Báo cáo khoa học: "đánh giá độ bền mỏi khung giá chuyển h-ớng đầu máy D9E trên cơ sở ph-ơng trình đồng dạng phá huỷ mỏi"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

78
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo giới thiệu ph-ơng pháp nghiên cứu và các kết quả đánh giá độ bền mỏi (hệ số an toàn mỏi) của khung giá chuyển h-ớng đầu máy D9E đang sử dụng trên đ-ờng sắt Việt Nam trên cơ sở lý thuyết đồng dạng phá huỷ mỏi.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "đánh giá độ bền mỏi khung giá chuyển h-ớng đầu máy D9E trên cơ sở ph-ơng trình đồng dạng phá huỷ mỏi"

®¸nh gi¸ ®é bÒn mái khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y D9E trªn c¬ së ph−¬ng tr×nh ®ång d¹ng ph¸ huû mái PGS. TS. §ç ®øc tuÊn Bé m«n §Çu m¸y - Toa xe Khoa C¬ khÝ - Tr−êng §H GTVT PGS. TS. Ng« v¨n quyÕt Häc viÖn kü thuËt qu©n sù ThS. Ph¹m lª tiÕn Tr−êng Trung häc §−êng s¾t Tãm t¾t: Bμi b¸o giíi thiÖu ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu vμ c¸c kÕt qu¶ ®¸nh gi¸ ®é bÒn mái (hÖ sè an toμn mái) cña khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y D9E ®ang sö dông trªn ®−êng s¾t ViÖt Nam trªn c¬ së lý thuyÕt ®ång d¹ng ph¸ huû mái. Summary: In this article, the Fatigue Strength of direction frame of locomotives D9E has been determined based on the equation of similar Fatigue failure. The new method of computing and concrete examples are also presented. I. ®Æt vÊn ®Ò §Ó ®¸nh gi¸ ®−îc ®é bÒn mái vµ tuæi thä mái cña c¸c kÕt cÊu bé phËn ch¹y ®Çu m¸y diezel nãi chung vµ xe ®Çu m¸y D9E nãi riªng nh− khung gi¸ chuyÓn h−íng, bé trôc b¸nh xe, cÇn sö dông kÕt qu¶ x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tr−ng mái cña mÉu vËt liÖu. C¸c kÕt qu¶ nµy ®· ®−îc tr×nh bµy trong [2]. Tõ c¸c kÕt qu¶ ®ã ®· tiÕn hµnh ®¸nh gi¸ ®é bÒn mái (hÖ sè an toµn mái) cña trôc b¸nh xe ®Çu m¸y D9E ®ang sö dông trªn ®−êng s¾t ViÖt Nam trªn c¬ së lý thuyÕt ®ång d¹ng ph¸ huû mái t−¬ng ®èi [6]. Trong bµi b¸o nµy tr×nh bµy ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu vµ c¸c kÕt qu¶ ®¸nh gi¸ ®é bÒn mái (hÖ sè an toµn mái) cña khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y D9E trªn c¬ së lý thuyÕt ®ång d¹ng ph¸ huû mái t−¬ng ®èi. I I. C¬ së ®¸nh gi¸ ®é bÒn mái khung gi¸ chuyÓn h − íng ®Çu m¸y D9E theo ph − ¬ng tr×nh ®ång d¹ng ph¸ huû mái t − ¬ng ®èi 2.1. C¬ së lý thuyÕt tÝnh hÖ sè an toµn Khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y D9E võa chÞu m« men xo¾n, võa chÞu m« men uèn vµ lùc däc xµ nªn øng suÊt t¹i ®iÓm nguy hiÓm cña mÆt c¾t nguy hiÓm (D - D) thay ®æi theo chu kú
øng suÊt kh«ng ®èi xøng (r ≠ - 1) [3] vµ theo [5] víi tr−êng hîp kτ / kσ ≠ 1 (kτ / kσ
+ a’, b’ lµ nh÷ng h»ng sè míi cña vËt liÖu lµm tiÕt m¸y, ph¶n ¸nh ®Æc tr−ng cÊu tróc cña vËt liÖu vµ ®iÒu kiÖn lµm viÖc thùc tÕ cña tiÕt m¸y. + Π - ®−îc gäi lµ chØ tiªu ®ång d¹ng Π ph¸ huû mái kh«ng thø nguyªn. ý nghÜa cña Π lµ: mÉu chuÈn cña tiÕt m¸y thùc cã h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc kh¸c nhau nh−ng nÕu cã cïng trÞ sè Π th× sÏ cã cïng mét hµm ph©n phèi giíi h¹n mái khi cïng mét tr¹ng th¸i øng suÊt. C«ng thøc tÝnh to¸n chØ tiªu Π nh− sau [1]: Tr−êng hîp tiÕt m¸y chÞu uèn: ⎛ G ctu .Wmu ⎞ Πu = ⎜ ⎟, (5) ⎜ Gmu .W ⎟ ⎝ ctu ⎠ Tr−êng hîp tiÕt m¸y chÞu xo¾n: ⎛ G ctx .Wmx ⎞ Πx = ⎜ ⎟, (6) ⎜ Gmx .W ⎟ ⎝ ⎠ ctx trong ®ã: + G mu ; G mx - gra®ien t−¬ng ®èi cña øng suÊt chÞu uèn vµ xo¾n cña mÉu chuÈn tr¬n; + G ctu ; G ctx - gra®ien t−¬ng ®èi cña øng suÊt uèn vµ xo¾n cùc ®¹i cña tiÕt m¸y; + Wmu ; Wmx - m«men chèng uèn vµ xo¾n cña mÉu chuÈn tr¬n; + Wctu ; Wctx - m«men chèng uèn vµ xo¾n cña tiÕt m¸y; ChØ tiªu Π phô thuéc vµo tr¹ng th¸i øng suÊt (kÐo, nÐn, uèn, xo¾n...) còng nh− phô thuéc vµo chÝnh khÝch th−íc cña tiÕt m¸y. iii. øng dông ph−¬ng tr×nh ®ång d¹ng ph¸ huû mái t−¬ng ®èi ®Ó tÝnh hÖ sè an toμn mái cho khung gi¸ chuyÓn ®Çu m¸y D9E Qua c¸ch tÝnh to¸n ®é bÒn khung gi¸ chuyÓn ®Çu m¸y D9E ë [2], [4] ta chän mÆt c¾t D - D trªn xµ däc khung gi¸ chuyÓn lµ mÆt c¾t nguy hiÓm nhÊt v× cã Mu vµ Mx lín nhÊt, ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 1. §èi víi xµ däc khung gi¸ chuyÓn cã kÕt cÊu h×nh hép rçng vµ thay ®æi kÝch th−íc theo chiÒu däc cña xµ däc khung gi¸ chuyÓn vËy cã thÓ xem xÐt sù ®ång d¹ng vÒ n¨ng l−îng vµ vËt chÊt, trong tÝnh to¸n mái ta cã thÓ coi xµ däc khung gi¸ chuyÓn cã kÕt cÊu trô bËc rçng. VËy tÝnh ®−îc hÖ sè an toµn mái cho khung gi¸ chuyÓn theo chØ tiªu ®ång d¹ng Π nh− sau: ChuyÓn mÆt c¾t D - D thµnh h×nh vµnh kh¨n, gi÷ nguyªn chu vi ngoµi vµ trÞ sè diÖn tÝch mÆt c¾t kh«ng ®æi, vµ tÝnh ®Õn s¸t mÆt tiÕp xóc cã gèi ®ì ®µn håi, ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 2 vµ b¶ng 1.
H×nh 1. KÕt cÊu khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y D9E
MU MU T(MX) T(MX) H×nh 2. H×nh d¹ng quy ®æi dïng ®Ó tÝnh to¸n theo chØ tiªu ®ång d¹ng B¶ng 1. KÝch th−íc cña mÉu vμ khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y D9E ρ (mm) §èi t−îng D (mm) d (mm) di (mm) MÉu 17 12 0 10 Khung gi¸ chuyÓn h−íng 384 307,1 269,7 50 3.1. TÝnh chØ tiªu ®ång d¹ng Π C¸c c«ng thøc tÝnh to¸n gradien øng suÊt t−¬ng ®èi G(X ) ¸p dông tÝnh cho khung gi¸ chuyÓn h−íng theo [1] vµ ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng 2. B¶ng 2. C«ng thøc gradien øng suÊt t−¬ng ®èi Uèn Xo¾n KÝch th−íc t−¬ng ®èi 2,3 D 1,15 2 2 ≥ 1,5 Gu = + Gx= + ρ ρ d d d 2,3(1 + ϕ) D 1,15 2 2 < 1,5 Gu = + Gx= + ρ ρ d d d D−d 1 ϕ= trong ®ã: ; t= 2 t + 2) 4( ρ KÕt qu¶ tÝnh to¸n chØ tiªu Π cho khung gi¸ chuyÓn h−íng theo c¸c c«ng thøc (5) vµ (6) ®−îc cho trong b¶ng 3. B¶ng 3. TrÞ sè chØ tiªu Π cña khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y D9E Tr¹ng th¸i MÉu Khung gi¸ chuyÓn h−íng Π øng suÊt Wm ( mm3 ) Wct ( mm3 ) G m ( mm-1 ) G ct ( mm-1 ) 1,856.10-5 Uèn 172,8 0,454 1 158 509 0,0565 1,562.10-5 Xo¾n 345,6 0,2816 2 317 018 0,0295
3.2. TÝnh hÖ sè ¶nh h−ëng cña kÝch th−íc Tõ ph−¬ng tr×nh ®ång d¹ng (4) theo [1] cã thÓ tÝnh ®−îc: up .s σ ε σ = ε σ∞ + a' Π b' 10 σ up .s τ ε τ = ε τ∞ + a' Π b' 10 τ C¸c th«ng sè thµnh phÇn ®−îc x¸c ®Þnh th«ng qua kÕt qu¶ thö nghiÖm mái mÉu vËt liÖu khung gi¸ chuyÓn h−íng theo [2] ®−îc cho trong b¶ng 4. B¶ng 4. KÕt qu¶ thö nghiÖm mái mÉu vËt liÖu khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y D9E Giíi h¹n mái Chu tr×nh giíi h¹n Tû sè MÉu vËt liÖu σ −1 (kG/cm2) σ −1u / σ b Ngh ≡ N0 2.106 Khung gi¸ chuyÓn h−íng 1800 0,353 - 0,429 Theo [1] ta x¸c ®Þnh ®−îc: ε∞ = εσ.∞ = ετ.∞ = 0,5 HÖ sè ¶nh h−ëng kÝch th−íc tuyÖt ®èi cña mÆt c¾t ngang lµ tû sè giíi h¹n mái ë chu kú øng suÊt tiÕp cña mÉu cã kÝch th−íc bÊt kú vµ giíi h¹n mái cña mÉu chuÈn (do, ho = 7 ÷ 10 mm ). b’ = ξ + χk – ( 1- χ) c a’ = a’σ = a’τ = 0,5 ; ξ = 0,2515 χ = 0,5581 ; σ 0,2 σ −1 3000 c= = = 0,6522 ; k= = 0,39 σb σb 4600 Thay c¸c trÞ sè ta cã: b’σ = b’τ = 0,1809 LÊy x¸c suÊt ph¸ huû p 0 0 = 50 0 0 ⇒ Up = 0 VËy hÖ sè ¶nh h−ëng kÝch th−íc cña khung gi¸ chuyÓn h−íng ®−îc tÝnh nh− sau: ε σ = ε σ∞ + a' Π b' σ ε τ = ε τ∞ + a' Π b' τ Thay vµo c«ng thøc kÕt qu¶ tÝnh ®−îc cho trong b¶ng 5. B¶ng 5. HÖ sè ¶nh h−ëng cña kÝch th−íc εσ ετ §èi t−îng Khung gi¸ chuyÓn h−íng 0,5697 0,5675 3.3. X¸c ®Þnh hÖ sè tËp trung øng suÊt thùc tÕ HÖ sè kσ vµ kτ ®−îc x¸c ®Þnh theo h×nh P.26 vµ P.27 trong [1]. Sè 9 - 12/2004 T¹p chÝ Khoa häc Giao th«ng vËn t¶i 111
Víi: r / d = 50 / 307,1 = 0,16 D / d = 384 / 307,1 = 1,25 KÕt qu¶ cho trong b¶ng 6. B¶ng 6. HÖ sè tËp trung øng suÊt thùc tÕ §èi t−îng kσ kτ Khung gi¸ chuyÓn h−íng 1,52 1,25 3.4. X¸c ®Þnh hÖ sè ¶nh h−ëng cña vËt liÖu KÕt qu¶ thö nghiÖm mÉu vËt liÖu khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y D9E ®èi víi xµ däc t−¬ng ®−¬ng thÐp ®óc m¸c SC 42 theo JIS G5101[2], [4]. VËy gi¸ trÞ hÖ sè ¶nh h−ëng cña vËt liÖu [1] cho trong b¶ng 7. B¶ng 7. HÖ sè ¶nh h−ëng cña vËt liÖu ψσ ψτ σ ψτ ψστ VËt liÖu ThÐp ®óc m¸c SC 42 0,15 0,14 0,1 0,16 3.5. HÖ sè an toµn mái cña khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y D9E X¸c ®Þnh gi¸ trÞ øng suÊt trung b×nh , øng suÊt biªn ®é [5] trªn c¬ së tõ c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n hÖ sè ®éng [2] thay vµo c¸c c«ng thøc (1), (2) vµ (3) tÝnh ®−îc hÖ sè an toµn mái thµnh phÇn vµ toµn phÇn cña khung gi¸ chuyÓn h−íng. KÕt qu¶ tÝnh to¸n cho trong b¶ng 8. B¶ng 8. KÕt qu¶ tÝnh hÖ sè an toμn mái khung gi¸ chuyÓn h−íng HÖ sè an toµn HÖ sè an toµn HÖ sè an toµn øng suÊt trung øng suÊt biªn øng suÊt ph¸p øng suÊt tiÕp mái toµn phÇn b×nh (KG/cm2) ®é (KG/cm2) σm τm σa τa s sσ sτ 546 58 114,66 12,18 4,5 8,2 2,8 Theo [1] trang 187 t×m ®−îc [s] = 1,2 - 1,5. Trong tr−êng hîp nµy, khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y D9E cã hÖ sè an toµn mái lín h¬n hÖ sè an toµn mái cho phÐp. Nh− vËy cã thÓ kÕt luËn khung gi¸ chuyÓn h−íng ®¶m b¶o ®é bÒn mái. iv. Sö dông phÇn mÒm tÝnh to¸n Sö dông phÇn mÒm MDT 6.0, viÖc tÝnh to¸n ®−îc tiÕn hµnh theo ISO(DIN743), nhËp sè liÖu theo tr×nh tù: - NhËp kÝch th−íc; - NhËp ®Æc tr−ng c¬ tÝnh vËt liÖu; - NhËp t¶i träng vµ øng suÊt;
- NhËp c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng tíi ®é bÒn. ViÖc nhËp c¸c sè liÖu ®−îc minh ho¹ nh− h×nh 3 vµ h×nh 4. H×nh 3. KÝch th−íc h×nh häc quy ®æi dïng ®Ó tÝnh to¸n theo chØ tiªu ®ång d¹ng H×nh 4. TÝnh to¸n hÖ sè an toμn mái theo phÇn mÒm MDT6.0 KÕt qu¶ tÝnh to¸n ®é bÒn mái nh− sau: - Sù thay ®æi cña chu kú øng suÊt; Sè 9 - 12/2004 T¹p chÝ Khoa häc Giao th«ng vËn t¶i 113
- D¸ng ®iÖu cña øng suÊt lín nhÊt, nhá nhÊt vµ biªn ®é øng suÊt… ®−îc chØ ra trªn h×nh 4; HÖ sè an toµn mái tÝnh theo phÇn mÒm MDT 6.0 lµ: s = 2,677; HÖ sè an toµn mái tÝnh theo chØ tiªu Π lµ: s = 2,8. VËy sai sè t−¬ng ®èi cña hÖ sè an toµn mái gi÷a c¸ch tÝnh theo chØ tiªu Π vµ tÝnh theo phÇn mÒm MDT 6.0 lµ: 2,8 − 2,677 δ= = 0,044 2,8 Tøc lµ δ = 4,4%. NÕu chÊp nhËn sai sè nµy, th× viÖc tÝnh to¸n ®é bÒn mái cña khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y theo chØ tiªu Π vµ tÝnh theo phÇn mÒm MDT 6.0 lµ t−¬ng ®−¬ng nhau. v. KÕt luËn Theo ph−¬ng ph¸p ®ång d¹ng ph¸p huû mái cã sö dông kÕt qu¶ thÝ nghiÖm mái cña mÉu ®· x¸c ®Þnh ®−îc ®é bÒn mái cã tÝnh ®Õn ®Æc tr−ng ®é nh¹y cña vËt liÖu, sù tËp trung øng suÊt, yÕu tè kÝch th−íc nªn kÕt qu¶ tá ra chÝnh x¸c vµ hîp lý, vµ cã thÓ tÝnh cho c¸c bé phËn, kÕt cÊu kh¸c trªn ®Çu m¸y. Qua kÕt qu¶ nghiªn cøu vµ tÝnh to¸n thÊy r»ng ®é bÒn mái cña vËt liÖu vµ kÕt cÊu cña khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y D9E lín h¬n giíi h¹n cho phÐp, ®iÒu Êy cho phÐp cã thÓ tiÕn hµnh kh«i phôc hoÆc c¶i t¹o, n©ng cÊp chÊt l−îng khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Ó tiÕp tôc khai th¸c vµ sö dông. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. Ng« V¨n QuyÕt. C¬ së lý thuyÕt mái. NXB "Gi¸o dôc". Hµ Néi, 2000. [2]. §ç §øc TuÊn. Nghiªn cøu, thö nghiÖm ®¸nh gi¸ ®é bÒn gi¸ xe vµ gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y D9E vËn dông trªn ®−êng s¾t ViÖt Nam. §Ò tµi NCKH cÊp Bé, m· sè B2000 – 35 - 106T§. Hµ Néi, 2001. [3]. Ng« V¨n QuyÕt, TrÇn Xu©n Kh¸i. Ph−¬ng ph¸p míi tÝnh ®é bÒn mái cña b¸n trôc cÇu sau « t«. TuyÓn tËp C«ng tr×nh khoa häc Héi nghÞ C¬ häc toµn quèc lÇn thø VII, 18 - 20/12/2002 - TËp III, C¬ häc vËt r¾n biÕn d¹ng, trang 488. NXB "§¹i häc Quèc gia Hµ Néi", 2002. [4]. §ç §øc TuÊn. Nghiªn cøu ®¸nh gi¸ ®é bÒn mái kÕt cÊu khung gi¸ chuyÓn h−íng ®Çu m¸y D9E sö dông trªn ®−êng s¾t ViÖt Nam. TuyÓn tËp C«ng tr×nh khoa häc Héi nghÞ C¬ häc toµn quèc lÇn thø VII, 18 - 20/12/2002. TËp III, C¬ häc vËt r¾n biÕn d¹ng, trang 640. NXB "§¹i häc Quèc gia Hµ Néi", 2002. [5]. Ph¹m Lª TiÕn. Nghiªn cøu ®¸nh gi¸ ®é bÒn mái trôc b¸nh xe ®Çu m¸y D9E trªn c¬ së lý thuyÕt ®ång d¹ng ph¸ huû mái. LuËn ¸n cao häc. Hµ Néi, 2003. [ 6]. § ç §øc TuÊn, Ng« V¨n QuyÕt, Ph¹m Lª TiÕn. N ghiªn cøu ®¸nh gi¸ ®é bÒn mái trôc b¸nh xe ®Çu m¸y D9E trªn c¬ së lý thuyÕt ®ång d¹ng ph¸ huû mái. T¹p chÝ Khoa häc Giao th«ng VËn t¶i, sè 7/2004. Hµ Néi, 2004♦