Методы экспериментальных исследований сцепных качеств локомотивов

Объект исследования: трибологическая пара колесо-рельс.

Результаты, полученные лично автором: выполнено физическое моделирование области контакта колеса локомотива с рельсом.

 

Для получения необходимых качественных и количественных показателей различных процессов, происходящих в тяговых приводах локомотивов, часто разрабатываются и испытываются их физические модели. Такие экспериментальные установки обычно содержат колесные пары с цилиндрическими колесами, которые установлены на цилиндрические катки. Пятна их контакта имеют форму эллипса, всегда вытянутого в поперечном направлении, т. е. вдоль оси колесной пары.

В месте опирания колеса натурного локомотива на рельс образуется пятно контакта, имеющее форму эллипса, вытянутого в большинстве случаев взаимного расположения колеса и рельса вдоль последнего.

Таким образом, на рассматриваемых экспериментальных установках отсутствует моделирование пятна контакта колеса локомотива с рельсом, что существенно искажает контактные явления в сравнении с явлениями, происходящими в натурном контакте. Поэтому результаты исследований на таких устройствах имеют недопустимо большие погрешности.

Рис. 1. Схема контакта колеса модели и катка

y

z

z

x

Р

ω кол

ω кат

О

О

Для повышения точности проводимых экспериментов необходимо воспроизвести на установках пятна контакта колесной пары и катков подобные по своим параметрам пятнам контакта колес локомотива с рельсами.

Проведенные расчеты показали, что для обеспечения такого подобия контактные поверхности модели колеса 1 и катка 2 должны быть выполнены по радиусам в плоскости сечения y O z (рис.):

, ,

где − радиус колеса локомотива в плоскости x O z; − радиус рельса в плоскости y O z.

Материал поступил в редколлегию 25.04.2017

 

УДК 629.4

Ю.А. Шашкова

Научный руководитель: профессор кафедры «Подвижной состав железных дорог», д.т.н. В.В. Кобищанов

lail32@rambler.ru

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КУЗОВА ЧЕТЫРЕХОСНОГО ГРУЗОВОГО ВАГОНА ОТКРЫТОГО ТИПА С УВЕЛИЧЕННЫМ
ОБЪЕМОМ

 

Объект исследования: конструкция кузова грузового вагона открытого типа.

Результаты, полученные лично автором: проанализированы существующие конструктивные особенности кузова четырехосного грузового вагона открытого типа с увеличенным объемом.

 

Грузовые четырехосные вагоны открытого типа предназначены для перевозки грузов, не требующих защиты от атмосферных осадков, а также не нуждающихся в специальных условиях хранения. К таким вагонам относятся полувагоны с глухим кузовом и полувагоны с люками.

Увеличение объема кузова является одной из важных задач при конструировании грузового подвижного состава. Для различных грузовых вагонов открытого типа существуют свои конструктивные особенности, позволяющие увеличить объем кузова.

В работе выполнен анализ конструкций кузовов грузовых вагонов с увеличенным объемом.

Известны конструкции полувагонов с люками, в которых увеличение объема кузова достигается применением специальной обшивки с корытообразными гофрами в боковых стенах. Такая конструкция гофр усложняет процесс разгрузки вагона, так как перевозимый груз попадал в гофры и частично оставался в гофрах при разгрузке вагона. Но данное конструкторское решение не получило широкого применения из-за серьезного недостатка боковые стены с такими гофрами не обладали необходимой жесткостью.

Полувагон с люками на раме, имеющий увеличенный объем кузова, может отличаться конструкцией хребтовой балки. В некоторых конструкциях верхняя балка рамы полувагона имеет коробчатое сечение. Существуют технические решения, в которых хребтовая балка имеет омегообразный профиль, а петли разгрузочных люков закреплены на вертикальных стенках хребтовой балки. Недостатком таких конструкций является неполное использование полезного объема кузова вагона.

Некоторые полувагоны с увеличенным объемом имеют особые конструкции торцевых стен. В таких вагонах торцевые стены кузова частично располагают за рамой в межвагонном пространстве. Для облегчения разгрузки вагонов в конструкции торцевых стен предусмотрен плавный переход стены к раме.

Известны полувагоны, в межтележечном пространстве которых образовано понижение пола. В таких конструкциях увеличение объема кузова достигается за счет расположения бункеров в подвагонном пространстве. Данное техническое решение позволяет частично увеличить погрузочный объем кузова, при сохранении линейных размеров вагона.

На основании проделанной работы можно сделать вывод о том, что существующие конструктивные особенности кузова грузового вагона открытого типа позволяют увеличить полезный объем кузова. Но большинство известных решений на данный момент обладают значительными недостатками или позволяют увеличить объем только частично.

Материал поступил в редколлегию 28.04.1017

УДК 629.463

Д.А. Шевердин

Научный руководитель: доцент кафедры «Подвижной состав железных дорог», к.т.н. Д.Ю. Расин

denis-sheverdin@yandex.ru

 

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ УНИВЕРСАЛЬНОГО
ПОЛУВАГОНА

Объект исследования: торцевая стена универсального полувагона.

Результаты, полученные лично автором: произведен анализ несущей конструкции торцевой стены кузова модернизированного полувагона модели
12-9085 с увеличенным объемом кузова.

 

Наиболее рациональной конструкцией вагона является конструкция, при которой отношение тары к грузоподъемности – меньше. Так, при проектировании кузовов новых вагонов конструктора стремятся увеличить полезный объем при незначительном увеличении металлоемкости конструкции.

Известны конструкции полувагонов, в которых увеличение полезного объема достигается путем применения торцевых стен имеющих перелом, за счет чего эффективно используется пространство над автосцепками. Подобные конструкции кузовов разрабатывались на АО НПК «Уралвагонзавод» и ОАО «Алтайвагонзавод».

Темой исследования является анализ напряженно-деформированного состояния кузова серийного полувагона модели 12-9085 при его модернизации с применением торцевой стены с переломом.

В процессе исследования решались следующие задачи: реализация полезного объема кузова при увеличенной осевой нагрузке - 25 т/ось, разработка конструкции каркаса модернизированной торцевой стены, подбор характеристик подкрепляющих элементов торцевой стены.

Конструкторские расчеты показали, что для достижения необходимой грузоподъемности нужно изменить высоту и длину кузова. Была изменена длина кузова по верхней обвязке за счет перелома торцевой стены на 300 мм в каждую сторону от исходного расположения.

Был проведен анализ соответствия новой конструкции заданному габариту подвижного состава, проведена проверка на прохождение кривых малого радиуса.

Соответствие торцевой стены требованиям по прочности осуществлялось с помощью твердотельного моделирования с последующим инженерным анализом методом конечных элементов.

Твердотельное трехмерное моделирование производилось в среде программного комплекса NX. Создавались модели торцевых стен вагона исходной конструкции и модернизированной.

Исходя из конструктивных особенностей, принято решение о замене подкрепляющего набора торцевой стены, выполненного из корытообразного профиля ГОСТ 5267.6-90, на элементы из гнутого швеллера. Для этого производился подбор поперечного сечения по инерциальным характеристикам. Катаный уголок, имеющий угол между полками 90° заменен на гнутый тупоугольный.

Закрепление расчетной схемы в пространстве осуществляется при помощи абсолютно жесткой заделки на поверхностях, присоединяющихся к концевым листам боковых стен и к концевой балки рамы.

Производился анализ конструкций торцевых стен от действия распора сыпучим грузом.

Проведенные расчеты показали, что напряжения в торцевой стене, имеющей перелом выше, чем напряжения в элементах вертикальной стены. Это связано с тем, что к ней, помимо распора, прикладывался и вес груза, приходящийся на наклонную поверхность.

По требованиям ГОСТ 33211-2014 при расчете напряженно-деформированного состояния (НДС) кузовов полувагонов, необходимо производить анализ прочности торцевых стен от воздействия сил инерции груза. (рис. 1). Согласно ГОСТ сила инерции прикладывается равномерно-распределенной по площади торцевой стены. Ее значение определяется по формуле Рин=0,35·мгр·a.

Рис.1. Результаты анализа

Результаты анализа показали, что значения напряжений в элементах торцевой стены не превышают допускаемых значений. Завышенные напряжения наблюдаются в элементах, в узлы которых внесено ограничение, а следовательно, напряжения в них не рассматриваются, соседние элементы нагружены нормально.

Материал поступил в редколлегию 29.03.2017