Прочность несущих конструкций специализированных вагонов с регулируемой разгрузкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Соколов, Алексей Михайлович

• Соколов, Алексей Михайлович
• кандидат технических наук
• 0

Оглавление диссертации кандидат технических наук Соколов, Алексей Михайлович

Введение.

1. Краткий обзор и анализ исследований по совершенствованию Специализированных вагонов. Обоснование и постановка рассматриваемых в диссертации задач.

1.1. Краткий обзор и анализ исследований по совершенствованию специализированных вагонов.

1.2. Формулировка и методы решения рассматриваемых в диссертации задач.

2. Исследование прочности несущих конструкций специализированных вагонов с регулируемой разгрузкой.

2.1. Обоснование расчетных схем специализированных грузовых вагонов.

2.2. Разработка методики расчета нагруженное™ металлоконструкций специализированных вагонов.

2.3. Исследование прочности несущих конструкций специализированного вагона хоппер-дозатора.

2.4. Выводы.

3. Экспериментальные исследования прочности хоппер-дозатора модели 55-9270.

3.1. Оценка НДС металлоконструкций хоппер-дозатора при статическом нагружении.

3.2. Ходовые испытания хоппер-дозатора.

3.3. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прочность несущих конструкций специализированных вагонов с регулируемой разгрузкой»

Актуальность работы. Перспективное развитие железнодорожного транспорта России предусматривает переоснащение вагонного хозяйства грузовыми вагонами нового поколения с улучшенными конструктивными схемами и технико-экономическими характеристиками.

Особая роль в решении данной проблемы отводится созданию новых типов и типоразмерных рядов специализированных вагонов, у которых конструктивные особенности погрузочно-выгрузочных устройств должны оптимальным образом удовлетворять потребительским требованиям собственников предприятий и фирм.

При создании специализированных вагонов нового поколения чрезвычайно важной становится проблема совершенствования методов расчета на-груженности несущих конструкций экипажей, что позволит еще на ранней стадии их проектирования выявлять перспективные варианты и оптимизировать технико-экономические параметры сборочных единиц.

Созданию новых и совершенствованию существующих методов расчета на прочность конструкций подвижного состава железных дорог посвящены монографии, учебники и диссертации многих ученых ВНИИЖТа, ВНИИВа, МИИТа, ПГУПСа и ряда других коллективов.

Однако эти исследования в основном посвящены стандартным типам вагонов, без учета наличия и воздействия активного оборудования, обеспечивающего специализированную и регулируемую их разгрузку.

В результате при эксплуатации специализированных вагонов часто возникают отказы, которые резко снижают эффективность использования данного подвижного состава. Все вышеизложенное подтверждает, что актуальной является проблема разработки уточненных методов расчета нагру-женности несущих конструкций специализированных вагонов, на основе которых можно было бы ускорить создание нового поколения специализированных вагонов с регулируемой разгрузкой.

Целью работы является анализ прочности и совершенствование несущих конструкций специализированных вагонов с регулируемой разгрузкой, на примере вагона хоппер-дозатора, с использованием разработанной многоуровневой итерационной методики исследования напряженно-деформированного состояния их элементов.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

1. Разработана многоуровневая итерационная методика исследования напряженно-деформированного состояния элементов специализированных вагонов при воздействии эксплуатационных нагрузок.

2. Произведен уточненный анализ нагруженности и установлены зависимости влияния различных факторов на напряженно-деформированное состояние элементов металлоконструкции хоппер-дозатора.

3. Исследовано влияние структуры и геометрических параметров на распределение напряжений в отдельных сборочных единицах рамы хоппер-дозатора.

Практическая ценность работы.

Практическое использование многоуровневой итерационной методики исследования напряженно-деформированного состояния специализированных вагонов при воздействии эксплуатационных нагрузок позволяет выявлять наиболее нагруженные элементы несущих конструкций и разрабатывать рекомендации по совершенствованию конструкции вагона в целом и отдельных узлов в частности.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях: в Дальневосточной Государственной академии путей сообщения (1993 г.), в Петербургском Государственном университете (1996, 1997, 1999 г.), в Манчестерском Государственном университете (1997 г.), в Тульском Государственном университете, на научно-технических совещаниях Департамента вагонного хозяйства МПС РФ, Великолукского локомотивовагоноремонтного завода (1996-1999 г.), на научных семинарах кафедр "Вагоны и вагонное хозяйство", "Строительные и дорожные машины и оборудование" ПГУПСа (1996, 1997 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в шести печатных работах, отдельные разделы теоретических исследований приведены в четырех научных отчетах.

Структура и объем работы. Диссертация включает в себя введение, три главы, заключение, приложения и изложена на 114 страницах машинописного текста. Список использованных источников насчитывает 87 наименования.

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Соколов, Алексей Михайлович

3.3. Выводы

1. Адаптированная методика экспериментальных исследований прочности хоппер-дозатора модели 55-9270 позволяет проводить оценку НДС металлоконструкций и других специализированных вагонов, выявлять запасы прочности в элементах и разрабатывать рекомендации по совершенствованию конструкций.

2. При проведении статических испытаний металлоконструкций специализированных вагонов рационально использовать специализированные цифровые тензометрические мосты типа СИИТ-2 и СИИТ-3 и специальные блоки интерфейса для сопряжения их с ПЭВМ.

3. Примененный специальный алгоритм отбраковки показаний тензорези-сторов и их диагностики позволил повысить точность оценки НДС и автоматизировать процесс анализа результатов испытаний.

4. Анализ напряжений в различных элементах рамы хоппер-дозатора 55-9270 от действия продольных усилий растяжения-сжатия показал следующее: в хребтовой балке в районе стяжных ящиков напряжения составляли 62-75 МПа, а в средней части - 54-59 МПа; в поперечных балках, соответственно 30-43.5 МПа, а в боковых балках около 18 МПа. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показало хорошую сходимость (разность не превышала 17%, средняя ошибка - 7%).

5. Адаптированная методика ходовых испытаний хоппер-дозатора в транспортном режиме позволяет распространить ее на оценку динамической нагруженности других специализированных вагонов и отдельных агрегатов.

6. Оценка собственных колебаний кузова хоппер-дозатора на рессорном подвешивании при "сбрасывании с клиньев" позволила установить следующее: частота собственных колебаний подпрыгивания при порожнем режиме находится в пределах 4.5-5.0 Гц, а при груженом - 2.3-2.9 Гц; частота колебаний боковой качки, соответственно при порожнем режиме

2.5-3.0 Гц, а при груженом - 1.1-1.4 Гц. Сравнение полученных результатов показало хорошую сходимость с результатами расчета. Степень демпфирования находилась на уровне 0.4-0.5 от критического значения.

7. Анализ ходовых испытаний выявил закономерности динамической на-груженности элементов рамы и ходовых частей хоппер-дозатора, позволил оценить запасы прочности и разработать рекомендации по совершенствованию металлоконструкций вагона.

8. При ходовых испытаниях хоппер-дозатора со скоростью до 70 км/ч было установлено, что напряжения в основных элементах рамы составляли: в хребтовой балке - 6.0-6.5 МПа; в поперечных балках - 13.0-16.0 МПа; в боковых балках - 11.0-12.0 МПа. Наибольшие напряжения зафиксированы в зоне вертикального листа буксового узла: в зоне приварки кронштейна крепления подвески к вертикальному листу буксового узла - 58.0-60.0 МПа; в области выреза - 38.7-39.5 МПа.

9. Выполненная оценка прочности металлоконструкций хоппер-дозатора в транспортном режиме при скоростях движения до 70 км/ч в порожнем и груженом состояниях при следовании по прямым и кривым участкам пути позволила разработать рекомендации по совершенствованию отдельных элементов: изменить зазоры в буксовых узлах для более плавного вписывания в кривые участки пути; усилить элементы крепления подвески; ввести подкрепления на вертикальном листе буксового узла в районе выреза. Выполнение рекомендаций позволит повысить надежность работы хоппер-дозатора не только в транспортном, но и в рабочем режимах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненный комплекс теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния элементов специализированного вагона с регулируемой разгрузкой позволил констатировать следующее.

1. Разработанная прикладная многоуровневая итерационная методика исследования напряженно-деформированного состояния несущих конструкций позволяет эффективно производить оценку прочности и совершенствовать конструкции специализированных вагонов, в частности, хоппер-дозаторов.

2. Выполненный по предложенной методике расчет напряженно-деформированного состояния рамы специализированной платформы из сварных балок показал, что предложенный алгоритм исследования позволяет при минимальных вычислительных ресурсах достаточно точно выявлять слабые места в сложных конструкциях и принимать меры к повышению их надежности.

3. Созданный комплекс расчетных схем специализированного вагона хоппер-дозатора и его узлов, учитывающий топологические и динамические особенности конструкций, обеспечивает получение достаточно точной оценки прочности несущих конструкций.

4. Анализ напряженно-деформированного состояния выявил значительную неравномерность нагруженности конструкции хоппер-дозатора модели 55-9270, что подтвердило актуальность дальнейшего совершенствования его конструктивной схемы и оптимизации распределения металла по элементам.

5. Прикладная методика экспериментальных исследований прочности и ходовых качеств обеспечивает достоверную оценку напряженно-деформированного состояния металлоконструкций различных типов специализированных вагонов, позволяет определять запасы прочности в элементах и разрабатывать рекомендации по совершенствованию конструкций.

6. Анализ стендовых и ходовых испытаний выявил закономерности нагру-женности элементов рамы и ходовых частей хоппер-дозатора, позволил оценить запасы прочности и разработать рекомендации по совершенствованию металлоконструкций вагона.

7. Практическое использование уточненной методики исследования нагру-женности специализированных вагонов на Великолукском локомотивова-гоноремонтном заводе способствовало совершенствованию конструкций узлов хоппер-дозатора и других специализированных вагонов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Соколов, Алексей Михайлович, 0 год

1. 9270.00.000 РР1. Расчет прочности конструкции кузова и рамы хоппера-дозатора модели 9270. СПб.: ПГУПС, 1994. 67 с.

2. Bityutsky A.A., Sokolov A.M. The design of welded construction of bump-stops in automatic coupler devices in Russian freight cars: Conference papers// Computer simulation of rail vehicle dynamics/ The Manchester Metropolitan University, 1997.

3. Алферов K.B. Бункеры, затворы, питатели. М.: Машгиз, 1946. 178 с.

4. Американская железнолорожная энциклопедия. Вагоны и вагоннное хо-зайство. М.: Трансжелдориздат, 1961. - 382 с.

5. Баловнев В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин: Учеб. пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1994. - 432 с.

6. Бардышев O.A. и др. Машины на комбинированном ходу. — М.: Транспорт, 1975,- 135 с.

7. Бардышев O.A. Организация ремонта техники на транспортном строительстве. М.: Транспорт, 1988. - 239 с.

8. Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность-машина. М.: Машиностроение, 1973. - 461 с.

9. Бенсон Д., Уайтхед Д. Транспорт и доставка грузов/ Пер. с англ. М.: Транспорт, 1990. -279 с.

10. Битюцкий A.A. Разработка комплексного метода проектирования, расчета и испытания грузовых вагонов: Автореф. дис. на соиск. уч. степ, д.т.н. СПб.: ПГУПС, 1995. - 40 с.

11. Бороненко Ю.П. и др. Применение ЭЦВМ для решения задач по расчету вагонов на прочность. СПб.: ЛИИЖТ, 1979. - 43 с.

12. Бороненко Ю.П. Исследование влияния инерционных и геометрических характеристик цистерн на их ходовые качества: Автореф. дис. на соиск. уч. степ, к.т.н/ БИТМ. Брянск, 1977. - 19 с.

13. Бребия К., Телес Ж., Вроубел Л. Методы граничных элементов. — М.: Мир, 1987. 524 с.

14. Булавский В.А., Звягина P.A., Яковлева М.А. Численные методы линейного программирования. М.: Наука, 1977. - 368 с.

15. Быков В.П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении. JL: Машиностроение, 1989. - 243 с.

16. Вагоны/ JI.A. Шадур, И.И. Челноков, Л.Н.Никольский и др. М.: Транспорт, 1980. - 439 с.

17. Вагоны/ Под ред. М.В. Винокурова. М.: Трансжелдориздат, 1953. -703 с.

18. Вагоны/ Под ред. Л.Д.Кузьмича. М.: Машиностроение, 1978 - 376 с.

19. Варава В.И. Прикладная теория амортизации транспортных машин/ Мин. высш. и средн. образования РСФСР. Л.: Изд-во ЛГУ, 1986. -188 с.

20. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач. — М.: Наука, 1988.-552 с.

21. Вершинский C.B., Данилов В.И., Челноков И.И. Динамика вагонов. М.: Транспорт, 1972. - 303 с.

22. Вершинский C.B. и др. Динамика вагона. М.: Транспорт, 1991. - 360 с.

23. Вибрации в технике: Справочник в 6-ти т. / Ред. В.Н. Челомей. М.: Машиностроение, 1980. - т. 3. - 544 с.

24. Вороненок Е.Я., Палий О.М., Сочинский C.B. Метод редуцированных элементов для расчета инженерных конструкций. Л.: Судостроение, 1990.-391 с.

25. Ганиев Р.Ф., Кононенко В.О. Колебания твердых тел. М.: Наука, 1976. -432 с.

26. Григорьев А.Н. и др. Железнодорожные цистерны. М.: Трансжелдориз-дат, 1959.-С. 238.

27. Дудкин Е.П. Пути совершенствования вагонов промышленного транспорта// 75 лет строительному факультету: Сб. докл. юбил. конф./ ПГУПС -СПб., 1996.-С. 142-144.

28. Дудкин Е.П. Экспериментально-теоретические основы выбора параметров ходовых частей вагонов промышленных железных дорог: Автореф. дис. на соиск. уч. степ, д.т.н. СПб.: ЛИИЖТ, 1991. - 55 с.

29. Железнодорожный транспорт: Энциклопедия / Гл. ред. Н.С. Конарев. -М.БРЭ, 1994.-553 с.

30. Жинкин Г.Н. и др. Строительство железных дорог.-М.: Транспорт, 1995.-208 с.

31. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. -382 с.

32. История железнолорожного транспорта России. Т. 1: 1836-1917 гг. М.-СПб., 1994.- 336 с.

33. Каблуков В.А. и др. Подвижной состав промышленного железнодорожного транспорта/ В.А. Каблуков, О.М. Савчук, Н.Ф. Киричко. Киев -Донецк: Вища школа, 1981. - 280 с.

34. Казак С.А. Проектный расчет усталостной долговечности деталей горных машин при стохастическом нагружении// Изв. вузов. Горный журнал. 1993. - №2. - С.84-91.

35. Камаев В.А. Оптимизация параметров ходовых частей железнодорожного подвижного состава. -М.: Машиностроение, 1980. 215 с.

36. Кандауров И.И. и др. Элементное программирование для задач железнодорожного транспорта и строительства. Л.: ПГУПС, 1987. - 73 с.

37. Кандауров И.И. Механика зернистых сред и ее применение в строительстве. Л.: Стройиздат, 1988. - 280 с.

38. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. М.: Мир, 1984 - 624 с.

39. Конвейерный и монорельсовый транспорт промышленных предприятий/ Под ред. Пертена Ю.А. Л.: Знание, 1973. - 93 с.

40. Кононыхин Б.Д. К вопросу о системном подходе// Строительные и дорожные машин. 1995. - №7. - С. 2-4.

41. Крылов В.И., Попков В.В., Монастырный П.И. Численные методы. В 4-х т. Минск: Наука и техника, 1983.

42. Кулешов A.A. Эксплуатация карьерного автотранспорта. М.: Недра, 1979.-280 с.

43. Лазарян В.А. Динамика транспортных средств: Избранные труды.-К.: Наукова думка, 1985. 528 с.

44. Математическое моделирование колебаний транспортных средств/ В.Ф. Ушкалов, J1.M. Резников, B.C. Иккол и др. Киев: Наук, думка, 1989.-240 с.

45. Метод модуль-элементов в расчетах судовых конструкций/ В.А. Пост-нов, H.A. Таратуха- JL: Судостроение, 1990. 320 с.

46. Метод суперэлементов в расчетах инженерных сооружений/ В.А. Постнов, С.А. Дмитриев, Б.К. Елтышев, A.A. Родионов. Д.: Судостроение, 1979. - 287 с.

47. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных): ВНИИЖТ ГосВНИИВ/МПС РФ. - М., 1996.

48. О статистических характеристиках вертикальных возмущений от железнодорожного пути/ Грапис О.П., Балтер И.И., Березовский А.И., Вучетич Л.И., Халупович Х.Г.// Тр. ВНИИВ. М., 1971. - Вып. 15. - С. 88 -109.

49. Панкратов С.А. Динамика машин для открытых горных и земляных работ.-М., 1967. -447с.

50. Пашарин С.И., Котиков В.А. Приварные упоры автосцепки// Железнодорожный транспорт, 1984. Вып. 4. — С. 61-62.

51. Писаренко Г.С., Лебедев А.А. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. К: Наукова думка, 1976 - 415 с.

52. Полак Э. Численные методы оптимизации. М.: Мир, 1974. - 352 с.

53. Приемочные испытания хоппер-дозатора модели 55-9270: Отчет о НИР (заключительный)/ ВНИТИ; Руководитель А.И. Кокорев. Инв. № И-15-96. Коломна, 1996. - 87 с.

54. Проблемы численного моделирования инженерных конструкций/ Под ред. И.И. Кандаурова // Сб. тр. ЛИИЖТа. Л., 1987. - 120 с.

55. Прочностные испытания хоппер-дозатора (модель 55-9270): Отчет о НИР (заключительный)/ Научно-исследовательский институт тепловозов и специализированных вагонов (ВНИТИ); Руководитель Ю.Ф. Ковалева. №15-21-96. - Коломна., 1996.-29 с.

56. Путь и безопасность движения поездов/ В.И. Болотин, В.А. Лаптев, В.С. Лысюк и др. М.: Транспорт, 1994. - 199 с.

57. Путь и путевое хозяйство промышленных железных дорог/ В.Ф. Яковлев, Б.А. Евдокимов, В.Е. Парунакян и др. М.: Транспорт, 1990. - 341 с.

58. Расчет вагонов на прочность/ Под ред. Л .А. Шадура. М.: Машиностроение, 1978. -432 с.

59. Расчет вагонов на прочность/ Под ред. А.А. Попова. М.: Трансжелдор-издат, 1960.- 138 с.

60. Расчет грузовых вагонов на прочность при ударах/ Под ред. Е.П. Блохина. М.: Транспорт, 1989. - 223 с.

61. РД 24.046.45-88. Методические указания. Нормы прочности металлоконструкций специализированных вагонов. М., 1988. - с. 16.

62. Розин A.A. Метод конечных элементов. Л.: Энергия. - 1971. - 241 с.

63. Ромен Ю.С., Кобзев В.А., Хпритонов Б.В. Пути снижения повреждаемости тележек грузовых вагонов/ /Железнодорожный транспорт. Вып. 3. -1999.-С. 35-37.

64. Ромен Ю.С., Манашкин J1.A. О процессе качения составного колеса имеющего фрикционную связь обода с диском.// Вестник ВНИИЖТ. -Вып 3. 1999. - С. 23-25.

65. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. -388 с.

66. Сендеров Г.К. и др. Анализ причин поступления грузовых вагонов в текущий отцепочный ремонт./ ЦНИИТЭИ, 1998. Вып. 3-4. - С. 29-44.

67. Скоростные железные дороги Японии (Синкансен)/ Под ред. В.Г. Альб-ректа. М.: Транспорт, 1984. - 198 с.

68. Соколов М.М., Хусидов В.Д. и др. Динамическая нагруженность вагона. -М.: Транспорт, 1981. 206 с.

69. Соколов М.М., Варава В.И., Левит Г.М. Измерения и контроль при ремонте и эксплуатации вагонов. — М.: Транспорт, 1991. 157 с.

70. Типовая методика испытаний подвижного состава по воздействию на путь после изготовления или перед вводом в эксплуатацию/ ИЦЖТ ВНИИЖТ М., 1990. - 21 с.

71. Форсайт Дж., Мол ер К. Численное решение систем линейных алгебраических уравнений. М.: Мир, 1969. - 376 с.

72. Хемминг Р.В. Численные методы для научных работников и инженеров. -М.: Наука, 1972.-400 с.

73. Хоппер-дозатор модели 55-76. Техническое описание. Инструкция по эксплуатации З90-Т0. Великие Луки: Великолукский ЛРЗ, 1993. - 48 с.

74. Хоппер-дозатор. Модель 55-9270. Техническое описание, инструкция по эксплуатации 9270-ТО. Великие Луки: Великолукский ЛРЗ, 1996.

75. Хусидов В.Д. и др. Динамика вагонов. М.: Транспорт, 1991. - 360 с.

76. Чернышев М.А. Железнодорожный путь и его взаимодействие с подвижным составом. М.: ВЗИИТ, 1962. - 162 с.

77. Чиркин В.В. Основные направления совершенствования параметров и структуры парка грузовых вагонов. М.: Транспорт, 1972. - 304 с.

78. Чурков H.A., Эстлинг A.A. Общее устройство вагонов и их взаимодействие с техническими средствами железных лорог: Учеб. Пособие/ ПГУПС. СПб, 1997. - 126 с.

79. Шадур Л.А., Челноков И.И. Вагоны (конструкция, теория и расчет). М.: Транспорт, 1965. - 439 с.

80. Шапошников H.H., Тарабасов Н.Д. и др. Расчет машиностроительных конструкций на прочность и жесткость. М.: Машиностроение, 1981. -332 с.

81. Шейнин A.M. Закономерности влияния надежности машин на эффективность их эксплуатации. М.: Знание, 1987. - 54 с.

82. Шпак А.Н. Вагоны зарубежных железных дорог. М.: Трансжелдориз-дат, М. - 237 с.

83. Яковлев В.Ф. и др. Автоматика и автоматизация производственных процессов в строительстве и путевом хозяйстве. М.: Транспорт, 1990. — 279 с.

84. Яковлев В.Ф. Исследования и разработка рекомендаций по дальнейшему совершенствованию взаимодействия магистрального и промышленного транспорта. Т. 3. Л., 1982. - 350 с.

85. Яшин А.Ф. и др. Эксперименты по оптимизации формы кузова специализированного вагона для перевозки минеральных удобрений.//Тр. Новосибирского институра ннж. ж.-д. трансп., 1977. Вып. 183. - С. 71-80.