Новости дня

Мероприятия

Задать вопрос участникам круглого стола
Закрыть
Вопрос участнику
Защита от автоматического заполнения   Введите символы с картинки*

Анализ экспериментальных исследований вагонов-хопперов и корректировка конструкции

Машиностроение | Суббота | 02.12.2017 | 12:02
 | Машиностроение
НПК ОВК
При создании специализированных саморазгружающихся вагонов нового поколения для перевозки сыпучих грузов чрезвычайно важной становится проблема совершенствования методов выбора рациональных параметров вагонов данного типа, поскольку выбор данных параметров существенно влияет на различные показатели, такие как динамические качества и прочность элементов  металлоконструкции вагона.

savu.jpg
Юлия Савушкина, кандидат экономических наук, вице-президент по науке НП «Объединение предприятий сталелитейной промышленности»

Вопросам анализа нагруженности несущих элементов кузов вагонов-хопперов посвящены труды многих  ученых. Разработан алгоритм выбора параметров металлоконструкции вагонов-хопперов на основе блочно-модульного принципа. Однако из приведенного алгоритма неясно, по каким принципам формируется концепция конструктивной схемы кузова, какие модули являются основными и как они влияют на другие узлы кузова, а также как учитывается жесткость узлов стыковки модулей при рассмотрении расчетной схемы отдельного узла.

Методика больше адаптирована для анализа нагруженности конструкции и выбора параметров элементов уже существующих конструктивных схем. Представленный анализ подтверждает, что вопрос выбора параметров элементов кузова вагона с точки зрения их нагруженности на этапе предпроектных исследований недостаточно изучен. Выбор параметров такой сложной системы как кузов бункерного вагона связан с большим количеством оптимизируемых параметров. Количество их может достигать нескольких тысяч. Практическое решение данной задачи по такому числу оптимизируемых параметрам весьма трудоемко.

Одним из подходов, используемым при решении данного вопроса является проведение экспериментальных исследований, которое позволяет натурно определить неизвестные показатели. Рассмотрим применение данного подхода на примере экспериментальных исследований прочности вагона-хоппера для зерна модели 19-9549-04, которые были проведены в рамках ходовых динамико-прочностных испытаний.

Целью ходовых динамико-прочностных испытаний являлось экспериментальное определение основных показателей динамических качеств вагона и коэффициентов запаса усталостной прочности элементов металлоконструкции вагона на основании экспериментальных данных по нагруженности и проверка соответствия указанных показателей требованиям ГОСТ 33211, «Норм для расчета и проектирования вагонов железных дорог колеи 1520 мм (несамоходных)», 1996 г.

Ходовым динамико-прочностным испытаниям подвергали образец вагона-хоппера (рисунок 1) для зерна модели 19-9549-04, разработанный ООО «ВНИЦТТ», изготовленный АО «ТВСЗ».

Для измерения деформаций использовались тензорезисторы проволочные приклеиваемые ПКС-8, а для их регистрации – усилитель измерительный QuantumX. Испытания проводили на железнодорожных путях скоростного испытательного полигона в  г. Белореченск в естественных климатических условиях.
 
ris21.jpg

Рисунок 1. Общий вид вагона


Испытания проводили в составе сцепа, составленного из локомотива ЭП1М и локомотива ЧС4т, расположенных в голове и хвосте состава, вагона-хоппера модели 19-9549-04, вагона-лаборатории. Поездки осуществлялись методом «челнока» по измерительным участкам пути.

Общий вид опытного сцепа представлен на рисунке 2.

ris22.jpg
Рисунок 2. Фотография опытного сцепа при проведении испытаний

Измерения динамических параметров и напряжений в элементах конструкции вагона проводили:
• на прямых участках пути в диапазоне допускаемых эксплуатационных скоростей от 50 до 132 км/ч с интервалом 10 км/ч;
• на кривых участках пути с постоянным радиусом 650м со скоростями 5 км/ч, 60…120 км/ч с шагом 10 км/ч;
• на кривых участках пути с постоянным радиусом 350 м со скоростями 5 км/ч, 40…80 км/ч с шагом 10 км/ч;
• на стрелочных переводах со скоростями 10, 20, 30, 40 км/ч.

При проведении ходовых динамических испытаний регистрировали следующие процессы:
• горизонтальные (рамные) силы, действующие от колесной пары на рельсы;
• коэффициенты вертикальной динамики необрессоренных частей тележки;
• коэффициенты динамики кузова грузового вагона.

В процессе ходовых прочностных испытаний регистрировали динамические напряжения в исследуемых точках. На рисунке 3 приведён пример схемы расположения контрольных сечений на вагоне, а на рисунке 4 – пример схем расположения тензометрических датчиков в контрольных сечениях.

ris23.jpg
 
Рисунок 3. Схема расположения контрольных сечений на вагоне

ris24.jpg
 
Рисунок 4. Схемы расположения тензометрических датчиков в контрольных сечениях

При обработке результатов ходовых динамико-прочностных испытаний производили систематизацию зарегистрированных параметров в зависимости от характера пути и режимов движения опытного поезда и отбраковку недостоверных данных. Опытные данные группировали по диапазонам скоростей движения, характерным особенностям участка пути для каждой оси вагона.
В процессе обработки для определения коэффициента запаса усталостной прочности на основании зарегистрированных динамических напряжений получали совокупность гистограмм (распределений) напряжений, схематизированных методом полных циклов в соответствии с РД 50–694-90 для каждого диапазона скоростей движения каждого характерного участка пути. Далее производится расчет величины эквивалентной приведенной амплитуды динамических напряжений.

В таблице 1 приведены обобщённые результаты ходовых динамических испытаний.

tabl211.jpg

Таблица 1. Обобщённые результаты ходовых динамических испытаний


В таблице 2 приводятся основные результаты ходовых прочностных испытаний.

tabl31.jpg

Таблица 2. Минимальные значения коэффициентов запаса сопротивления усталости



Полученные экспериментальным путём данные позволяют определить общие направления для корректировки конструкции. Так, например, приведённые выше общие результаты испытаний показывают, что:
• максимальное значение коэффициента вертикальной динамики рамы кузова составляет не более 60% допускаемой величины;
• отношение рамной силы к статической осевой нагрузке составляет не более 50% от допускаемого значения;
•  минимальные значения коэффициентов запаса сопротивления усталости в отдельных элементах конструкции (усиление низа бункера) превышает минимальное значение более чем в 10 раз.

Приведённые соотношения говорят о том, что данная конструкция вагона-хоппера позволяет произвести оптимизацию с целью получения наиболее эффективного с экономической точки зрения конструктивного решения.

Необходимо отметить, что основными заказчиками на ближайшие десятилетия вагонов-хопперов станут крупные операторские компании, которые предъявляют в первую очередь коммерческие требования и заинтересованы в новых конкурентоспособных конструкциях саморазгружающихся вагонов. Наличие таких заказчиков заставляет российские вагоностроительные заводы решать эту проблему комплексно с учетом особенностей эксплуатации и номенклатуры грузов каждого клиента и предлагать наиболее эффективные решения, что невозможно без проведения анализа экспериментальных данных путём комбинирования компьютерного моделирования и аналитических методов.

Юлия Савушкина, кандидат экономических наук, вице-президент по науке НП «Объединение предприятий сталелитейной промышленности»

Cегодня в СМИ

Первые лица