Tribotechnické listy

 

 

Vplyv kontaktu na rozloženie napätí v ložiskovom domci

Ložiskový domec (ďalej LD) je masívne priestorové teleso obojstranne uložené na nápravách podvozkov koľajového vozňa obr.1 LD plní jednak funkciu tlmenia a taktiež funkciu prenosu dynamických síl z nápravy železničného vozňa cez klasické vinuté, symetrický uložené pružiny do podvozka vozňa. Zabezpečuje tiež funkčné spojenie podvozka s rámom vozňa.

 

Pomerne mohutné teleso ložiskovej skrine sa skladá z masívnej strednej valcovej časti slúžiacej pre uloženie osových valčekových ložísk. Stredná časť je spojito prepojená s obojstrannými symetrickými konzolami, ktoré majú funkciu nosičov vinutých pružín. Je to tvarovo zložité teleso, ktoré je v prevádzke vystavené zaťaženiu extrémnými meniacim sa dynamickými silámi. Pre zabezpečenie prevádzkovej spoľahlivosti a požadovanej životnosti sú na ložiskových domcoch vykonávané, v zmysle medzinárodnej normy UIC, pred zahájením do sériovej výroby, náročné pevnostné výpočty, laboratórne skúšky a merania od statických zaťažení, zaťažení kvázistatickými silami ako i dynamickými silami do stanovenej životnosti LD sú dimenzované na základe pevnostného výpočtu MKP pre pevne určené zaťažujúce stavy podvozkov predpísané kódom UIC. Pre modelovanie uloženia ložiska v ložiskom domci aplikáciou metódy konečných prvkov môžeme použiť viacero možných postupov.


Lineárna bezkontaktná analýza
Kvôli skráteniu výpočtového času na spracovanie a realizáciu pevnostných výpočtov nahradzujeme pôsobenie a tuhosť ložiska v ložiskovom domci aplikovaním okrajových podmienok. V tomto prípade sa nasieťovaný výpočtový model počíta ako lineárna úloha so statickými okrajovými podmienkami Pre takýto model nie je uvažované s trením medzi ložiskom a ložiskovým domcom a samozrejme nie je uvažované ani s poddajnosťou samotného ložiska. Prenos zaťaženia cez ložisko je simulovaný tuhým uložením tak, že do konkrétnych uzlov ložiskového domca, ktoré sa nachádzajú v oblasti stykových plôch zavedieme podmienku odobratia stupňov voľnosti s požiadavkou, aby radiálne uloženie (obr.2 A,B,C), zabezpečilo nepoddajnú valcovitosť. Statické deformácie v tangenciálnom smere sú taktiež zablokované. Tretí smer voľnosti t.j axiálny smer (obr.2), sa fixuje podľa potreby na základe zaťaženia domca pri uplatnení axiálnych dorazov od rázsochy.

 

Nelineárna kontaktná analýza
Táto analýza je náročnejšia či už z hľadiska výpočtového času, hardvérového vybavenia, a vyžaduje určité teoretické znalosti z kontaktnej problematiky.

 

Obr 1. Uloženie nápravy s ložiskom do ložiskovového domca osobných železničných vagónov

 

Preto je rozumné zvážiť dôležitosť aplikácie kontaktu, prípadne používať jednoduchšie riešenia. Definícia kontaktu pozostáva z dvoch hlavných tried:
· Tuhý - pružný kontakt: definovaný medzi telesami ktoré majú veľký rozdiel tuhostí
· Pružný - pružný kontakt: definovaný medzi telesami ktoré majú približne rovnakú tuhosť
Kontakt medzi ložiskom a ložiskovým domcom si vyžaduje použiť pružný - pružný kontakt. Tento kontakt je definovaný ako surface to surface (plocha na plochu). Na tieto styčné plochy sú aplikované kontaktné elementy s predpísanými parametrami (obr.4), ktoré určujú reálne vlastnosti kontaktu. Tento kontaktný pár je pružný v dôsledku čoho v jeho stykových plochách na základe poddajnosti kontaktných telies je čiastočne porušená valcovitosť, čo sa prejaví na priebehu mechanickej napätosti v týchto telesách. Preto sú dané výsledky v konečnom dôsledku reálnejšie.

 

Obr 3. Symetrická časť telesa ložiskového domca Obr.4 Oblasť kontaktu medzi ložiskom a domcom

 

Porovnanie výsledkov použitých analýz
Na priebehoch mechanických napätí je na prvý pohľad zrejmý značný rozdiel. Tento rozdiel je badateľný hlavne v oblasti uloženia ložiska v ložiskovom domci. Pri lineárnej analýze (obr. 5),nedochádza k reálnym posunutiam v oblasti prechodu ložiska do telesa domca čo spôsobuje, že napätie na týchto plochách je minimálne. Ako už bolo popísané v kontaktnej analýze dochádza k pružným deformáciám kontaktných párov (obr. 6), a teda vzniká priebeh napätia ktorý sa približuje skutočnosti. V konečnom dôsledku vznik posunutí v oblasti kontaktu má za následok ovplyvnenie celkových posunutí a tým nárast napätí až 10 až 30% MPa oproti lineárnej analýze.

 

Obr.5 Lineárna analýza mechanického napätia Obr.6 Nelineárna analýza mechanického napätia

 

Záver
Predložený príspevok rieši problém praktickej úlohy zistenia napätosti telesa ložiskového domca počítaného metódou konečných prvkov ako typ lineárnej a nelineárnej úlohy s kontaktom. Predloženým článkom si nekladieme ciele komplexne riešiť problematiku kontaktu pri výpočtoch ložiskových domcov. Pre praktické úlohy je ale potrebné zvážiť stratégiu riešenia či výpočty lineárne resp. nelineárne? Treba si uvedomiť to, že nelineárne výpočty sú podstatne náročnejšie na teoretickú zdatnosť výpočtára, modelovanie vstupov a podmienok do výpočtu i samotnej dĺžky výpočtového času, čo môže byť limitujúci faktor. Taktiež hľadanie vstupných údajov pre nelineárny výpočet, správne modelovanie kontaktných oblasti býva niekedy cieľ veľmi náročný a niekedy i neuskutočniteľný, tiež vyžaduje určité skúsenosti pri ladení výpočtu Preto je potrebné, na základe našich skúsenosti, zdôrazniť že pokiaľ vstupy do výpočtu nie sú jasne definované, prípadne experimentom verifikované zásadne odporúčame riešiť úlohy ako typ lineárny výpočet.

 

 

Text: Ing. Slavomír Hrček, PhD, Ing. Róbert Kohár, PhD,
Ing.Dušan Chromík, PhD, Ing.Juraj Mikušík,
Ing.Ján Palkech, Ing. Ján Schmidt




Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
1 + 9 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd