СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ РАБОТЫ ЭЛАСТОМЕРНОГО ПОГЛОЩАЮЩЕГО АППАРАТА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат наук Войновский Максим Геннадиевич

• Войновский Максим Геннадиевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Войновский Максим Геннадиевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. История создания поглощающих аппаратов повышенной энергоемкости

1.2. Основные конструкции существующих поглощающих аппаратов

1.3. Описание эластомерной композиции

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭЛАСТОМЕРНОГО ПОГЛОЩАЮЩЕГО АППАРАТА

2.1. Моделирование статической характеристики эластомерного поглощающего аппарата

2.2. Моделирование динамической характеристики эластомерного поглощающего аппарата

2.2.1. Моделирование удара вагона в недеформируемый упор

2.2.2. Моделирование соударения двух вагонов

2.2.3. Моделирование копровых испытаний

ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЙ В КАМЕРАХ ЭЛАСТОМЕРНОГО ПОГЛОЩАЮЩЕГО АППАРАТА

3.1. Проведение статических испытаний натурного эластомерного поглощающего аппарата

3.2. Методика динамических испытаний натурного эластомерного поглощающего аппарата

3.3. Математическое моделирование динамики эластомерного поглощающего аппарата с учетом экспериментальных данных о давлениях в камерах

3.4. Распределение давления в камерах поглощающего аппарата

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ РАБОТЫ ЭЛАСТОМЕРНОГО ПОГЛОЩАЮЩЕГО АППАРАТА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА»

Актуальность темы исследования.

Железнодорожный транспорт является вторым видом транспорта по грузообороту в России (на первое полугодие 2014 года объем перевозок составляет 44% от общего грузооборота [21]) и первым по протяженности (более 85 тыс. км. [51]). За 2014 год грузооборот России увеличился на 4,8%, до 2298 млрд. тонно-километров [44]. В 2015 году наблюдается тенденция спада объема грузовых перевозок, однако, в следующем году начнется восстановление рынка и к 2020 году грузооборот железнодорожного транспорта увеличится более чем на 9% [23]. Потребность в данном виде транспорта растет и требует постоянной его модификации и улучшения.

Рост грузоподъемности и скорости движения железнодорожного состава требует уделять особое внимание безопасности и сохранности груза. Высокие продольные силы, возникающие при формировании состава на сортировочных горках, трогании поезда с места, изменении режимов тяги и торможения, приводят к быстрому изнашиванию основных элементов конструкции. Если вовремя не проводить дорогостоящие ремонты вагона - неизбежна катастрофа.

Для снижения усилий воздействия в различных отраслях техники используются амортизаторы удара. В железнодорожном транспорте -поглощающие аппараты, которые защищают подвижной состав и грузы от повреждений при сцеплении и в процессе движения поезда. Они предназначены для уменьшения продольных растягивающих и сжимающих усилий, передающихся через автосцепку на раму за счет преобразования кинетической энергии соударяющихся масс в работу сил сопротивления и в потенциальную энергию деформации упругих элементов.

Особое внимание уделяется перевозке военной техники, химических веществ и ценных грузов. Для их защиты на вагонах устанавливаются поглощающие аппараты класса не ниже Т2. В качестве упругих элементов в данных аппаратах используются эластомеры и гидравлические жидкости.

В наше время уровень развития современной науки о продольной динамике вагона и поезда позволяет расчетным путем достаточно точно оценить нагруженность вагонов и грузов, без привлечения трудоемкого, длительного и дорогостоящего эксперимента. Функциональная связь продольных нагрузок с условиями эксплуатации вагона (скоростью соударения, массой поезда и т.п.) обуславливает необходимость в имитационном моделировании. В ходе данного моделирования воспроизводятся всевозможные ситуации, которые могут возникнуть как в существующих, так и при перспективных условиях эксплуатации железнодорожного транспорта.

Экспериментальные исследования, требующие непосредственного измерения нагрузок, затруднительны, так как являются трудоемкими и дорогостоящими. К тому же эксперимент совершенно непригоден для прогнозирования нагруженности при перспективных условиях эксплуатации, а также если необходимо оценить работу разрабатываемых поглощающих аппаратов. Поэтому основными являются методы, базирующиеся на математическом моделировании нагруженности. Актуальность диссертационной работы обусловлена тем, что в настоящее время нет единой математической модели, позволяющей описать поведение эластомерной композиции в плунжере поглощающего аппарата. Не изучены свойства эластомера и его характер течения через отверстия. Полученные данные позволят внести изменения в конструкцию амортизаторов на этапе проектирования, что снизит затраты на испытания поглощающих аппаратов и увеличит их надежность и отказоустойчивость.

В создание и развитие математических моделей для эластомерных амортизаторов удара свой вклад внесли такие ученые как: Кеглин Б.Г., Ступин Д.А., Горячев С.А., Манашкин Л.А., Болдырев А.П., Гуров А.М., Фатьков Э.А, Васильев А.С.

Несмотря на это, решение задачи моделирования работы эластомерных амортизаторов удара все еще является актуальной проблемой. Остаются нераскрытыми вопросы изменения давления в камерах поглощающего аппарата, определения различных свойств эластомерной композиции и т.д.

Цель диссертационной работы: Разработка математической модели, позволяющей описывать различные режимы работы эластомерногого поглощающего аппарата.

Объектом исследования является эластомерный поглощающий аппарат ЭПА-110.

Предметом исследования является силовая характеристика, полученная при статическом и динамическом воздействиях на поглощающий аппарат.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ существующих математических моделей эластомерных поглощающих аппаратов;

- разработка математической модели, позволяющей описывать статические и динамические нагружения поглощающего аппарата;

- определение и анализ давлений в камерах плунжера поглощающего аппарата.

Методика исследований. Поставленные в диссертационной работе задачи решались, используя методы математического моделирования, применительно к законам теоретической механики. Расчет проводился в программном комплексе Mathcad.

Статические экспериментальные исследования проводились на гидравлическом прессе для металла с маятниковым измерительным устройством ПММ-250. Динамические - на стенде-горке БСЗ-БГТУ и экспериментальном кольце ВНИИЖТ.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

• Совершенствована математическая модель, позволяющая описывать работу эластомерного поглощающего аппарата при различных нагрузках.

• Произведено моделирование различных видов испытаний эластомерного поглощающего аппарата и сравнение результатов моделирования с натурными экспериментами.

• Экспериментально и расчетно определены давления в камерах плунжера эластомерного поглощающего аппарата. Статические испытания показали отсутствие гистерезиса давлений в эластомерной среде, а гистерезис силы сжатия связан с внешним трением плунжера и штока. Из динамических стендовых ударных испытаний был обнаружен так называемый «отрицательный гистерезис». По результатам эксперимента внесены изменения в математическую модель.

• Проанализирован характер изменения давления на поверхность поршня поглощающего аппарата, основываясь на законы гидравлики.

• Получены новые сведения о свойствах эластомерной композиции и характере перетекания между камерами плунжера поглощающего аппарата.

Практическую ценность работы составляет возможность прогнозирования сил, возникающих в автосцепке, и внесение изменений в конструкцию аппарата на этапе проектирования новых конструкций.

Достоверность научных результатов диссертации подтверждена путем сходимости результатов теоретического моделирования и экспериментальных исследований.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Математическая модель и методика расчета силовой характеристики эластомерного поглощающего аппарата.

2. Результаты экспериментальных исследований давлений в камерах плунжера эластомерного поглощающего аппарата.

3. Анализ изменения давлений на поверхность поршня эластомерного поглощающего аппарата.

Апробация работы. Основные положения обсуждались на II научно-техническом семинаре «Компьютерное моделирование в железнодорожном транспорте: динамика, прочность, износ» (г. Брянск, БГТУ, 2014г.); Международном научно-практическом мероприятии «Интеграция мировых

научных процессов как основа общественного прогресса» (г. Казань, 2014г.); VI Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития вагоностроения» (г. Брянск, БГТУ, 2014г.); XIV Международной научно-практической конференции «Тенденции и инновации современной науки» (г. Краснодар 2014г.); XV Международной научно-практической конференции «Техника и технология: новые перспективы развития» (г. Москва, 2014г.); X международной конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты» (г. Санкт-Петербург, ПГУПС, 2015г.) и др.

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в 11 научных статьях, из них 5 опубликованы в научно-технических журналах, входящих в ведущие рецензируемые научные издания из перечня ВАК РФ.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Материалы диссертации содержат 87 страниц основного текста, 47 рисунков, 3 таблицы. Библиографический список литературы включает 60 наименований. Общий объем диссертации составляет 87 страниц.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. История создания поглощающих аппаратов повышенной

энергоемкости

Многочисленные исследования, проведенные над пружинно-фрикционными аппаратами, показали, что установочные размеры автосцепного устройства по ГОСТ 3475-81 не позволяют обеспечить энергоемкость, достаточную для современных условий эксплуатации грузовых вагонов, особенно предназначенных для перевозки опасных и военных грузов. Указанный фактор выявил потребность в разработке совершенно новых конструкций аппаратов [48]. В отечественной практике не было конструкций, позволяющих удовлетворить новой тенденции, что заставило ученых изучать зарубежные разработки.

На этом фоне основное развитие поглощающих аппаратов повышенной энергоемкости получили гидравлические амортизаторы удара. Главным принципом работы таких аппаратов являлось дросселирование жидкости (специальные масла) через калиброванные отверстия и/или отверстия в штоке при различных режимах нагружения. В результате такой конструкции при динамическом нагружении силовые характеристики получались с коэффициентом полноты более 0,7.

Кольцегидравлический поглощающий аппарат разрабатывался под руководством И.Н. Новикова в 60-х годах во ВНИИЖТ. В этом аппарате упругим элементом была кольцевая пружина, которая образовывала камеру высокого давления совместно с днищем корпуса и упорной плитой. При сжатии объем камеры в нем уменьшался и происходило поступление жидкости в камеру низкого давления, снабженную резинотканевыми диафрагмами. Один из недостатков такого аппарата - малая статическая сила сопротивления, около 0,6 МН, связанная с отсутствием возможности увеличения размеров кольцевой пружины.

Изучая зарубежный опыт стран США и Канады, выяснилось, что на вагонах, перевозящих опасные и легкоповреждаемые грузы, широко применялись

гидравлические концевые и центральные амортизаторы. Различные американские компании, такие как "Keystone Railway Equipment", "FM Industries" имели широкий ряд гидравлических поглощающих аппаратов с ходом 250 - 500 мм. Конструкция амортизаторов не позволяла воспринимать тяговые динамические нагрузки, возникающие между вагонами. Причиной такой работы было неимение свободного зазора из-за возвращения аппаратов в полностью выдвинутое состояние. Эти недостатки привели к изменениям требований к американским гидравлическим аппаратам: обеспечение хода на тягу в диапазоне 50,8-101,6 мм и в максимально возможном замедлении их возврата в полностью выдвинутое положение до 60-120 с, но без отрицательного влияния на процесс формирования поездов на сортировочных станциях. Проведенные исследования так и не помогли освоению серийного производства гидравлического поглощающего аппарата [6, 48].

В 70-е годы, продолжая изучать зарубежный опыт разработки поглощающих аппаратов повышенной энергоемкости, сотрудники ВНИИЖТ ознакомились с конструкцией эластомерных амортизаторов, выпускавшихся фирмой «Domange - Garete» (Франция). Главной особенностью амортизаторов было рабочее тело - высоковязкая объемносжимаемая жидкость - эластомер, представляющий сложную композицию на основе силиконовых (кремнеорганических) соединений. Принцип действия не отличался от гидравлических, но возвращающее усилие обеспечивалось за счет объемной упругости самой жидкости. На тот момент характеристики эластомерных поглощающих аппаратов были оценены очень высоко, но создание российского аналога конструкции начать не удалось [6, 48].

В 80-е годы начались работы по созданию пластинчатого гидрофрикционного поглощающего аппарата. ВНИТИ совместно с ВНИИЖТ предложили поглощающий аппарат, объединенный с тяговым хомутом ПГФ-4-120 (рисунок 1.1) [48]. В конструкции использовались пружины совместно с гидравлической вставкой в подпорном комплекте фрикционного узла, в результате чего энергоемкость поглощающего аппарата достигала 120 кДж.

Данный аппарат не нашел всеобщего применения из-за малой долговечности вследствие неотработанной конструкции гидровставки.

Рисунок 1.1. Гидрофрикционный поглощающий аппарат ПГФ-4-120. Состоит из:

1 - корпус; 2 - конус; 3 - клин; 4- подвижные пластины; 5 - клиновидные вкладыши; 6 - неподвижные пластины; 7 - отбойная пружина; 8 - опорная плита;

9 -гидровставка; 10 - пружина; 11 - крышка.

МИИТом были разработаны газо-гидравлические поглощающие аппараты ГА-100М (рисунок 1.2) и ГА-500. В данных аппаратах энергоемкость составляла 100 и 160 кДж соответственно, а полнота силовой характеристики достигала 0,9. Аппараты имели по две, а в последствии по три газовые камеры. Это обеспечивало необходимую конечную силу сопротивления при квазистатическом нагружении. Сложность конструкции, требующая высокотехнологического производства, не могла гарантировать надежной работы опытной партии аппаратов. Утечка жидкости в подвижных уплотнениях и снижение зарядного давления газа, а также другие дефекты не позволили начать серийное производство этих поглощающих аппаратов [12, 19].

Рисунок 1.2. Поглощающий аппарат ГА100М. Состоит из: 1 - цилиндрический

корпус; 2 - нажимной поршень-стакан; 3 - плавающий поршень; 4 -промежуточное дно; 5 - второй плавающий поршень; 6 - шток; 7 - дроссельные каналы; 8 - перепускные пазы; А, В, С - основные полости.

В 1991 году ВНИИЖТ и компания "Keystone" (США) начали совместные работы над созданием газо-гидравлического поглощающего аппарата «МОДЕЛЬ-120» с ходом 120 мм. Этот аппарат имел клапанную систему регулирования силовой характеристики, низкое зарядное (0,25 МПа) и рабочее давление газа. Разделение между газом и жидкостью у него отсутствовало. Номинальная энергоемкость аппарата составляла 135 кДж, сила статического сопротивления при максимальном ходе 1,7 МН. Недостатком конструкции аппарата являлась малая сила отдачи, что затрудняло определение работоспособности аппарата в грузовом составе. По результатам полного цикла эксплуатационных испытаний аппарат был рекомендован к серийному применению, но высокая себестоимость производства и сложности организации совместного производства не позволили аппарату найти свое применение на вагонах [48].

В начале 90-х годов в Брянском государственном техническом университете (БГТУ) была разработана конструкция резиногидравлического поглощающего аппарата ГР-120 (рисунок 1.3), который был заменен полиуретаногидравлическим

ГП-120, объединенным с тяговым хомутом. В качестве упругого тела в аппарате

использовались резинометаллические, а в будущем полиуретанометаллические

элементы. Стендовые испытания

этих аппаратов показали высокие

динамические характеристики,

но указали на невозможность

длительной работы резино- и

полиуретанометаллических

элементов в гидравлической Рисунок 1.3. Поглощающий аппарат ГП-120

жидкости, заполненявшей

аппарат, с последующим их разрушением, что приводило к потере работоспособности амортизатора [9, 29, 32].

Развитие отечественных эластомерных поглощающих аппаратов началось в 1991 году во ВНИИЖТ под руководством И. Б. Феоктистова. Были сформулированы технические (геометрические, эксплуатационные, силовые и энергетические) требования к конструкции эластомерных поглощающих аппаратов для грузовых вагонов массой брутто до 100 т. Заявленные требования к основным параметрам: максимальный конструктивный ход поглощающего аппарата - 120 мм; конечная сила закрытия при статическом сжатии не менее 1,5 МН; конечная сила динамического закрытия не более 3 МН; номинальная энергоемкость при силе соударения 2 МН не менее 150 кДж. Конструкция аппарата должна быть рассчитана на безремонтный срок эксплуатации не менее 16 лет и полный срок службы не менее 32 лет. Такие технические показатели поглощающего аппарата позволяют защитить конструкцию вагона и перевозимый груз при маневровом соударении вагонов массой брутто 100 т со скоростями до 15 км/ч [48].

Создание отечественного эластомерного поглощающего аппарата потребовало от ученых разработки материала (эластомерной композиции), обладающего необходимыми упруго-вязкостными и температурными характеристиками на основе отечественного сырья. К разрабатываемому

материалу предъявлялись следующие технические требования: при давлении 500 МПа объемная сжимаемость должна быть не меньше 17% начального объема; диапазон динамической вязкости материала - (8.. ,12)103Пас; при температуре от -60° до +50°С отклонение требуемых характеристик должно быть не более 35%; при контакте с хромированными поверхностями - малая смачиваемость материала; устойчивость против старения длительностью не менее 30 лет.

Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений (ГНИИХТЭОС) под руководством В. В. Северного создал эластомерную композицию. Разработанный материал удовлетворял основным требованиям по сжимаемости, вязкости и морозостойкости, в дальнейшем получивший марку АДК (амортизационно-демпфирующая композиция).

В 2000-х годах ряд предприятий и организаций - «Авиаагрегат» (г. Самара), «ПО Уралвагонзавод» (г. Нижний Тагил), НПП «Дипром» (г. Брянск) совместно с Брянским машиностроительным заводом (БМЗ) и «КАМАХ» (Польша) разработали и изготовили опытные образцы эластомерных аппаратов.

1.2. Основные конструкции существующих поглощающих

аппаратов

Развитие эластомерных амортизаторов удара в России позволило внести новые элементы в конструкции существующих поглощающих аппаратов. Ученые используют различные комбинации с эластомерными вставками: совместно с полимерами или пружинами, для получения больших значений полноты и энергоемкости, тем самым увеличивая эффективность работы аппаратов [1, 3, 7, 8, 11, 27, 54]. Однако, основным назначением эластомерных поглощающих аппаратов служит обеспечение безопасности вагонов, имеющих сложное оборудование, перевозящих оборонную технику, а также цистерн, транспортирующих сжиженный газ и другие опасные химические продукты.

Общий принцип работы эластомерного аппарата основан на свойстве объемной сжимаемости эластомерного материала. При сжатии аппарата подвижный шток двигается в рабочей камере, заполненной эластомером, уменьшая объем камеры сжатия. Одновременно с этим эластомер перетекает в камеру расширения через калиброванный зазор в увеличивающуюся полость за плунжером. Восстановление аппарата происходит за счет давления, созданного в камере расширения [52].

По таким принципам построены аппараты, используемые на российских железных дорогах. Наиболее популярными из них являются поглощающие аппараты, разработанные в ОАО «Авиаагрегат», «НПК Уралвагонзавод», ООО «ЛЛМЗ-КАМАХ» и НПП «Дипром».

В 1999 - 2001 гг. завод авиационных шасси «Авиаагрегат» в городе Самара начал осваивание массового производства эластомерных поглощающих аппаратов для грузовых вагонов. Общий вид аппарата представлен на рисунке 1.4. Аппарат имеет три рабочие камеры: две цилиндрических и одну сферическую. Первая и вторая камеры предназначены для создания динамической силовой характеристики путем дросселирования эластомерного материала через кольцевой зазор между поршнем и внутренней стенкой цилиндра. Третья камера -высокого давления служит для обеспечения статической характеристики аппарата. Камеры разделены блоком шевронных уплотнений. Шток аппарата центрируется в разнесенных друг от друга крышках, что позволяет воспринимать боковые усилия на шток аппарата без последствий для работы уплотнений [37, 41, 47].

В 2000 году «Уралвагонзавод» разработал конструкцию двухкамерного эластомерного поглощающего аппарата с ходом 95 мм (рисунок 1.5). В отличие от аналогов аппарат не комплектуется упорной плитой. Шток аппарата центрируется направляющим стержнем, закрепленным в задней крышке амортизатора. Между внутренней стенкой цилиндра и штоком расположен калиброванный кольцевой зазор, предназначенный для создания гидравлического сопротивления эластомера при высокой скорости нагружения. Уплотнения шевронного типа обеспечивают

надежную герметизацию амортизатора по штоку, а также по передней и задней крышкам. Обратный клапан, расположенный в поршне, позволяет осуществлять надежный возврат штока в исходное положение при низких температурах [37, 47, 48].

С 2008 г. поглощающий аппарат был модернизирован: в его конструкцию включили упругий полимерный элемент (эластичная вставка).

Рисунок 1.4. Эластомерный поглощающий аппарат АПЭ-120-И.500. Состоит из: 1 - корпус; 2 - хромированный шток; 3 - внешняя крышка; 4 - промежуточная крышка; 5 - упорная плита; 6 - болтовое соединение; 7 - полукольца; 8 - клапан;

9 - обратный шариковый клапан; 10 - гайка.

В 1999 г. под руководством профессора БГТУ Б. Г. Кеглина, НПП "Дипром" совместно с Брянским машиностроительным заводом (БМЗ) разработали конструкцию эластомерного поглощающего аппарата с ходом 120 мм, объединенную с тяговым хомутом (рисунок 1.6). Корпус поглощающего аппарата выполнен заодно целое с тяговым хомутом автосцепки и днища с дополнительной камерой, размещенной между задними упорами автосцепки. В

корпусе располагаются полый плунжер и поршень с полым штоком, между которыми имеется калиброванный зазор переменной величины, являющийся каналом дросселирования между полостями плунжера. Заполнение полости дополнительной камеры происходит через канал 5. Шевронные уплотнения между подвижными и неподвижными деталями конструкции обеспечивают герметичность аппарата. Такая компоновка аппарата позволила в 1,5 раза увеличить объем эластомера, снизить рабочие давления в камерах, повысить надежность и эксплуатационные характеристики аппарата, а также применить менее дорогие материалы для изготовления силовых элементов конструкции [22, 31, 48].

Рисунок 1.5. Эластомерный поглощающий аппарат АПЭ-95УВЗ. Состоит из: 1 - корпус; 2 - эластомерный амортизатор; 3 - шток.

В 1993 году польским заводом «КАМАХ» был разработан эластомерный поглощающий аппарат 73ZW (рисунок 1.7), который состоит из эластомерного амортизатора удара KZE-5-R2-1000, расположенного в корпусе аппарата. Амортизатор KZE-5-R2-1000 имеет три рабочие камеры, две из которых разделены в полости цилиндра муфтой с шестью отверстиями для дросселирования эластомера. При соударении шток меньшего диаметра входит в дополнительную камеру, повышая в ней давление сжатого эластомера. Совместно с этим протекают два процесса дросселирования: первый проходит в

ступенчатом кольцевом зазоре между поршнем и цилиндром, второй через отверстия в муфте амортизатора. С 2004 года в конструкции начал применяться упругий элемент [6, 42, 56].

Рисунок 1.6. Эластомерный поглощающий аппарат ЭПА-120. Состоит из: 1 - корпус; 2, 7 - полости, заполненная эластомером; 3 - шток; 4 - уплотнения; 5 - канал; 6 - дополнительная камера; 8 - калиброванный зазор переменной величины; 9 - плунжер; 10 - упорная плита.

Рисунок 1.7. Эластомерный поглощающий аппарат 73ZWy. Состоит из: 1 - эластомерный амортизатор; 2 - корпус; 3 - упорная плита; 4 - монтажная планка; 5 - дистанционный вкладыш; 6 - упругий элемент; 7 - гайка; 8 - шплинт;

9 - шайба.

В 2013 году в НПП «Дипром» был разработан эластомерный поглощающий аппарат ЭПА-110 (рисунок 1.8). Поглощающий аппарат состоит из корпуса 1, выполненного заодно целое с тяговым хомутом автосцепки. В корпусе 1 располагаются поршень 3 с полым штоком и полый плунжер 9, между которыми имеется калиброванный зазор 8 постоянной величины, являющийся каналом дросселирования. Полости 2 и 7 внутри плунжера 9, 5 внутри штока поршня 3 и крышки 6 заполнены объемно-сжимаемым и текучим телом - эластомерной композицией. Уплотнения 4 обеспечивают герметичность подвижного соединения штока и плунжера [30].

12 3 5

Рисунок 1.8. Эластомерный поглощающий аппарат ЭПА-110

Принцип работы эластомерного поглощающего аппарата представлен на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9. Схема работы эластомерного аппарата

Автосцепка через упорную плиту действует на плунжер 3 аппарата внешней силой Р, который перемещается в корпусе 4 и сжимает эластомер в камере сжатия 1, увеличивая давление q1 в ней. Через упомянутые калиброванные отверстия и калиброванный зазор происходит перетекание эластомера в камеру расширения 2, тем самым увеличивая давление д2 в этой камере. Восстановление аппарата в исходное состояние происходит под действием давления q2, объемно-сжатого в камере 2 эластомера.

1.3. Описание эластомерной композиции

Эластомеры — полимеры и материалы на их основе, обладающие при обычных температурах высокоэластичными свойствами, способные к огромным (до сотен процентов) обратимым деформациям растяжения. Особенностью эластомеров является широкий температурный интервал между температурой стеклования Тс и температурой текучести Тг. При этом значение Тс находится ниже минимальной рабочей температуры эластомеров, а значение Т — выше максимально допустимой рабочей температуры. При низких температурах эластомеры затвердевают, их физико-механические свойства изменяются; однако, при нагреве выше точки Тс все свойства эластомеров восстанавливаются [55].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Войновский Максим Геннадиевич, 2016 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. А.С. 1315352 СССР, МКИ 4 В61 G 9/08. Фрикционно-гидравлический поглощающий аппарат автосцепки / А. П. Болдырев, П. Ю. Шалимов, Б. Г. Кеглин; Опубл. 07.06.87; Бюл. № 21.

2. Акопян, Л. А. Эластомерная композиция / Л. А. Акопян, В. Ю. Фалёса. - М., 2013 - Патент РФ 10.01.2013., № 2471825.

3. Артюх Г. В. К вопросу усовершенствования эластомерных поглощающих аппаратов ж/д вагонов / Артюх Г. В., Корчагин В. А., Иванов Е. И., Лаврищев Д. А. // Захист металургшних машин вщ поломок: зб. наук. пр. / ПДТУ. - Марiуполь, 2006. - Вип. 9. - С. 145-147.

4. Батуев Г. С. Инженерные методы исследований ударных процессов / Г. С. Батуев [и др.]. - Москва, Машиностроение, 1976. - 240 с.

5. Башта, Т. М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. Учебник для машиностроительных вузов. 2-е изд., перераб. / Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.

6. Беляев, И. В. Сцепные и автосцепные устройства железнодорожного подвижного состава / И. В. Беляев, Д. А. Ступин - М.: ТРАНСИНФО, 2012. - 416 с.

7. Болдырев, А. П. Научные основы совершенствования поглощающих аппаратов автосцепки: дис. ... д-ра.техн. наук / А. П. Болдырев. - Брянск, 2006. - 360 с.

8. Болдырев, А. П. Оптимизация параметров гидро-фрикционных поглощающих аппаратов автосцепки рефрижераторных вагонов / А. П. Болдырев // Проблемы механики железнодорожного транспорта. Повышение надежности и совершенствование конструкции подвижного состава: тез. докл. - ДИИТ, Днепропетровск, 1988. - с. 8-9.

9. Болдырев, А. П. Разработка и исследование гидрополимерного поглощающего аппарата автосцепки / А. П. Болдырев, Б. Г. Кеглин, А. В.

Абрашин// Visnik of the East Ukrainian National University named in memory of Vladimir Dal. - Луганск. - 2005. - № 8 (90). - С. 22-25.

10.Болдырев, А. П. Разработка и исследование фрикционно-эластомерного поглощающего аппарата класса Т2 ПМКЭ-110 / А. П. Болдырев, Б. Г. Кеглин, А. П. Шлюшенков // Вестник БГТУ. - Брянск: БГТУ. - 2004. - №3 (3). - С. 54-61.

11. Болдырев, А. П. Расчет и проектирование амортизаторов удара подвижного состава / А. П. Болдырев, Б. Г. Кеглин. - М.: Машиностроение - 1, 2004. -198 с.

12. Болотин, М. М. Гидрогазовый поглощающий аппарат автосцепки ГА-500-120 / М. М. Болотин, В. Я. Першин, З. О. Каракашьян: Безопасность движения поездов // Труды девятой научно-практической конференции. -М.:МИИТ, 2008. - с. YII-6-YII-9.

13.Васильев, А. С. Новое поколение комбинированных поглощающих аппаратов автосцепки подвижного состава / А. С. Васильев // Материалы III Международной научно-практической конференции «Достижения молодых учёных в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании»: - Брянск: БГТУ, 2011. - С. 19-20.

14.Васильев, А. С. Разработка фрикционных амортизаторов с объёмным распорным блоком / А. С. Васильев, А. П. Болдырев // Вестн. БГТУ. - 2011. - №2. - С. 25-30.

15.Васильев, А. С. Применение распорных устройств во фрикционных амортизаторах удара / А. С. Васильев // XXIII Международная инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС-2011): материалы конференции (Москва, 14-17 декабря 2011 г.). - М: Изд-во ИМАШ РАН, 2011. - С. 224.

16. Войновский, М. Г. Математическое моделирование силовой характеристики эластомерного амортизатора удара / М. Г. Войновский // Транспорт РФ. Журнал о науке, экономике, практике. - 2015. - №3(58) - С. 38-40.

17. Войновский, М. Г. Моделирование статической характеристики эластомерного амортизатора удара / Войновский М. Г. // Машиностроение и инженерное образование - 2014. -№4

18.Войновский, М. Г. Моделирование удара на копровой установке эластомерного амортизатора удара / Войновский М. Г. // Вестник БГТУ -2014. - №4

19. Гидрогазовые поглощающие аппараты [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.aswn.ru/design/avtoscepnoedevice/absorbingdevic/gidrogaz oweabsorbing (дата обращения 29.05.2015).

20. Горячев, С. А. Разработка методики проектирования и выбор параметров эластомерного поглощающего аппарата грузовых вагонов: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.22.07 / Горячев Сергей Александрович. - Екатеринбург, 1999 - 26 с.

21. Грузооборот России: структура по видам транспорта и основные тенденции первой половины 2014 года [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://провэд.рф/analvtics/15682-gpuzoobopot-possii-stpuktupa-po-vidam-tpanspopta-i-osnovnye-tendentsii-pepvov-poloviny-2014-goda.html (дата обращения 26.08.2014).

22. Гуров, А. М. Оценка влияния параметров современных амортизаторов удара на продольную динамику поезда: дис. ... канд. техн. наук: 01.02.06 / Гуров Александр Михайлович. - Орел, 2007. - 131 с.

23. Железнодорожные грузоперевозки начнут восстанавливаться после 2015 г. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.eg-online.ru/article/251697 (дата обращения 13.07.2015).

24.Идельчик, И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик; под ред. Штейнберга М. О. 3-е изд., перераб. и доп.— М.: Машиностроение, 1992. — 672 с.

25.Кеглин, Б. Г. Выбор расчетной модели вагона в различных задачах продольной динамики // Вопросы исследования надежности и динамики

элементов подвижного состава железных дорог: Труды Брянск. ин-та трансп. машиностр. - 1971. - Вып. XXIV. - с. 102-111.

26.Кеглин, Б. Г. Исследование уточненных расчетных схем вагона применительно к задачам продольной динамики // Труды Брянск. ин -та трансп. ма-шиностр. - 1971. - Вып. XXIV. - с. 123-127.

27.Кеглин, Б. Г. Основные направления совершенствования амортизаторов удара подвижного состава железных дорог / Б. Г. Кеглин, А. П. Болдырев // Справочник. Инженерный журнал. - Прил. № 11. - 2004. - С. 5-8.

28.Кеглин, Б. Г. О расчетной схеме грузового вагона в некоторых задачах продольной динамики // Вестник ВНИИЖТ. - 1969. - № 3. - с. 16-20.

29.Кеглин, Б. Г. Разработка и исследование гидрополимерного поглощающего аппарата автосцепки / Б. Г. Кеглин, А. П. Болдырев, А. П. Шлюшенков, Э. А. Фатьков, И. Н. Евтюхов // Вестник БГТУ №4 (16) - Брянск: БГТУ. -2007. - С. 21-31.

30. Кеглин, Б. Г. Совершенствование математической модели эластомерного амортизатора удара / Б. Г. Кеглин, М. Г. Войновский // Вестн. Брян. гос. техн. ун-та. - 2013. - №1. - С. 27-35.

31.Кеглин, Б. Г. Экспериментальные исследования высокоэффективного амортизирующего устройства автосцепки ЭПА-120 / Б. Г. Кеглин, А. П. Шлюшенков, А. П. Болдырев, А. В. Иванов, Д. А. Ступин, В. Г. Сударев // Динамика, прочность и надежность транспортных машин: Сб. науч. трудов. - Брянск: БГТУ, 1999. - с. 29-37.

32.Кеглин, Б. Г. Экспериментальные исследования гидрополимерного поглощающего аппарата автосцепки ГП-120 / Б. Г. Кеглин, А. П. Болдырев, А. М. Гуров // Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта: Тезисы докладов 67 Международной научно-практической конференции. - 2007. - С.16-17.

33.Кеглин, Б. Г. Экспериментальное исследование функционирования эластомерного поглощающего аппарата автосцепки / Б. Г. Кеглин, М. Г. Войновский, А. П. Болдырев // Вестник ВНИИЖТ. - 2015. - №5 - с. 13-19.

34.Лазарян, В. А. Влияние неоднородности состава на продольные усилия в поезде / В.А. Лазарян, Е.П. Блохин, Л.В. Белик // Труды ДИИТ.- М.: Транспорт, 1970, вып. 120.- с. 5-15.

35.Манашкин, Л. А. Гасители колебаний и амортизаторы ударов рельсовых экипажей (математические модели): монография / Л. А. Манашкин, С. В. Мямлин, В. И. Приходько. - Днепропетровск: Арт - Пресс, 2007. - 196 с.

36.Манашкин Л. А. Динамика вагонов, сцепов и поездов при продольных ударах: - Дис. ... д-ра техн. наук. - Днепетровск, 1979. - 371 с.

37. Особенности конструкции поглощающих аппаратов повышенной энергоемкости [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://vagonnik.blogspot.ru/2014/02/blog-post 7991.html (дата обращения 08.09.2014).

38.ОСТ 32.175-2001. Аппараты поглощающие автосцепного устройства грузовых вагонов и локомотивов. Общие технические требования. - М.: МПС России, 2001. - 12 с.

39.Патент 112133 РФ МПК В 61 G 11/14. Фрикционно-эластомерный поглощающий аппарат/ Кеглин Б. Г., Фатьков Э. А., Болдырев А. П., Шлюшенков А. П. Опубл. 10.01.12. Бюл. № 9.

40.Патент 120935 РФ МПК8 F16F11/00, F16F 9/14, B61G11/14. Фрикционно-эластомерный поглощающий аппарат автосцепки/ Алдюхов В. А., Болдырев А. П., Васильев А. С., Гуров А. М., Кеглин Б. Г., Шлюшенков А. П. Опубл. 10.10.2012. Бюл. № 28.

41. Поглощающие аппараты [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://aviaagregat-samara.com/7page id=44 (дата обращения 08.09.2014).

42. Поглощающий аппарат 73 zw для железнодорожного транспорта [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.google.com/patents/WQ2012166075A17cHru (дата обращения 29.09.2014).

43.Ртищева А. С. Теоретические основы гидравлики и теплотехники: учебное пособие / А. С. Ртищева - Ульяновск, УлГТУ, 2007. - 171 с.

44.Рынок железнодорожных перевозок [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ntstrans.ru/ru/about/rail transport market (дата обращения 13.07.2015).

45. Северный, В. В. Композиция для получения амортизирующего материала на основе полиорганосилоксанов / В. В. Северный, Н. В. Олейник, Т. И. Сунеканц, Н. В. Величко, Д. А. Ступин, И. Б. Феоктистов, О. А. Ульянов. -М., 1999 - Патент РФ 20.05.1999., № 2130471.

46.Сергеев, К. А. Определение характеристик жесткости противоударных устройств вагонов / К. А. Сергеев, М. П. Козлов, В. А. Котуранов // Наука и техника транспорта. - 2013. - №3. - с.59-62.

47.Современные поглощающие аппараты [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://pomogala.ru/konsrukt/konstrukt 46.html (дата обращения

29.09.2014).

48.Ступин, Д. А. Определение рациональных параметров эластомерных поглощающих аппаратов автосцепного устройства грузовых вагонов: дис. ... канд. техн. наук: 05.22.07 / Ступин Дмитрий Алексеевич. - Москва, 2001. - 138 с.

49.Ступин, Д. А. Определение рациональных параметров эластомерных поглощающих аппаратов автосцепного устройства грузовых вагонов: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.22.07 / Ступин Дмитрий Алексеевич. -Москва, 2001. - 22 с.

50.Ступин, Д. А. Разработка российского эластомерного поглощающего аппарата для автосцепного устройства грузовых вагонов / Д. А. Ступин, В. И. Беляев // Вестник ВНИИЖТ, 1998, №6. С. 29-31.

51.Транспортное пространство России [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ru.investinrussia.com/transp-industry (дата обращения

11.07.2015).

52. Феоктистов, И. Б. Упругие характеристики эластомерного материала для поглощающих аппаратов автосцепного устройства / И. Б. Феоктистов, А. Н.

Степанов // Вестник ВНИИЖТ: Научно-технический журнал. - 2003. - №5. - С. 20-23.

53.Хабарова, Е. В. Силоксановая композиция, поглощающая механическую энергию / Е. В. Хабарова, И. Н. Касьянова, Ю. Л. Морозов, Л. В. Характерова. - М., 1996 - Патент РФ 27.12.1996., № 2070903.

54.Шалимов, П. Ю. Разработка конструкций и математических моделей гидрорезиновых поглощающих аппаратов автосцепки вагонов для перевозки опасных и ценных грузов: автореф. дисс. ... канд. техн. наук / П. Ю. Шалимов. - Брянск, 1994. - 26 с.

55. Эластомеры [Электронный ресурс]. - Режим доступа: ЬНрУ/те^аЬоок.щ/агйЫе/Эластомеры (дата обращения 16.09.2014).

56.Эластомерный поглощающий аппарат 73ZW [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://istruttore.ru/elastomernyi-pogloshayushii-apparat-73zw-239.html (дата обращения 29.09.2014).

57.Ahmed A. Shabana. Railroad vehicle dynamics: А computation approach/ Ahmed A. Shabana, Khaled E. Zaazaa, Hiroyuki Sugiyama. - CRC Press, 2007. - 360 p.

58.Alan Wickens. Fundamentals of Rail Vehicle Dynamics: Guidance and Stability (Advances in Engineering)/ Alan Wickens. - Taylor & Francis, 2003. - 295 p.

59.Iwnicki, S. Handbook of Railway Vehicle Dynamics / S. Iwnicki. - Boca Raton,

FL.: CRC Press Taylor & Francis Group, 2006. - 552p. 60.Karl Popp. System dynamics and long-term behaviour of railway vehicles, track and subgrade (Lecture Notes in Applied and Computational Mechanics) / Karl Popp, Werner Schiehlen. - Springer, 2010. - 492 p.