Новости дня

Оптимальные методики экспериментов для бункерных вагонов (хопперы)

Машиностроение | Вторник | 05.04.2016 | 16:43
 | Машиностроение
НПК ОВК
Современное вагоностроение, в своём развитии, требует создания вагонов, конструктивные схемы которых позволяют оптимизировать процессы погрузки и выгрузки благодаря повышению уровня механизации погрузо-разгрузочных процессов. И на этом пути возникают новые задачи, решение которых требует научных исследований по совершенствованию конструкций вагонов. Многими учёными были исследованы проблемы истечения сыпучих грузов, рационализации несущей металлоконструкции вагонов-хопперов, определения геометрических параметров бункера.

savu.jpg
Юлия Савушкина, кандидат экономических наук

 При разработке таких сложных объектов, как вагон-хоппер, возникает необходимость в системном подходе, который позволяет исследовать, анализировать и синтезировать разные по своей природе и сложности объекты с единой точки зрения, выявляя важнейшие характерные черты функционирования системы и учитывая наиболее существенные для всей системы факторы. Экспериментальные исследования сложной системы бесперспективно начинать с её алгоритмизации. Начинать нужно с более общего, более абстрактного подхода, а затем конкретизировать его.

Экспериментальные исследования бункерных вагонов необходимы для оценки конечного продукта и не могут быть рассмотрены вне связи с особенностями конструкции вагона и основными этапами его проектирования и требуют системного подхода на основе данных окружения системы. Иными словами, оптимальная методика экспериментов должна по своей структуре быть согласована как со структурой вагона, так и с подходом к его проектированию.

Специализированный бункерный вагон представляет собой сложную транспортную единицу, к которой предъявляется большой перечень различных технических требований. Требования формируются с позиции надсистемы (внешнее проектирование) и выражаются в техническом задании. Здесь выясняются цели разработки, ради которых создаётся проектируемая система, уточняется круг её функций, исследуются свойства и воздействия внешней среды.

Вагон-хоппер имеет многоуровневую иерархическую систему (рисунок 1), состоящую из разнородных взаимосвязанных частей. Поэтому одним из первичных действий при формулировании методик выбора параметров и экспериментальных методик является описание объекта, разделение его на части с целью раздельного их анализа и изучения.

Анализ требований, предъявляемых к бункерному вагону (коммерческие требования, требования безопасности, требования экологии и эргономики), позволил выделить системообразующие модули и сформировать однозначную последовательность исследования узлов вагона-хоппера, на основе анализа значимости компонентов системы.

 
ris1.jpg
Рисунок 1. Структура вагона-хоппера


На основе произведённого анализа связей структурных единиц вагона и системного анализа технических требований, предъявляемых к бункерным вагонам, можно выполнить расчёт коэффициентов значимости функциональных модулей, узлов и элементов вагона. В таблице 1 приводятся полученные значения весовых коэффициентов функциональных модулей вагона, позволяющих  построить сценарий (последовательность) их исследования.

tabl111.jpg
Таблица 1. 

Применением методов теории графов, а в частности метода топологической сортировки на основе анализа графа в глубину, была построена последовательность анализа функциональных модулей вагона. Результаты топологической сортировки можно представить более наглядно, а именно расположить вершины графа на горизонтальной прямой так, чтобы все рёбра шли слева направо (рисунок 2).
 
1 – разгрузочное устройство; 2 – загрузочное устройство; 3 – кузов; 4 – вспомогательное оборудование; 5 – автосцепное устройство; 6 – ходовая часть вагона; 7 – автотормоза.

ris2.jpg

Рисунок 2. Топологически отсортированный граф, отображающий последовательность исследования функциональных модулей вагона-хоппера


Из рассмотрения, представленного на рисунке 2 графа видно, что экспериментальные оценки параметров вагона-хоппера можно представить в виде ряда последовательно-параллельных действий. Функциональные модули вагона анализируется слева направо в следующей последовательности:
• разгрузочное устройство;
• загрузочное устройство;
• кузов;
• вспомогательное оборудование;
• автосцепное устройство;
• ходовая часть вагона;
• автотормоза.

Выполненные исследования структур вагона, системного анализа технических требований и взаимного влияния модулей вагона, позволили на основе методов теории графов определить последовательность экспериментальной оценки вагонов-хопперов и сформировать основные подходы к её проведению. Методика последовательной оценки параметров саморазгружающихся бункерных вагонов представлена в виде структуры (рисунок 3). Разработанная система содержит перечень основных процедур и последовательность их выполнения на каждом этапе экспериментальных исследований.
 
ris3.jpg

Рисунок 3. Структура методики экспериментов

Сущность предлагаемого подхода, разработанного для экспериментальной оценки параметров вагона-хоппера, состоит в следующем.

Целью первого этапа (процедура РУ) является определение параметров разгрузочного устройства бункерного вагона. Здесь ставится две задачи: это оценка конструкции бункерной системы на основе исследований качеств истечения груза, а также оценка параметров активных агрегатов системы разгрузки на основе сравнения с экспериментальными данными, полученными для различных конструктивных схем и оценки величин физико-механических факторов генерирующих агрегатов.

На втором этапе (процедура ЗУ) осуществляется определение параметров загрузочного устройства. Однако следует отметить, что данный этап может быть пропущен, так как подавляющее большинство эксплуатируемых в настоящее время вагонов-хопперов имеют упрощённую структуру и конструктивную схему данного модуля, в состав которого включены только кассета загрузочного люка и система блокировки и пломбирования люков.

На третьем этапе (процедура НМК) производится определение параметров несущей металлоконструкции кузова вагона-хоппера: кузова, рамы и торцевой стены. Анализ элементов узлов несущей металлоконструкции осуществляется на основе исследований нагруженности. Кузова вагонов бункерного типа также необходимо экспериментально исследовать на влияние нагрузок, возникающих в результате работы силовых агрегатов системы разгрузки.

Целью четвёртого этапа (процедура ВО) является оценка элементов вспомогательного оборудования. Такие узлы как переходная площадка, лестница, трапы, поручни должны иметь положения и основные размеры соответствующие отраслевым стандартами.

На пятом этапе (процедура АПА) осуществляется оценка работы автосцепного устройства и поглощающего аппарата на основе требований безопасности перевозки грузов.

Целью шестого этапа (процедура ХЧ) является исследование ходовых качеств разрабатываемого бункерного вагона оборудованного стандартными тележками, оценка которых производится по результатам натурных испытаний.

На седьмом этапе (процедура АТ) осуществляется проверка тормозной системы, оценка параметров рычажной передачи, генерирующих агрегатов и системы управления. Инерционные и жесткостные характеристики элементов рычажной передачи и кронштейнов системы оцениваются на основе динамических данных с анализом собственных частот.

Соблюдение данных этапов позволяет произвести экспериментальную оценку бункерных вагонов оптимальную с точки зрения его структуры.

Юлия Савушкина, кандидат экономических наук

Cегодня в СМИ

Первые лица