SELECTION OF CONSTRUCTIVE SOLUTIONS OF CAR ELEMENTS WITH SMALL EMPTY WEIGHT

Y. P. Boronenko, I. O. Filippova

Abstract


Purpose. The work is aimed to identify the reasons for the significantly higher coefficient of the empty weight of 1520 mm gauge cars in comparison with the freight cars in North America and to give recommendations for reducing the empty weight of freight cars. Methodology. As a methodology, a comparative evaluation of the strength, durability and stability of the minimum weight bearing structure made of various materials using the "space 1520" standards is applied. Findings. The authors found that with the use of high-strength steels the product weight can be reduced by a factor of five in comparison with the beam of steel 09G2S. If there is a welded joint in the construction, the weight of the structure will increase approximately by 2 times when calculated according to the "Norms for calculating and designing railroad cars of the Ministry of Railways of Russia, gauge 1520 mm (non-self-propelled)". And during calculations according to State Standard 33211-2013 "Freight cars. Requirements for strength and dynamic qualities" the weight increases almost 5 times and does not depend on the type of steel. Originality. It is revealed that the main criterion determining the empty weight of modern cars is the fatigue strength of the welded joint. It is shown that State Standard 33211-2013 and "Recommendations of the International Welding Institute" designate low endurance limits for high-strength steels and it is impossible to achieve the weight reduction if one adheres these recommendations. Practical value. The direction of actions to find the ways reducing empty weight of cars was developed: conditions for strength of welded joints of cars made of high-strength materials have been experimentally refined; methods for increasing the endurance of welded joints were developed; other types of connections are assumed.

Keywords


car weight; high-strength steel; welded constructions; freight car; strength

References


Birger, I. A., Shorr, B. F., & Iosilevich, G. B. (1993). Raschet na prochnost detaley mashin: spravochnik (4th ed.). Moskow: Mashinostroeniye.

Bityutskiy, A. A. (2008). Puti povysheniya effektivnosti gruzovykh vagonov, vypuskaemykh rossiyskimi vagonostroitelnymi predpriyatiyami. Tyazheloye mashinostroeniye, 2, 29-33.

Boronenko, Y. V. (2013). Car-builders’ strategic tasks in development of heavy-weight rail traffic. Transport Rossiyskoy Federatsii, 5(48), 68-73.

Freight wagons. Requirements to structural strength and dynamic qualities, GOST 33211-2014 (2014).

Konyukhov, A. D., Yefimov, V. P., & Demin, K. P. (2006). Vysokoprochnyye stali i splavy dlya kuzovov gruzovykh vagonov. Tyazheloye mashinostroeniye, 12, 31-34.

Makhnenko V. I. (2003). Improvement of methods for evaluating residual life of welded joints in durable structures. Avtomaticheskaya Svarka, 10/11, 112-121.

All-Soviet Union Research Institute of Railway Transport. (1996). Normy dlya rascheta i proyektirovaniya vagonov zheleznykh dorog MPS kolei 1520 mm (nesamokhodnykh). Moscow: GosNIIV-VNIIZhT.

Ministry of Railways of the Russian Federation. (2001). Obshchiye tekhnicheskiye trebovaniya k gruzovym vagonam novogo pokoleniya. Moscow: MPS RF.

Vakulenko, I. O., Perkov, O. N., Knapinski, M., & Bolotova, D. M. (2014). Estimation of irreversible damageability at fatigue of carbon steel. Science and Transport Progress, 3(51), 65-74. doi: 10.15802/stp2014/25822

Makhnenko, O. V., Saprykina, G. Y., Mirzov, I. V., & Pustovoj, A. D. (2014). Prospects for development of load-carrying elements of freight car bogie. The Paton Welding Journal, 3, 33-38. doi 10.15407/tpwj2014.03.06

Lobanov, L. M., Makhnenko, O. V., Saprykina, G. Y., & Pustovoj, A. D. (2014). Fatigue calculation for welded joints of bearing elements of freight car bogie. The Paton Welding Journal, 10, 30-34. doi: 10.15407/tpwj2014.10.06

Silvennoynen, S. (2000). Rautaruukki. Metalloproduktsiya: spravochnik proektirovshchika. Otava: Keuruu.

Sokolov, A. M., Orlova, A. M. (2016). Osevaya nagruzka 27 ts – novaya vekha razvitiya vagonostroeniya. Vagony i vagonnoye khozyaystvo, 3(47), 5-7.

Khilov, I. A. (2010). Obosnovaniye vozmozhnosti primeneniya vysokoprochnykh marok staley v konstruktsii vagonov, ekspluatiruemykh na rossiyskikh zheleznykh dorogakh. Tyazheloye mashinostroeniye, 7, 36-39.

Barrow, K. (2015). Pilbara’s heavyweight champion flexes its muscles. International Railway Journal, 11, 20-24. Retrieved from http://www.railjournal.com/index.php/australia-nz/pilbaras-heavyweight-champion-flexes-its-muscles.html?channel=000

Hobbacher, A. (2016). Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components. Springer International Publishing. doi 10.1007/978-3-319-23757-2


GOST Style Citations


  1. Биргер, И. А. Расчет на прочность деталей машин : справочник / И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Г. Б. Иосилевич. – 4-е изд., перераб. и доп. – Москва : Машиностроение, 1993. – 640 с.
  2. Битюцкий, А. А. Пути повышения эффективности грузовых вагонов, выпускаемых российскими вагоностроительными предприятиями / А. А. Битюцкий // Тяжелое машиностроение. – 2008. – № 2. – С. 29–33.
  3. Бороненко, Ю. П. Стратегические задачи вагоностроителей в развитии тяжеловесного движения / Ю. П. Бороненко // Транспорт Рос. Федерации. – 2013. – № 5 (48). – С. 68–73.
  4. ГОСТ 33211-2014. Вагоны грузовые. Требования к прочности и динамическим качествам. – Москва : Стандартинформ, 2014. – 54 с.
  5. Конюхов, А. Д. Высокопрочные стали и сплавы для кузовов грузовых вагонов / А. Д. Конюхов, В. П. Ефимов, К. П. Демин // Тяжелое машиностроение. – 2006. – № 12. – С. 31–34.
  6. Махненко, В. И. Совершенствование методов оценки остаточного ресурса сварных соединений конструкций длительного срока эксплуатации / В. И. Махненко // Автоматическая сварка. – 2003. – № 10/11. – С. 112–121.
  7. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС России колеи 1520 мм (несамоходных). – Москва : ГосНИИВ : ВНИИЖТ, 1996. – 208 с.
  8. Общие технические требования к грузовым вагонам нового поколения. – Москва : МПС РФ, 2001. – 25 с.
  9. Оценка необратимой повреждаемости при усталости углеродной стали / И. А. Вакуленко, О. М. Перков, М. Кнапински, М. Болотова // Наука та прогрес транспорту. – 2014. – № 3 (51). – С. 65–74. doi: 10.15802/stp2014/25822.
  10. Перспективы создания сварных конструкций несущих элементов тележки грузового вагона / О. В. Махненко, Г. Ю. Сапрыкина, И. В. Мирзов, А. Д. Пустовой // Автоматическая сварка. – 2014. – № 3. – С. 36–42.
  11. Расчет на усталость сварных соединений несущих элементов тележки грузового вагона / Л. М. Лобанов, О. В. Махненко, Г. Ю. Сапрыкина, А. Д. Пустовой // Автоматическая сварка. – 2014. – № 10. – С. 32–36.
  12. Сильвеннойнен, С. Металлопродукция : справ. проектировщика / С. Сильвеннойнен : Раутаруукки. – Otava : Keuruu, 2000. – 317 с.
  13. Соколов, А. М. Осевая нагрузка 27 тс – новая веха развития вагоностроения / А. М. Соколов, А. М. Орлова // Вагоны и вагонное хозяйство. – 2016. – № 3 (47). – С. 5–7.
  14. Хилов, И. А. Обоснование возможности применения высокопрочных марок сталей в конструкции вагонов, эксплуатируемых на российских железных дорогах / И. А. Хилов // Тяжелое машиностроение. – 2010. – № 7. – С. 36–39.
  15. Barrow, K. Fortescue Railway – лидер тяжеловесного движения : материалы компании Fortescue Metals Group [Электронный ресурс] / K. Barrow // Intern. Railway J. – 2016. – No. 11. – С. 20–24. – Режим доступа: http://www.railjournal.com/index.php/australia-nz/pilbaras-heavyweight-champion-flexes-its-muscles.html?channel=000. – Загл. с экрана. – Проверено : 01.06.2017.
  16. Hobbacher, A. Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components / A. Hobbacher ; IIW International Institute of Welding. – Cham : Springer International Publishing AG, 2016. – 143 р.


DOI: https://doi.org/10.15802/stp2017/104546

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)