Modal analysis and validation of the traction motor frame model NB-514B of the 2(3)ES5K electric locomotive
Keywords:
traction motor NB-514, natural vibrations, modal analysis, finite element method, modelling, model buildingAbstract
This study presents the numerical modeling of shell vibrations using the traction motor frame NB-514 and cylindrical tanks as reference objects. A convergence analysis of the modeled vibrations was performed by comparing them with physical experiments. Special attention is paid to the mesh convergence and its critical impact on the accuracy of determining the fundamental mode frequency. The study has shown that achieving satisfactory convergence of modeling results requires reliable boundary conditions and the use of a finite element mesh with a step size not exceeding 3–5 times the wall thickness of the shell. Compliance with these conditions significantly reduces the modeling error of the fundamental frequency, bringing it down to approximately 10 % relative to experimental data. The results confirm the high efficiency and broad applicability of the finite element method for the numerical analysis of complex structures. This also represents an important step toward the development of digital twins of engineering products. The proposed methodology significantly reduces the need for physical testing and greatly improves the accuracy of equipment performance prediction. The work advances modern and innovative approaches to the study, design, and reliability improvement of locomotive electrical equipment, making it highly relevant for modern locomotive engineering and opening up new opportunities for integrating numerical simulation into the design and operational practices of traction rolling stock.
References
Об утверждении Стратегии развития транспортного машиностроения Российской Федерации на период до 2030 года : распоряжение Правительства Рос. Федерации от 17.08.2017 № 1756-р (ред. 13.10.2022). Доступ из справ.-правов. системы Кон-сультантПлюс в локал. сети.
Об утверждении паспорта инвестиционного проекта «Модернизация железнодорожной инфраструктуры Байкало-Амурской и Транссибирской железнодорожных магистралей с развитием пропускных и провозных способностей (второй этап)» : распоряжение Правительства Рос. Федерации от 28.04.2021 г. № 1100-р (ред. 04.05.2023). Доступ из справ.-правов. системы КонсультантПлюс в локал. сети.
ГОСТ Р 57700.37-2021 Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения. Введ. 2022–01–01. М. : Рос. ин-т стандартизации, 2021. 14 с.
Математическое моделирование механических напряжений, возникающих при неравномерном нагреве остова тягового электродвигателя НБ-514 / А.Ю. Портной, О.В. Мельниченко, К.П. Селедцов и др. // Молодая наука Сибири. 2021. № 1 (11). С. 90–100.
Портной А.Ю., Селедцов К.П., Мельниченко О.В. Математическое моделирование механических напряжений, возникающих при неравномерном нагреве остова тягового электродвигателя НБ-514 и совершенствование его конструкции // Известия Транссиба. 2021. № 2 (46). С. 13–23.
Заболотный В.В. Совершенствование оценки весовой нормы поезда с использованием уточненной модели нагревания тягового электродвигателя : дис. … канд. техн. наук. Хабаровск, 2024. 172 с.
An estimation of mechanical stresses in the stator of the NB-514 motor of an electric locomotive / O. Mel’nichenko, A. Portnoi, P. Grigorenko et al. // Territory Development and Sustainability : XIV International Conference on Transport Infrastructure (TITDS-XIV-2023). Bukhara, 2023. Vol. 471. DOI 10.1051/e3sconf/202447102007.
О вибрации колесно-моторного блока вследствие взаимодействия колеса с рельсом и работы зубчатой передачи электровоза 3ЭС5К в условиях горно-перевального участка / А.Ю. Портной, О.В. Мельниченко, К.П. Селедцов и др. // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. 2020. Т. 24. № 3. С. 527–547.
Андриевский А.Г., Москвичев В.В., Чабан Е.А. Расчетно-экспериментальное определение динамических характеристик кожуха тяговой зубчатой передачи электровоза // Известия Транссиба. 2020. № 3 (43). С. 47–57.
Некоторые вопросы статического анализа собственной корпусной вибрации элементов колесно-моторных блоков (КМБ) локомотивов для целей диагностики / З.Г. Гиоев, Д.А. Наумов, В.И. Гончаренко и др. // Повышение качества и надежности машин : межвуз. сб. науч. тр. Ростов-на-Дону, 1994. С. 129–134.
Каменев С.В. Основы метода конечных элементов в инженерных приложениях. Оренбург : ОГУ, 2019. 110 с.
Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М. : Мир, 1975. 541 с.
Секулович М. Метод конечных элементов. М. : Стройиздат, 1993. 660 с.
Ашейчик А.А., Полонский В.Л. Расчет деталей машин методом конечных элементов. СПб : СПбПУ, 2016. 242 с.
Рычков С.П. Моделирование конструкций в среде Femap with NX Nastran. М. : ДМК Пресс, 2013. 784 с.
Рычков С.П. MSC.visual NASTRAN для Windows. М. : НТ Пресс, 2004. 552 с.
Шимкович Д.Г. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows. М. : ДМК Пресс, 2003. 446 с.
Электровоз магистральный 2ЭС5К (3ЭС5К): руководство по эксплуатации (в 2 т.). Новочеркасск : НЭВЗ, 2007. Т. 1. 635 с. Т. 2. 640 с.
Электровоз ВЛ-85 : руководство по эксплуатации / Б.А. Тушканов, Н.Г. Пушкарев, Л.А. Позднякова и др. М. : Маршрут, 1992. 480 с.
Руководство по эксплуатации БЛИЖ.401250.001 РЭ. Комплексы измерительно-вычислительные MIC. Мытищи : Мера, 2016. 144 с.
Руководство по эксплуатации на датчик АБКЖ.433642.019.РЭ. Вибропреобразователь АР2038. Руководство по эксплуатации. М. : ООО «ГлобалТест», Б.г.
Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПб. : Питер, 2003. 604 с.