. P. 110510.

13. Abdul Kareem Abdul Jawwad, Nabeel ALShabatat, Mofid Mahdi. The effects of joint design, bolting procedure and load eccentricity on fatigue failure characteristics of high-strength steel bolts // Engineering Structures. 2021. V. 122. P. 105279.

14. Xunliang Shen, Liantao Lu, Dongfang Zeng. Fatigue failure analysis of high strength bolts used for high-speed railway vehicle braking discs // Engineering Failure Analysis. 2020. V. 115. P. 104661.

15. Технология затяжки резьбовых соединений: обучающая брошюра. АО «Атлас Копко». URL: https://www.atlascopco.com/content/dam/atlas-copco/localcountries/russia/documents/ru-industrialtechnique/9833%208648%2001_Pocket_Guide_Tightening_RU%20.pdf (дата обращения: 09.08.2023).

16. Якушев А. И., Мустаев Р. Х., Мавлютов Р. Р. Повышение прочности и надежности резьбовых соединений. Москва: Машиностроение, 1979. 215 с.

17. Иванов М. Н., Финогенов В. А. Детали машин. Москва: Высшая школа, 2003. 408 с.

18. Биргер И. А., Иосилевич Г. Б. Резьбовые и фланцевые соединения. Москва: Машиностроение, 1990. 368 с.