Improving the Quality of Manufacturing of Locomotive Body Frames

Authors

  • B. A. Gupalov

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2022-1-62-76

Keywords:

electric locomotive body frame, internal stresses, accuracy parameters, straightening by local heating, vibration straightening, welded structure

Abstract

The paper describes the process of manufacturing the frame of locomotive bodies, which is a complex step-by-step process of assembling (welding) elements. It has been established that internal stresses cause welding deformations, while the deviation from the straightness of the sidewalls of the electric locomotives body frames of 2ES6, 2ES10, 2ES7 series (manufactured by Ural Locomotives LLC) can reach up to 25 mm with a tolerance of 5 mm. The results of internal stress analysis for linear displacements of 25 mm sidewalls showed that the maximum stress values can reach up to 45 MPa. To improve the accuracy of parameters, the operation of straightening by local heating is introduced into the body frame manufacturing technology. The paper describes the main characteristics of the existing straightening technology in production, shows the main disadvantages. Studies of technical solutions for straightening methods have been carried out. The results show that there are ample opportunities to replace thermal straightening with mechanized vibrational processing, which reduces residual stresses in the product material. The efficiency of vibration treatment largely depends on the selected mode parameters: frequency, amplitude, duration of vibration exposure, as well as the optimal frame vibration treatment scheme. The paper proposes an original scheme for straightening the body frame of electric locomotives in production environment. It is indicated that in order to minimize the forces of static bending, it is necessary to suspend the frame under constraints and move the vibrator(-s) along the length of the frame, dividing it into approximately 3 equal parts. To work out the straightening technology, it is proposed to use PXI Platform equipment with the LabVIEW application. The cost of the straightening operation can be reduced by at least 20%, which will affect the cost of the electric locomotive as a whole.

Author Biography

B. A. Gupalov,

Novouralsk Institute of Technology, branch of the National Research Nuclear University MEPhI

References

Щербицкая Т. В., Калиева С. Т., Иванов В. В. Оценка надежности подвижного состава железнодорожного транспорта // Наука и образование транспорту. 2019. № 1. С. 119-120.

Безопасная эксплуатация локомотивов по ресурсу их базовых частей / Э. С. Оганьян, Г. М. Волохов, А. С. Гасюк, Д. М. Фазлиахметов, Е. В. Муравлев // Безопасность труда в промышленности. 2017. № 6. С. 54-58. DOI: 10.24000/0409-2961-2017-6-54-58.

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.

Гучинский Р. В. Оптимизация конструкции кузова вагона электропоезда по значению частоты собственных колебаний // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2021. Т. 80, № 3. С. 152-159. DOI: https://dx.doi.org/10.21780/2223-9731-2021-80-3-152-159.

Гучинский Р. В., Петинов С. В. Предварительный расчет частоты собственных изгибных колебаний кузовов вагонов электропоездов // Вестник института проблем естественных монополий: Техника железных дорог. 2019. № 2 (46). С. 50-57.

Сотников Д. Н., Котловцева Е. Ю., Корнеев П. С. Основные приспособления и оборудование для автоматизированной сборки - сварки баков // Международный научно-исследовательский журнал. 2019. № 12-1 (90). С. 96-103. DOI: 10.23670/IRJ.2019.90. 12.020.

Теоретико-практический базис правки деформированных вагоноконструкций термическим влиянием / А. В. Фомин, А. А. Логвиненко, А. В. Бурлуцкий, А. Н. Фомина // Наука и прогресс транспорту. 2018. № 6 (78). С. 155-164. DOI: 10.15802/stp2018/ 154830.

Киселев Е. С., Благовский О. В. Управление формированием остаточных напряжений при изготовлении ответственных деталей : монография. Санкт-Петербург : Лань, 2020. 140 с. ISBN 978-5-8114-2740-6.

Стрельников И. В., Пономарев К. Е. К вопросу применения вибрационной обработки сварных конструкций космических аппаратов для повышения точности и размерной стабильности. Обзор // Вестник НПО имени С. А. Лавочкина. 2017. № 4 (38). С. 89-95.

Лебедев В. А., Белозеров М. А. Применение вибрационной стабилизирующей обработки для повышения качества деталей летательных аппаратов // Актуальные проблемы в машиностроении. 2020. Т. 7, № 3-4. С. 39-43.

Набиуллин У. М. Вибрационная обработка сварных конструкций // Наука и образование: проблемы и стратегии развития. 2019. № 1 (5). С. 90-93.

Wang Y., Kramer M. S. Stress relief of mechanically roughened cylinder bores for reduced cracking tendency. Pat. No. US 9863030 B2. 2018.

Antonyuk V. E. Dynamic stabilization in the production of low-rigid parts. Minsk, Belarusian science Publ., 2017, 191 p. ISBN 978-985-08-2174-4

Jaroszewicz J., Lukaszewicz K., Antonyuk V. Design of vibrostabilisation stand for reducing gresidualstressesin disk used in the construction of multi-plate clutches and brakes. Acta mecanika et automatica, 2019, vol. 13, no. 1, pp. 37-44.

Бобровский А. В., Драчев О. И. Новая технология осевой горячей правки валов растяжением // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2019. № 9 (232). С. 11-15.

Зайдес С. А., Лэ Х. К. Оценка качества правки цилиндрических деталей поперечной обкаткой гладкими плитами // Вестник машиностроения. 2020. № 6. С. 72-76. DOI: 10.36652/0042-4633-2020-6-72-76.

Патент на изобретение РФ № 2610195. Способ стабилизации формы и размеров корпусов судов, построенных каркасным методом / А. А. Васильев, В. М. Левшаков, В. С. Михайлов. 2017.

Zhao X., Zhang N., Wang A. Modeling and Simulation Technology of High Frequency Vibratory Stress Relief Treatment for Complex Thin - Walled Workpiece. MATEC Web of Conferences - ICCEMS, 2018, vol. 206, pp. 1-6.

Korolev A. V., Balaev A. F., Korolev A. A. Experimental Study of the Effectiveness of the Vibromechanical Stabilization of Bearing Rings. Solid State Phenomena, 2018, vol. 284, pp. 1327-1331.

Zhao X., Zhang N., Wang A. Modeling and Simulation Technology of High Frequency Vibratory Stress Relief Treatment for Complex Thin -Walled Workpiece. MATEC Web of Conferences, 2018, vol. 206, p. 04001. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/201820604001.

Published

02.06.2022

How to Cite

Gupalov Б. А. (2022). Improving the Quality of Manufacturing of Locomotive Body Frames. Vestnik IzhGTU Imeni M.T. Kalashnikova, 25(1), 62–76. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2022-1-62-76

Issue

Section

Articles