Определение рациональных параметров эластомерных поглощающих аппаратов автосцепного устройства грузовых вагонов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Ступин, Дмитрий Алексеевич

• Ступин, Дмитрий Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2001

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ступин, Дмитрий Алексеевич

Введение

Глава 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1 Обзор теоретических и экспериментальных исследований поглощающих аппаратов автосцепки грузовых вагонов.

1.2. Условия эксплуатации поглощающих аппаратов.

1.3. Выводы.

Глава 2 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭЛАСТОМЕРНЫХ ПОГЛОЩАЮЩИХ АППАРАТОВ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ИХ ХАРАКТЕРИСТИК.

2.1. Общие конструктивные параметры эластомерных поглощающих аппаратов.

2.2. Стендовые исследования характеристик эластомерных поглощающих аппаратов.

2.3. Исследования эластомерных поглощающих аппаратов в эксплуатации.

2.4. Выводы.

Глава 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛА И ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ЭЛАСТОМЕРНЫХ ПОГЛОЩАЮЩИХ АППАРАТОВ.

3.1 Предварительные исследования эластомерного материала.

3.2 ~ Анализ гидромеханических режимов в эластомерном амортизаторе.

3.3 Базовые уравнения теоретического исследования и анализ характеристик материала.

3.4. Объемная сжимаемость.

3.5. Испытательный бокс.

3.6 Экспериментальное определение модуля объемной упругости эластомерного материала.

3.7. Методика определения сдвиговых характеристик эластомера.

3.8 Методика расчета силовой статической характеристики эластомерных амортизаторов.

3.9 Проектный расчет основных геометрических параметров однокамерного эластомерного поглощающего аппарата.

3.10. Выводы.

Глава 4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛАСТОМЕРНЫХ ПОГЛОЩАЮЩИХ АППАРАТОВ В АВТОСЦЕПКЕ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ.

4.1. Сравнительные характеристики поглощающих аппаратов.

4.2. Структурные составляющие экономического эффекта применения энергоемких аппаратов высокой надежности.

4.3. Влияние поглощающих аппаратов на частоту отцепок и трудоемкость работ в текущем отцепочном ремонте.

4.4. " Расчет затрат, обусловленных несовершенством поглощающих аппаратов ("по причине а/с").

4.5. Экономическая эффективность применения эласто-мерного поглощающего аппарата.

4.6. Результаты внедрения.

4.7. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение рациональных параметров эластомерных поглощающих аппаратов автосцепного устройства грузовых вагонов»

Одной из важнейших задач, стоящих перед вагонным хозяйством в переходный период развития экономики, является обеспечение требуемого объема перевозок грузов, сокращения их потерь и экономии средств, расходуемых на ремонт вагонов. Обеспечение сохранности вагонного парка - одна из актуальнейших проблем, решение которой непосредственно влияет на технико-экономические показатели работы железнодорожного транспорта и определяет его конкурентоспособность на рынке транспортных услуг.

Сохранность конструкции вагонов в значительной степени зависит от уровня действующих продольных сил. В существующих условиях эксплуатации наибольшие продольные силы возникают при маневровых соударениях, а уровень их определяется в первую очередь характеристиками поглощающих аппаратов автосцепного устройства. Кроме того, характеристики поглощающих аппаратов оказывают значительное влияние на уровень продольных сил, действующих на вагоны в переходных режимах ведения поезда. Безотказная работа автосцепки, тягового хомута, передних и задних упоров, фасонных лап цистерн, торцевых стен и других элементов конструкции вагонов зависит от применяемых поглощающих аппаратов.

Используемые серийно пружинно-фрикционные поглощающие аппараты не в полной мере удовлетворяют требованиям современных условий эксплуатации. К их недостаткам относятся нестабильность силовых характеристик, вероятность заклинивания, износы фрикционного узла, низкая энергоемкость в состоянии поставки и после"приработки при номинальной силе срабатывания.

Все это вызывает необходимость создания новых конструкций поглощающих аппаратов для грузовых вагонов, их классификации в зависимости от типа вагонов и рода перевозимых грузов.

Исследованию условий эксплуатации поглощающих аппаратов грузовых вагонов, разработке и испытаниям новых конструкций эла-стомерных аппаратов, экспериментальному исследованию физико-механических характеристик эластомерного материала и на его основе определению рациональных параметров аппарата посвящена данная работа. б

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Ступин, Дмитрий Алексеевич

4.7. Выводы.

1) Выполненный технико-экономический расчет эффективности применения в автосцепке грузовых вагонов эластомерного поглощающего аппарата АПЭ-120-И показал, что наибольший экономический эффект от оборудования будет получен на вагонах- цистернах. В связи с этим, эластомерными поглощающими аппаратами, в первую очередь, целесообразно оборудовать вагоны-цистерны и другие вагоны, предназначенные для перевозки опасных и легкоповреждаемых дорогостоящих грузов.

2) Величина экономического эффекта в расчете на одну цистерну за срок ее службы составит не менее 85271 рубля, срок окупаемости аппаратов АПЭ-120-И на цистерне составит не более 9,2 лет.

3) Применение эластомерных поглощающих аппаратов позволит: обеспечить сохранность перевозимых грузов, повысить надежность и сроки доставки грузов, сократить объем работ при плановых видах ремонта, "уменьшить отцепку вагонов в текущий ремонт, а также снизить вероятность крушений и аварийных ситуаций в поездной и маневровой работе.

4) На основании приведенных исследований разработан и введен в действие ОСТ 32.175-2001 «Аппараты поглощающие автосцепного устройства грузовых вагонов и локомотивов». На конец 2001 г. эластомер-ными поглощающими аппаратами различных конструкций оборудовано около 4380 вагонов-цистерн.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1) Показано, что пружинно-фрикционные поглощающие аппараты автосцепного устройства не в полной мере обеспечивают надежную защиту вагонов и перевозимых грузов от действия продольных сил, возникающих при формировании и движении поезда, а гидро-газовые не обладают требуемой надежностью и долговечностью. Доказана целесообразность оснащения автосцепного устройства вагонов для перевозки опасных и ценных грузов эластомерными поглощающими аппаратами, которые обладают повышенной надежностью и эффективностью за счет применения упругой жидкости высокой вязкости, что не требует применения газовой камеры и значительно снижает требования к уплотнениям.

2) В процессе создания эластомерных поглощающих аппаратов по результатам испытаний макетных образцов уточнены основные требования к рабочему телу и определены общие принципы конструирования эластомерных поглощающих аппаратов.

3) На основании экспериментальных исследований определены и математически описаны зависимости модуля объемной упругости и объемной сжимаемости эластомерного материала от давления, которые позволяют установить основные прочностные и геометрические параметры эластомерного поглощающего аппарата.

4) Экспериментально исследованы пластические характеристики эластомерного материала, определяющие сопротивление перетеканию эластомера в кольцевом зазоре и гистерезис статической силовой характеристики; установлены параметры уравнения, описывающего зависимость этих характеристик от давления и скорости потока эластомера.

5) Теоретическими исследованиями установлено, что увеличение зависимости статической силовой характеристики аппарата от скорости сжатия и, соответственно, повышение полноты, энергоемкости и коэффициента необратимого поглощения энергии аппарата достигается увеличением длины поршня (длины кольцевого зазора).

6) На основании испытаний макетных и опытных образцов, а также теоретических исследований были разработаны с участием автора три отечественные конструкции эластомерных аппаратов: АПЭ-120-И, осваиваемый заводом "Авиаагрегат" (г. Самара) , АПЭ-95-УВЗ, осваиваемый "ПО Уралвагонзавод" (г.Н-Тагил) и ЭПА-120, осваиваемый "БМЗ" (г.Брянск).

В процессе испытаний этих аппаратов определены нормативные показатели статической и динамической характеристик, которые в 2,5.3 раза выше показателей серийных пружинно-фрикционных поглощающих аппаратов и на 15.30% превышают характеристики эластомерного поглощающего аппарата 73ZW (конструкции "КАМАКС", Польша) - единственного высокоэнергоемкого поглошающего аппарата, допущенного в настоящее время к широкой эксплуатации на РЖД.

7) Разработанная модель определения основных конструктивных параметров эластомерного поглощающего аппарата пригодна для использования при проектировании новых конструкций, что подтверждено высокой сходимостью расчетных и экспериментальных статических силовых характеристик эластомерного аппарата АПЭ-120-И.

8) Поездные динамические испытания в маршруте Костомукша-Череповец показали, что применение эластомерных поглощающих аппаратов позволяет на 20.40% снизить циклическую нагруженность вагонов при движении в поезде по сравнению с пружинно-фрикционными аппаратами.

9) Технико-экономический расчет эффективности применения эластомерного поглощающего аппарата АПЭ-120-И на разных типах грузовых вагонов показал, что наибольший экономический эффект достигается при его использовании на вагонах-цистернах. Максимальный срок окупаемости аппаратов АПЭ-120-И на цистерне не превысит 9,2 года. Экономический эффект на одну цистерну за срок службы обусловленный большей сохранностью перевозимых грузов, сокращением объема работ при плановых видах ремонта, уменьшением числа отцепок вагонов в текущий ремонт, а также снижением вероятности крушений и аварийных ситуаций в поездной и маневровой работе, составит не менее 85 тысяч рублей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ступин, Дмитрий Алексеевич, 2001 год

1. Феоктистов И.Б. Исследование условий эксплуатации поглощающих аппаратов автосцепки и возможности применения аппаратов кольцевого типа на грузовых вагонах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. ЦНИИ МПС, М. 1974, 202с.

2. Никольский Л.Н. Кеглин Б.Г. Амортизаторы удара подвижного состава. -М.: Машиностроение, 1986, 144 с.

3. Дувалян С.В. Исследование продольной динамики поезда с применением ЭЦВМ Труды ВНИИЖТ, вып. 425. М.: Транспорт. 1970. С.39.54.

4. Блохин Е.П., Манашкин Л.А. и др. Расчеты и испытания тяжеловесных поездов -М.: Транспорт, 1986, 265с.

5. Вершинский С.В., Данилов В.Н., Хусидов В.Д. Динамика вагона. -М.: Транспорт, 1991. 360 с.

6. Лазарян В.А. Динамика транспортных средств: Избранные труды. Киев: Наукова думка, 1985, 528 с.

7. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных) / ГосНИИВ-ВНИИЖТ,1996. 319 с.

8. Никольский Л.Н. О силах удара вагонов и поглощающих свойствах фрикционных аппаратов автосцепки. Труды БИТМ, вып. XI,1940.

9. Никольский JI.H. Об эффективности фрикционных аппаратов автосцепки. Труды БИТМ, вып. XII, 1952 .

10. Никольский JI.H. Работа фрикционных аппаратов автосцепки при соударении вагонов. (Автореферат диссертации). ЦНИИ МПС , 1952.

11. Никольский JT.H. Определение рациональных параметров фрикционных аппаратов автосцепки и расчет сил удара // Техника железных дорог. 1956. №4. С.16.21

12. Никольский JI.H. Метод расчетного определения стабильности работы фрикционных поглощающих аппаратов автосцепки // Вестник ВНИИЖТ. 1958. №4. С. 23.25.

13. Никольский Л.Н. О расчете сил удара , передающихся на вагон через автосцепку . Труды БИТМ, вып. ХУП, 1957 .

14. Никольский JI.H. Селинов И.В. Влияние изменения основных геометрических параметров фрикционных амортизаторов удара на их эффективность. Труды БИТМ. Вып. XX, 1963.

15. Никольский Л.Н. Фрикционные амортизаторы удара. М. "Машиностроение", 1964.

16. Никольский Л.Н. О скачкообразном изменении сил при ударном сжатии фрикционных поглощающих аппаратов автосцепки. Труды БИТМ. Вып. XIX, 1961.

17. Кеглин Б.Г. Исследование методов повышения стабильности работы фрикционных поглощающих аппаратов автосцепки. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. ЦНИИ МПС, М, 1963. 221с.

18. Осипов А.С. Метод улучшения силовых характеристик аппаратов автосцепки// Известия ВУЗов / Машиностроение, М. 1965, .№6

19. Селенский Е.И. Исследование работоспособности фрикционных поглощающих аппаратов автосцепки с учетом особенностей их взаимодействия при ударе. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. БИТМ, Брянск, 1973.

20. Вершинский С.В. Продольная динамика вагонов в грузовых поездах. Труды ЦНИИ МПС, вып. 143, М. Транжелдориздат, 1957.

21. Бойчевский О.Г., Гребенюк П.Т. Продольные динамические усилия в поезде весом 7500 т // Вестник ВНИИЖТ. 1960. №1.

22. Вершинский С.В., Бойчевский О.Г., Гребенюк П.Т. Исследования поглощающих аппаратов автосцепки// Вестник ВНИИЖТ . 1960. №1.

23. Бойчевский О.Г. , Гребенюк П.Т., Блохин Е.П. Феоктистов И.Б. Экспериментальные исследования продольных усилий в грузовых поездах массой до 10 тыс. т при переходных режимах движения. Труды ЦНИИ МПС, вып. 425, М., "Транспорт", 1970.

24. Бойчевский О.Г., Гребенюк П.Т., Блохин Е.П., Костин Г.В. Исследование продольной динамики вагонов в большегрузных поездах// Железнодорожный транспорт. 1971. №6.С. 23. .26

25. Лазарян В.А. Исследование неустановившихся режимов движения поездов, М., Трансжелдориздат, 1949г.

26. Лазарян В.А., Бодянов П.С., Стукалов А.И., Сравнительные исследования поглощающих аппаратов различной конструкции. Труды ДИИТ, вып.44, 1963

27. Лазарян В.А. Блохин Е.П., Зеленский В.А. К вопросу о переходных режимах движения поездов, вагоны которых оборудованы поглощающими аппаратами типа Ш-2-Т. Труды ДИИТ, вып. 72, 1967.

28. Лазарян В.А., Львов А.А., Блохин Е.П., Продольные усилия, возникающие в тяжеловесных поездах при троганиях с места. Труды ДИИТ, вып.53, Днепропетровск, 1962.

29. Лазарян В.А., Манашкин Л.А. Работа амортизаторов при ударах, сопровождающихся действием постоянной по величине силы. Труды ДИИТ, вып.55, М., "Транспорт", 1965.

30. Лазарян В.А., Блохин Е.П., Манашкин Л.А. Бадикова Л.С. Интегральная оценка поведения связей в поезде и определение их параметров по результатам натурных испытаний. Труды ДИИТ, вып. 103, М., "Транспорт", 1970.

31. Каракашьян З.О., Гриненко Я.Ф. Технико-экономическая эффективность оборудования подвижного состава гидравлическими поглощающими аппаратами// Железнодорожный транспорт. 1966. №2. С. 15.18.

32. Новиков И.Н., Голованов В.Г., Беспалов Н.Г. Шилов В.А, Старостин К.С. Поглощающий аппарат автосцепного устройства подвижного состава железных дорог. Авторское свидетельство № 137951, опубл. 17.09.66, №23.

33. Прохоренков В.Д. Исследование гидрофрикционных поглощающих аппаратов автосцепки грузовых вагонов для перспективных условий эксплуатации. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. ВНИИЖТ, Москва, 1987, 20 с.

34. Автосцепное устройство железнодорожного подвижного состава / Коломийченко В.В., Костина Н.А., Прохоренков В.Д., Беляев В.И., М.: Транспорт, 1991 - 232 с.

35. Suppliers take up the slak / Vantuono William C. // Railway Age. -1998.- 199, №5. C. 37.38.

36. Повышение эффективности поглощающих аппаратов// Железные дороги мира. 1999. №4. С.47.50.

37. Амортизационно-демпфирующая композиция (АДК). Технические условия. № 2294-002-18733105-99 Астрохим. -М., 1999, Юс.

38. Северный В.В., Олейник Н.В., Сунеканц Т.И., Величко Н.В., Ступин Д.А., Феоктистов И.Б. Композиция для получения амортизирующего материала на основе полиоргансилоксанов. Патент на изобретение. №2130471. 1997.

39. Кензер Ю. Эластомерные амортизаторы новое качество тягово-ударных устройств железнодорожного подвижного состава// Бюллетень ОСЖД . 1991.№1-2. С.9.15.

40. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985. 278 с.

41. Сендеров Г.К. , Нетеса А.Г. Обеспечить сохранность вагонов на сортировочных станциях. "Железнодорожный транспорт", 1973г., №9.

42. Волков B.C., Дятлов Н.В. Сохранность вагонов в условиях интенсивной работы станции // Железнодорожный транспорт. 1988.№2. С.35.37.

43. Ковыршин В.М., Сендеров Г.К., Ступин А.П. , Мазуров Е.А Сохранность грузовых вагонов на железных дорогах России. ЦНИИТЭИ, Железнодорожный транспорт, серия "Вагоны и вагонное хозяйство. Ремонт вагонов". 1994. Выпуск №1. С. 8.32.

44. Сендеров Г.К., Поздина Е.А., Ступин А.П., Вологдина Л.Б, Ступин Д.А. Причины отцепок вагонов в текущий ремонт// Бюллетень ОСЖД. 1999. №4-5, С.20.25.

45. Феоктистов И.Б., Ступин Д.А. Поглощающие аппараты грузовых вагонов// Железнодорожный транспорт. 2000. №3. С.37. .39.

46. Ступин Д.А., Беляев В.И. Разработка российского эластомерного поглощающего аппарата для автосцепного устройства грузовых вагонов//ВестникВНИИЖТ. 1998. №6. С.29.31

47. Долгов В.И., Горюнов Н.Н. Эластомерный поглощающий аппарат. Патент на изобретение, №2078706 ,1995.

48. Горячев С.А. Разработка методики проектирования и выбор параметров эластомерного поглощающего аппарата грузовых вагонов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. УрГУПС, Екатеринбург, 1999, 26 с.

49. Костин Г.В., Черкашин Ю.М., Кочнов А.Д. Некоторые задачи продольной динамики // Сб. научных трудов / ВНИИЖТ.-М. №523. 1975. 184с.

50. Вершинский С.В. и др. Расчеты вагонов на прочность. -М., Машиностроение, 1971, 432 с.

51. Инструкция по ремонту и обслуживанию автосцепного устройства подвижного состава железных дорог СССР. №ЦВ-4006,

52. М.,'Транспорт, 1982 , с. 128

53. Инструкция осмотрщику вагонов. №4853, -М., Транспорт, 1992, с.109.

54. Попов А.А. Курс сопротивления материалов. -М., Машгиз, 1958, 507с.

55. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке Бейсик для персональных ЭВМ. -М., Наука, 1987, 235с.

56. Корректировка технических требований на поглощающие аппараты автосцепного устройства с учетом совершенствования типажа грузовых вагонов и вида перевозимых грузов. Отчет по теме 07.11.17.94.94.95. Феоктистов КБ. и др., ВНИИЖТ, -М, 1995, 56с.

57. Аглицкий Ю.С. Обеспечение сохранности парка грузовых вагонов. ЦНИИТЭИ, серия вагоны и вагонное хозяйство. Выпуск 3, -М. 1999. С.1.32.

58. Сологуб Н.К., Шамаков А.Н. Безопасность движения поездов и маневров на железных дорогах. -М, Транспорт, 1995, 93с.

59. Методические рекомендации по определению экономической эффективности мероприятий научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте. -М, Транспорт, 1991, 239с.

60. Аппараты поглощающие автосцепного устройства грузовых вагонов и локомотивов. Общие технические требования. ОСТ 32.1752001, Юс.

61. Отраслевой статистический отчет МПС РФ формы 6 жел. за 2000г. 57с.

62. Гамынин Н.С. Гидравлический привод систем управления.-М, Машиностроение, 1972, 376 с.

63. Беляев В.И., Ступин Д.А., Кеглин Б.Г. Поглощающий аппарат железнодорожного транспортного средства. Патент на изобретение.

64. Заявка №98109856/28 (010593) от 18.05.1998г. Положительное решение от 28.08.1998г. 71. Кеглин Б.Г., Болдарев А.П., Харитонов А.Т., Ступин Д.А., Иванов А.В., Фрикционный амортизатор. Патент на изобретение. № 2128301, 1999.