Выбор конструктивных решений сочлененных грузовых вагонов-платформ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат наук Таничева, Наталия Андреевна

• Таничева, Наталия Андреевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Таничева, Наталия Андреевна

Содержание

Введение

1 Обзор конструкций сочлененных вагонов-платформ и постановка задач исследования

1.1 Обзор конструкций сочлененных вагонов-платформ

1.2 Обзор устройств сочленения

1.3 Постановка задач исследования

2 Анализ технико-экономических характеристик грузовых сочлененных вагонов-платформ

2.1 Сравнение технических характеристик существующих сочлененных вагонов-платформ

2.2 Экономическая эффективность сочлененных вагонов-платформ

2.3 Выводы

3 Выбор конструктивных решений сочлененных вагонов-платформ, обеспечивающих прохождение кривых участков пути

3.1 Разработка методики расчета кинематических ограничений при прохождении кривых малого радиуса

3.2 Результаты моделирования прохождения сочлененными платформами кривых малого радиуса

3.3 Выводы

4 Выбор конструктивных решений сочлененных вагонов-платформ, обеспечивающих прохождение горбов сортировочных горок

4.1 Разработка методики расчета кинематических ограничений при прохождении горбов сортировочных горок

4.2 Результаты моделирования прохождения сочлененными платформами горбов сортировочных горок

4.3 Выводы

5 Разработка конструкции сочлененной платформы длиной 120 футов

5.1 Описание конструкции

5.2 Расчет на прочность

5.3 Выводы

6 Экспериментальные исследования прохождения кривых малого радиуса и горбов сортировочных горок сочлененной платформой и испытания на прочность

6.1 Экспериментальные исследования прохождения кривых участков пути

6.2 Экспериментальные исследования прохождения сортировочной горки

6.3 Экспериментальные исследования прочности конструкции

6.4 Выводы

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Выбор конструктивных решений сочлененных грузовых вагонов-платформ»

Введение

Актуальность проблемы. Инновационное развитие железнодорожного транспорта обусловлено необходимостью повышения эффективности и снижения стоимости железнодорожных перевозок. Одним из новых для России видов подвижного состава являются сочлененные вагоны, широко распространенные за рубежом. Ряд очевидных недостатков этих вагонов сдерживал их применение на железных дорогах СССР, а затем и Российской Федерации.

Первые созданные для колеи 1520 мм сочлененные вагоны АО

_ ______г

«ТАТЯАУАООМКА» и ОАО «Азовмаш» имеют ряд ограничений, затрудняющих их эксплуатацию, а по погонной нагрузке они существенно уступают длиннобазным четырехосным вагонам. В этой связи являются актуальными вопросы создания сочлененных вагонов с новыми конструктивными решениями, с увеличенной погонной нагрузкой и улучшенными технико-экономическими параметрами для российских железных дорог, а также выбора параметров, определения нагрузок, оценки технических решений, условий прохождения сортировочных горок и кривых малого радиуса сочлененными вагонами.

Объективная оценка сочлененных вагонов позволит найти их место в структуре вагонного парка страны и выбрать конструктивные решения, отвечающие условиям эксплуатации на железных дорогах колеи 1520 мм.

Целью работы является разработка научно обоснованных технических решений сочлененных вагонов для колеи 1520 мм, позволяющих повысить их технико-экономическую эффективность и обеспечить безопасность движения.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. Провести сравнение технико-экономических характеристик сочлененных вагонов-платформ с другими видами вагонов-платформ и определить сферу их эффективного применения.

2. Разработать методику выбора конструктивных решений, обеспечивающих прохождение сортировочных горок и кривых малого радиуса.

3. Разработать новые технические решения, позволяющие реализовать их преимущества и применить их в инновационной конструкции платформы.

4. Проверить предложенные методики расчета и технические решения при испытаниях опытных образцов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Проведено сравнение по технико-экономическим параметрам сочлененных вагонов-платформ стран Северной Америки и Европы. Определены перспективные технические решения сочлененных вагонов-платформ для железных дорог колеи 1520 мм.

2. Разработана методика моделирования в программном комплексе SolidWorks Motion прохождения сочлененными платформами для перевозки контейнеров с турникетными опорами и без них кривых участков пути и горбов сортировочных горок для определения оптимальных размеров конструктивных элементов для безопасного прохождения указанных участков пути.

3. Проведены исследования влияния турникетных опор на геометрическую проходимость сочлененными вагонами горбов сортировочных горок и кривых малого радиуса. Определены зазоры, гарантирующие безопасность движения.

4. Получено аналитическое выражение для определения выносов контейнера, установленного над узлом сочленения шестиосной сочлененной платформы, позволяющее уточнить требования к устройству турникетных опор и их размещению на вагоне.

Практическая значимость работы.

1. Проведенные в диссертации исследования зарубежного опыта эксплуатации сочлененных вагонов позволили выявить перспективы конструирования сочлененных вагонов в условиях эксплуатации на колее 1520 мм.

2. Разработанные методики расчета прохождения вагонами сортировочных горок и кривых участков пути позволяют определить оптимальные размеры конструктивных элементов сочлененной платформы.

3. Проведенные исследования уточняют существующие данные в нормативной документации и восполняют недостающие расчеты, касающиеся сочлененных вагонов.

Внедрение. Результаты, полученные в ходе работы над диссертацией, были применены при проектировании сочлененного грузового вагона-платформы модели 13-470-01 и скоростного грузового вагона-платформы модели 13-9894.

1 Обзор конструкций сочлененных вагонов-платформ и

постановка задач исследования

Вопросами выбора параметров грузовых вагонов и методов их расчета посвящено большое количество работ. К числу самых известных авторов в нашей стране и за рубежом можно отнести Анисимова П.С., Бубнова В.М., Вериго М.Ф., Вершинского C.B., Дмитриева В.И., Котуранова В.Н., Кочнова А.Д., Лазаряна В.А., Лукина В.В., Львова A.A., Михальцева Е.В., Никольского Е.Н, Орловой

A.M., Петрова Г.И., Петрова Н.П., Плоткина И.Л., Ромена Ю.С., Травина В.И., Устича В.А., Хохлова A.A., Хусидова В.Д., Челнокова И.И., Черкашина Ю.М., Шадура Л.А., Щукина Н.Л. Большие работы выполнены в ОАО «ВНИИЖТ», ОАО «ВНИКТИ», ОАО «НИИ вагоностроения», НО «Тверской институт вагоностроения», ОАО «НПК «Уралвагонзавод», ООО «ГСК БВ им.

B.М.Бубнова», ПГУПС, МГУПС, УрГУПС, СГУПС, ОмГУПС, СамГУПС, ИрГУПС, РГУПС, ДГУПС, ДИИТ и в других организациях.

По вопросам создания первых сочлененных вагонов для пространства колеи 1520 мм большой вклад внесли ОАО «Азовмаш», ООО «Инновационное вагоностроение», ОАО «ВНИИЖТ», ОАО «ВНИКТИ», ОАО «НВЦ «Вагоны», ОАО «Трансконтейнер», АО «TATRAVAGONKA», Департамент технической политики ОАО «РЖД».

Конкретные вопросы создания сочлененных вагонов рассмотрены в работах Битюцкого A.A., Бороненко Ю.П., Киреевой Ю.С., Мещерина Ю.В., Тимофеева В.К., Цыганской Л.В., Шпади Д.В. Вопросы динамики и устойчивости рассмотрены в работах Орловой A.M., Козлова П.В., Рудаковой Е.А. Однако в них не оценивались технико-экономические преимущества различных решений и не рассматривались важные для эксплуатации вопросы прохождения сортировочных горок, кривых малого радиуса.

Поэтому в дальнейшем в диссертации был проведен анализ конструкций сочлененных платформ и их главного отличия — узлов сочленения.

1.1 Обзор конструкций сочлененных вагонов-платформ

Наиболее применяемыми в эксплуатации вагонами сочлененного типа являются платформы, причем в Европе и Китае количество вагонов-платформ сочлененного типа достигает ориентировочно 95%. В Соединенных Штатах Америки и Канаде, количество вагонов-платформ сочлененного типа достигает 80% [42]. Вагоны сочлененного типа эксплуатируются в основном в поездах постоянного формирования.

Сочлененные вагоны-платформы универсального типа для перевозки тарно-штучных грузов практически не эксплуатируются на железных дорогах Мира, а некоторые типы представлены только установочной серией.

Сочлененные вагоны-платформы, эксплуатируемые на железных дорогах США и Канады, максимально используют допускаемую в этих странах высокую осевую нагрузку (до 35 т/ось). Так компания Greenbrier разработала несколько типов сочлененных вагонов-контейнеровозов для США, удовлетворяющих различным требованиям.

Maxi-Stack I (рисунок 1.1) - сочлененная платформа, состоящая из пяти секций, которая осуществляет перевозку одного 40-футового или двух 20-футовых контейнеров на каждом из пяти составляющих платформ. Кроме того, вагон может перевозить 40, 45 или 48-футовые контейнеры вторым ярусом.

Maxi-Stack IV (рисунок 1.2) - сочлененный вагон-контейнеровоз, состоящий из трех секций, которые могут перевозить контейнеры от 20 до 53 футов первым ярусом и контейнеры от 40 до 57 футов верхним ярусом.

265 1 11T LENGTH OVER COUPLERS

Рисунок 1.1— Gunderson Maxi-Stackl, Greenbier

203-9 44- LENGTH OVER COUPLERS

Рисунок 1.2 - Gunderson Maxi-Stack IV, Greenbier

Европейские сочлененные вагоны-платформы состоят из двух секций, в отличие от североамериканских, но номенклатура перевозимых ими грузов намного шире.

Той же компанией Greenbrier были разработаны модели сочлененных вагонов-контейнеровозов для стран Европы. Сочлененный вагон Sggrss80' (рисунок 1.3) был спроектирован для перевозки четырех 20-футовых контейнеров, двух 40-футовых контейнеров или двух 20-футовых контейнеров с одним 40-футовым контейнером. Вагон оснащен тремя двухосными тележками с максимальной нагрузкой 20 тонн/ось и имеет грузоподъемность 94 т.

Рисунок 1.3 - Sggrss80', Greenbrier Europe

Чешская вагоностроительная фирма ЬОЭТЯ производит широкий спектр платформ сочлененного типа.

Сочлененный вагон Sggrss80' (рисунок 1.4). Сочлененные вагоны этой серии с тремя двухосными тележки типа ¥251^(11 предназначены для перевозки контейнеров 20 и 40 футов. Вагон состоит из двух рам одинаковой конструкции, связанных устройством сочленения типа ШС/ЕЯЯТ На платформе установлено восемь откидывающихся фитинговых упоров, которые переводятся в рабочее положение для установки контейнеров различных размеров.

Сочлененный вагон Sggrss80' (рисунок 1.5) предназначен для перевозки контейнеров длиной 20, 30 и 40 футов. Над шарнирным сочленением находится участок перекрестных листов. Платформа может изгибаться на угол до 1°30' и проходить кривые участки пути с радиусом до 120 м. Установленные на платформе фитинговые упоры откидывающиеся.

Сочлененный вагон Sggrss90' (рисунок 1.6) оборудован тремя двухосными тележками и предназначен для перевозки контейнеров 20, 30, 40, 45 футов и

съемных кузовов 6.05-8.15 м, 9.125-9.3 м, 12,192 м, 13,6 м. В соответствии с просьбой Чешских железных дорог вагон оборудован пневматическим тормозом ОАКО. Также как и на предыдущих двух моделях вагонов данной компании на этом вагоне установлены откидывающиеся фитинговые упоры.

Рисунок 1.4 - Sggrss80', Ш8ТЯ

Рисунок 1.5 - Sggrss80,, ЬС^ТИ.

Задтг» 90'

■'Д'Щ*^!.'' ЗГ

ни __МД_■ Л1 14 ЧУЛ_, м 1*4 II»

Рисунок 1.6 - Sggrss90\ ЬОБТЯ Швейцарская компания ААЕ предлагает Sggmrss90, (рисунок 1.7), который подходит для погрузки практически всех видов контейнеров, а также полуприцепов контейнеровозов длиной до 13,6 м.

г .. 1 ¡1 1: • * !' 1 * - Ш

нз^, 1 гггп ап вгШ «црву* ■ ■ ...........

■ ——

Рисунок 1.7 - Sggmrss90,, ААЕ

В пространстве колеи 1520 мм также существует ряд сочлененных вагонов-платформ. Наибольшее число моделей таких вагонов разработано компанией TATRAVAGONKA (Словакия), которые предусматривают перевозку широкой номенклатуры контейнеров и полуприцепов.

Сочлененный вагон Sggrs/ss80' (рисунок 1.8) предназначен для перевозки 20, 30 и 40-футовых контейнеров, а также полуприцепов.

Сочлененный вагон Sggrs80' (рисунок 1.9) предназначен для перевозки 20 и 40-футовых контейнеров.

Сочлененный вагон Sggmrs/ss90' (рисунок 1.10) подходит для перевозки крупногабаритных контейнеров 20, 30, 40 и 45-футов и широкой номенклатуры полуприцепов максимальной длины до 13,6 м.

Сочлененный вагон Sggmrs/ssl04' (рисунок 1.11) подходит для перевозки крупногабаритных контейнеров 20, 30, 40 и 45 футов, а также широкой номенклатуры полуприцепов максимальной длины до 13,6 м.

Сочлененный вагон Sdggmrs (рисунок 1.12) подходит для перевозки всех седловых полуприцепов и контейнеров 20, 30, 40 и 45 футов, высотой 8 футов или 8 футов 6 дюймов.

Сочлененный вагон Sdggmrs Twin (рисунок 1.13) подходит для перевозки всех седловых полуприцепов и мегатрейлеров, 40 и 45-футовых контейнеров без применения передвижных балок и 20 и 30-футовых контейнеров с применением передвижных балок.

Результатом сотрудничества компаний TATRAVAGÓNKA, ОАО «РЖД» и ОАО «ТрансКонтейнер» стал новый скоростной вагон-платформа сочлененного типа модели 13-9851 (рисунок 1.14). Конструкция данной платформы позволяет обеспечить перевозку 45-футовых контейнеров, а также четырех 20-футовых контейнеров, загруженных до полной грузоподъемности. Разработка вагона производилась на основании технических требований ОАО «РЖД». В марте 2010 года были проведены приемочные испытания, PC ФЖТ выдан сертификат соответствия на установочную серию 400 штук.

Рисунок 1.8-Сочлененный вагон Sggrs/ss80', TATRAVAGÓNKA

Рисунок 1.9 - Сочлененный вагон Sggrs80', TATRAVAGÓNKA

аи __м_

Рисунок 1.10 - Сочлененный вагон Sggmrs/ss90', TATRAVAGÖNKA

___ ___ f

Рисунок 1.12 — Сочлененный вагон Sdggmrs, TATRAVAGONKA

Рисунок 1.13 - Сочлененный вагон Sdggmrs Twin, TATRAVAGÖNKA

Рисунок 1.14 - Сочлененный вагон-платформа модели 13-9851,

TATRAVAGÖNKA

К настоящему времени на Украине имеется проект сочлененной платформы модели 13-4123 производства ОАО «Днепровагонмаш» (рисунок 1.15) на скоростных тележках нового поколения, предназначенной для транспортировки крупнотоннажных контейнеров в один ярус. Конструктивно платформа представляет собой две бесхребтовые секции рамы, установленные на три двухосные тележки. Секции соединены узлом сочленения, через который они опираются на среднюю двухосную тележку. Устройство сочленения, применяемое на данном вагоне, предоставлено фирмой ASF. Платформа при длине до 30 м имеет грузоподъемность 96 т и массу тары 29 т.

Вагон-платформа модели 13-1839 производства ОАО «Азовмаш» предназначена для перевозки крупнотоннажных 20, 30, 40, 45-футовых контейнеров. При общей погрузочной длине двух секций 90 футов, возможна перевозка контейнеров (при различных схемах погрузки) с общей массой брутто до 109,5 тонн.

На основе анализа существующих типов конструкций сочлененных вагонов были сделаны следующие выводы:

1. Основное назначение сочлененных вагонов-платформ - перевозка контейнеров различных типоразмеров, полуприцепов и тарно-штучных грузов.

2. Сочлененные вагоны широко применяются за рубежом. В Северной Америке вагоны эксплуатируются с высокими осевыми нагрузками до 35 тонн на ось. В Европе - с осевыми нагрузками до 22 тонн на ось.

3. Сочлененные вагоны разрабатываются в виде сцепов от двух до десяти секций.

Анализ научно-технической ситуации (таблица 1.1) позволил выделить принципиальные критерии оценки сочлененных вагонов-платформ:

• по погрузочной длине;

• по устройству сочленения;

• по допускаемой нагрузке на ось;

• по количеству секций;

• по назначению.

Таблица 1.1- Технические характеристики вагонов-платформ сочлененного типа,

эксплуатирующихся на железных дорогах мира

Сочлененная платформа Ед-ца изм-я Страна (регион)

Украина США Ев pona

Модель 13-4123 ОАО «Днепровагонмаш» Модель 13-1839 ОАО «Азовмаш» Maxi-Stack I Greenbier Maxi-Stack IV Greenbier Sggrss80' Greenbrier Europe Sggrss80' LOSTR Sggrss80' LOSTR Sggrss90' LOSTR ô o\ й Щ a < £ < ЬО ^ 00 сл Sggrs/ss80' TATRA VAGÓNKA Sggrs80' TATRAVAGÓNKA Sggmrs/ss90' TATRAVAGÓNKA Sggmrs/ssl04' TATRAVAGÓNKA Sdggmrs TATRA VAGÓNKA Sdggmrs Twin, TATRAVAGÖNKA Модель 13-9851 TATRA VAGÓNKA, ОАО «ТрансКонтейнер» j

Длина погрузочного пространства футы 90 90 225 171 80 80 80 90 90 80 80 90 104 90 90 90

Количество секций шт. 3 3 5 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Устройство сочленения - ASF - - - ASF UIC/ ERRI ASF ASF - - - - - - - -

Грузоподъемность т 96 109,5 283 163,3 94 109 107 105,2 106 107,5 90 106 105 86 85 106

Тара т 29 30,7 80 56,7 26 26 28 29,8 29 27,5 25,3 29 30 34 35 35

Допускаемая нагрузка от оси на рельс т/ось 23,5 23,5 35 35 20 22,5 22,5 22,5 22,5 22,5 20,0 22,5 22,5 20,0 20,0 23,5

Длина по осям сцепления автосцепок мм 30 000 29 160 78 064 62 122 27 050 26 400 26 700 28 350 28 350 26 390 26 390 29 590 33 480 34 200 34 030 29570

База вагона мм 24 000 24 000 - - 21 400 20 700 21 160 24 050 23 990 20 850 20 850 24 050 27 940 28 400 28 400 24 000

Ширина максимальная мм - 3004 3250 3250 - - - - 2930 2380 - 2380 - 2980 - -

1.2 Обзор устройств сочленения

Для обеспечения прохождения сочлененными вагонами кривых участков пути и сортировочных горок применяются специальные беззазорные соединения. Разработка и внедрение беззазорных сцепных устройств обусловлены тем фактом, что в случае отсутствия зазоров в сцепках поезда по всей его длине существенно снижается уровень продольных сил и повышается стабильность динамических характеристик. Это относится как к автосцепным устройствам между вагонами, так и к межсекционным соединительным устройствам сочлененных (многосекционных) вагонов.

В Северной Америке комитетом по сцепкам и поглощающим аппаратам Ассоциации американских железных дорог (AAR) и рабочей группой комитета предприятий-поставщиков автосцепных устройств, в которую вошли представители компаний ABC-NACO, ASF-Keystone, McConway&Torley и отделения Cardwell Westinghouse компании Wabtec, в январе 2001 г. был утвержден раздел S Сборника стандартов и рекомендуемых практик под обозначением М-215 Casting Details [4].

В качестве стандартных соединительных устройств были утверждены соединительные устройства, первоначально разработанные компанией ТТХ в середине 1980-х годов применительно к трех- и пятисекционным сочлененным вагонам-платформам с пониженной грузовой площадкой для перевозки контейнеров в два яруса.

Далее в этом разделе приведены наиболее известные конструкции устройств сочленения, используемые и использовавшиеся в сочлененных вагонах.

Первоначально узел сочленения компании Amsted (рисунок 1.16), запатентованный в 1965 году [55], состоял из двух сцепных частей, соединяемых центральным элементом над подпятником средней тележки. Усовершенствованное устройство сочленения той же компании (рисунок 1.17) было запатентовано уже в 1967 году [58]. В отливке, в которую входит ответная шарнирная часть, сделана специальная полость для крепления. Устройство

крепится непосредственно на шкворневой балке с помощью опорной втулки. Болт, установленный наверху устройства, обеспечивает поворот вокруг вертикальной оси.

Рисунок 1.16 - Узел сочленения компании Ап^ес!, 1965 г.

В дальнейшем компания Агт^ес! продолжила развивать конструкции, добиваясь улучшения показателей. Узел сочленения (рисунок 1.18), запатентованный в 1972 году [56], сводит к минимуму ослабление сцепления и предотвращает вредоносное трение между элементами.

FIG 2

Рисунок 1.18 - Узел сочленения компании Amsted,1972 г.

В 1973 году запатентован [57] узел сочленения (рисунок 1.19), действующий и соединяющийся под силой собственной тяжести. Благодаря своей конструкции устройство практически исключает возникновение зазоров в продольной оси вагона.

f 30 ,А6

В 1975 году компанией Агшгес! был запатентован прототип (рисунок 1.20), получивший развитие в современных моделях этой компании.

Г __

г

\Г

( )

( )

с )

с )

( )

( )

Рисунок 1.20 - Узел сочленения компании АСР,1975 г.

Последний узел сочленения компании Агг^ес! (рисунок 1.21), запатентованный в 1999 году [60], является самым усовершенствованным вариантом их устройства. Оно имеет лучшую эргономику, уменьшенную массу, большие углы поворотов.

]53

^ V Ч Ч < У^и ( V Г!

Часто встречающимся за рубежом устройством сочленения является разработка этой компании - беззазорное сцепное устройство типа QUIK-DRAW (рисунок 1.22). При его разработке основной целью было обеспечение благоприятных характеристик при движении в кривых. В конструкции устройства, поставляемого в исполнениях разной длины, используется вертикальный шкворневой шарнир. Поглощающий аппарат может выдерживать продольные силы в составе поезда величиной до 450 т при ходе, равном примерно 6,3 мм. В устройстве применен материал KEY-GUARD на базе эластомера, который уменьшает сопротивляемость перемещениям в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Одновременно он устраняет механическое схватывание металлических поверхностей контактирующих тел.

Spherical Ring Seat

•70 100 ton 3805A •125 ton 3864A

Female Art. Conn •14" 3~99D •16" 3S65B

Spheric?) Ring •70/100 ton 3800C •125 ton 3863C

Маш Рш •991

О Ring •818

Follower Block •3828B

Pia Seanag Slock

•3801E

Cotter Pin •CAC1

Washer •1076

PBB Spring

Pin Retainer •980

Wedge •3829B

Male Art. С 01111

Рисунок 1.22 - Беззазорное соединительное устройство компании ASF-Keystone

Данное соединительное устройство состоит из двух частей. Одна из них представляет собой плиту, смонтированную в центре тележки, другая приварена к хребтовой балке смежной секции. Эти части соединяются шкворнем, и в месте их сочленения помещается кольцевой сменный блок, воспринимающий нагрузку и обеспечивающий требуемую свободу взаимных перемещений. В устройстве применен так называемый падающий (под действием собственной тяжести) клин, обусловливающий автоматическую выборку зазора. Его особенностью является наличие характерной точки, по положению которой определяют степень износа трущихся тел, по достижении которой требуется ремонт или замена для сохранения режима беззазорной работы.

Узел сочленения компании А-Бйгск] (рисунок 1.23) запатентован в 1990 году [53]. Данное устройство располагается над общей средней тележкой между сочлененными вагонами. Конструктивно оно состоит из двух круглых плоских элементов, поддерживающих платформы на общем подпятнике. Элементы укладываются друг на друга, а затяжной винт скрепляет их между собой.

Узел сочленения компании Hansen Inc (рисунок 1.24) запатентован в 1996 году [59,61]. Устройство устанавливается над средней тележкой сочлененных вагонов. Одна его часть образована стандартным подпятником одной полурамы и сферическим элементом, передающим вертикальные, поперечные и продольные нагрузки между сопрягаемыми платформами. Ответная часть представляет собой систему элементов, обеспечивающих беззазорное соединение платформ.

Рисунок 1.24 - Узел сочленения компании Hansen Inc, 1996 г.

Узел сочленения компании Thrall (рисунок 1.25), запатентованный в 1996 году [63], отличается большим количеством входящих в него элементов. Центральная часть имеет достаточную длину для установки контактных рукавов, позволяющих исключить соприкосновение с элементами тележки. Также контактные рукава могут служить дополнительной опорой для контейнеров. Поворотным элементов является доработанный подпятник. Вся конструкция устройства сочленения может быть установлена достаточно низко по сравнению с другими устройствами этого типа, что позволяет уменьшить общую высоту груженого вагона и, следовательно, снизить динамические нагрузки.

Рисунок 1.25 - Узел сочленения компании Thrall, 1996 г.

Устройство сочленения немецкой компании Lemforder Metalwaren AG (рисунок 1.26), запатентованное в 1999 году [52], отличается наличием амортизирующих прокладок внутри корпуса, вокруг шаровидного соединяющего элемента, и снаружи, для обеспечения большого угла поворота. При этом эластомерное покрытие позволяет устройству иметь большой срок службы.

Узел сочленения компании ТТХ Company (рисунок 1.27) запатентован в 2005 году [62]. Он отличается от других подобных конструкций наличием стержня, обеспечивающего поворот только в горизонтальной плоскости. Поворот в продольной и поперечной вертикальных плоскостях обеспечивается конструкциями соединяемых частей устройства.

Рисунок 1.26 - Узел сочленения компании Lemforder Metalwaren AG, 1999 г.

Компанией Сагс1\¥е11 \Vestinghouse (Wabtec) разработано и запатентовано достаточно большое количество изобретений, связанных с устройствами сочленений. В 1992 году ими запатентована конструкция устройства сочленения (рисунок 1.28), которое в дальнейшем получило развитие в этой компании.

Самым новым устройством сочленения этой компании является 8АС-1 (рисунок 1.29). Этот узел сочленения позволяет секциям поворачиваться в плане относительно друг друга на угол 22°. Кроме того, допускается поворот секций сочлененной платформы относительно друг друга по продольной оси. Шкворень, закрепленный в узле сочленения, не позволяет тележке выйти из зацепления с пятником узла при обезгруживании

Рисунок 1.28 - Узел сочленения компании Cardwell Westinghouse, 1992 г.

Рисунок 1.29 - Узел сочленения SAC-1, компания Cardwell Westinghouse

Широкий выбор сцепных устройств предлагает компания McConway&Torley, наиболее известным изделием которой является соединительное устройство SDB-3, широко используемое в пятисекционных сочлененных платформах с пониженной грузовой площадкой. Кроме того, компания разработала так называемую интегрированную систему сцепления беззазорной конструкции, которая включает эластомерный клин, позволяющий компенсировать износ и регулировать зазор в пределах 6,3-9,5 мм.

Компания ABC-NACO в настоящее время не предлагает беззазорных сцепных устройств. Однако выпускаемые ею стандартные устройства совместимы с беззазорными устройствами QUIK-DRAW компании ASF-Keystone и подобными устройствами компании Miner, устанавливаемыми на одиночных вагонах, используемых в смешанных перевозках и имеющих повышенную вместимость и грузоподъемность.

Компания ABC-NACO занимается соединительными устройствами с 1988 г. Для конструкций соединительных устройств ABC-NACO характерно наличие контролируемого зазора, поскольку, по мнению специалистов компании, зазор величиной 3,25-6,3 мм даже желателен, так как при полном отсутствии зазора быстро нарастает износ. В конструкции устройства используются эластомерные втулки, которые при нагрузке 113,4 т обеспечивают ход 6,3 мм без видимого износа. Для повышения ремонтопригодности и упрощения сборки число деталей в устройстве уменьшено.

В результате анализа существующих конструкций устройств сочленения были выявлены две принципиальные схемы, получившие распространение в мировой практике: шаровые и двухшарнирные [4].

В Северной Америке наибольшее распространение получили узлы сочленения SAC-1 Cardwell Westinghouse (Wabtec) и ASF-Keystone (Amsted), обеспечивающие поворот относительно трех осей. В североамериканских вагонах каждая из секций имеет дополнительную опору на упругие скользуны.

В Европе на грузовых вагонах применяется двухшарнирный узел сочленения, обеспечивающий поворот относительно вертикальной и поперечной осей. Степень свободы на поворот относительно продольной оси обеспечивается на узле сочленения, в соединении пятник-подпятник, который у тележек типа У-25 имеет сферическую форму. Взаимный поворот двух секций относительно продольной оси отсутствует. В большинстве европейских вагонов одна из секций через жесткий скользун опирается на другую, а та, в свою очередь, опирается на упругие скользуны.

Анализируя технические решения, следует отметить, что с точки зрения применения на пространстве колеи 1520 мм, каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.

Достоинством европейского сочленения является простота и относительная дешевизна конструкции. Но отсутствие степени свободы на поворот относительно продольной оси - существенный недостаток в случае ее применения в сочетании с плоским подпятником тележек колеи 1520 мм. В этом случае степень свободы обеспечивается перевалкой на пятнике и наклоном на пружинах, что неминуемо должно привести к ухудшению ходовых качеств.

Другим недостатком данного технического решения является необходимость разъединения секций для выкатки средней тележки, что вызывает необходимость не только разборки и выемки шкворня, но и разъединение рукавов тормозной магистрали, после которой требуется проведение стационарных тормозных испытаний вагона.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Таничева, Наталия Андреевна, 2013 год

Список литературы

1. Алюминиевые детали объемной штамповки для подвижного состава // Железные дороги мира №7, 2006.

2. Апямовский A.A. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation, 2010. - 464 с.

3. Апямовский АА., Собачкин АА., Одинцов Е.В. и др. SolidWorks: Компьютерное моделирование в инженерной практике, 2005. - 799 с.

4. Беззазорные сцепные устройства // Железные дороги мира №11, 2002.

5. Беседин И.С., Мугинштейн ЛА., Захаров С.М. Развитие тяжеловесного движения на железных дорогах мира // Железные дороги мира №9, 2006.

6. Битюцкий A.A. Сравнительная оценка эффективности сочлененных контейнерных платформ // Наука и транспорт, №2 (6), 2013. - 10-15 с.

7. Бороненко Ю. П., Белгородцева Т. М., Кукушина Н. А. Выбор конструктивных решений сочлененных грузовых вагонов для колеи 1520 мм // Сборник тезисов VIII Международной научно-технической конференции "Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты". - Санкт-Петербург, 2013.

8. Бороненко Ю.П. Инновационный грузовой подвижной состав железных дорог и его высокотехнологичное производство. // ООО «Т-Пресса», «Наука и транспорт» №3, 2012, Модернизация железнодорожного транспорта. - 18-21 с.

9. Бороненко Ю.П., Белгородцева Т.М., Васильев С.Г., Смирнов Н.В. Инновационное решение - 120-футовая платформа сочлененного типа для перевозки трех 40-футовых крупнотоннажных контейнеров // Транспорт Российской Федерации №5 (24), 2009.

10. Бороненко Ю.П., Белгородцева Т.М., Кукушина H.A. Выбор конструктивных решений сочлененных грузовых вагонов для колеи 1520 мм // Транспорт Российской Федерации №3 (46), 2013. - 3-9 с.

11. Бороненко Ю.П., Васильев С.Г., Смирнов Н.В. Вагон-платформа сочлененного типа для перевозки крупнотоннажных контейнеров. Патент №82174 от 09.02.2009.

12. Бороненко Ю.П., Орова A.M., Цыганская Л.В., Решетов В.А., Рудакова Е.А. О проекте создания инновационного грузового подвижного состава // Вагоны и вагонное хозяйство, №1, 2011. - 35-37 с.

13. Бороненко Ю.П., Цыганская Л.В., Смирнов Н.В., Кукушина H.A. Разработка сочлененных вагонов-платформ и пути повышения их эффективности // Сборник

тезисов VII Международной научно-технической конференции "Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты". - Санкт-Петербург. - 2011.

14. Вагону добавили точку опоры // Гудок №185, 2009, стр.7.

15. Вагоны: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / Л. А. Шадур, И. И. Челноков, Л. Н. Никольский, Е. Н. Никольский, В. Н. Котуранов, П. Г. Проскурнев, Г. А. Казанский, А. Л. Спиваковский, В. Ф. Девятков; Под ред. Л. А. Шадура. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1980.

16. Василенко Д.А. Сравнительный анализ конструкции рам длиннобазных платформ // Известия ПГУПС №4 (13), 2007.-48-56 с.

17. Васильев С.Г., Цыганская Л.В., Кукушина Н.А., Атаманчук Н.А. Создание сочлененного вагона для перевозки трех 40-футовых контейнеров // Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты. Тезисы VI международной научно-технической конференции. - СПб: ПГУПС, 2009. - С.3-5.

18. ГОСТ 9238-83. Габариты приближения строений подвижного состава железных дорог колеи 1520 (1524) мм. - Введ. 1984-07-01. - М.: Издательство стандартов, 1988. - 30 е.: ил.

19. ГОСТ 22235-76 Вагоны грузовые магистральных железных дорог колеи 1520 мм. Общие требования по обеспечению сохранности при производстве погрузочно-разгрузочных и маневровых работ.

20. ГОСТ 3475-81 Устройство автосцепное подвижного состава железных дорог колеи 1520 (1524) мм. Установочные размеры.

21. Железные дороги США: особенности грузовых и пассажирских перевозок // Железные дороги мира №4, 2007.

22. Киреева Ю.С., Мещерин Ю.В. Новая сочлененная платформа разработки АО «Татравагонка» // Вагоны и вагонное хозяйство №2 (18), 2009.

23. Кожокарь К.В. Особенности разработки скоростного сочлененного вагона-платформы для перевозки контейнеров // Транспорт Российской Федерации №3 (46), 2013.-21-24 с.

24. Козлов П.В. Влияние базы вагона-платформы сочлененного типа на запас устойчивости от схода колеса с рельса // Известия ПГУПС №4, 2011. - 55-62 с.

25. Козлов П.В. Влияние подвижности груза на запас устойчивости от опрокидывания вагона-платформы сочлененного типа // Транспорт Урала №2 (33), 2012.-44-49 с.

26. Лукин В.В. и др. Конструирование и расчет вагонов.— М.: Транспорт, 2000.

27. Кукушина H.A. Поиск оптимальной высоты турникетной опоры сочлененного вагона для обеспечения безопасного прохождения горбов сортировочных горок // Сборник научных статей "Подвижной состав XXI века (идеи, требования, проекты)", Выпуск 6. - СПб, 2011. С.124.

28. Кукушина H.A. Разработка методики и расчет условий прохождения сочлененными платформами сортировочных горок и кривых участков пути // Транспорт Российской Федерации №2 (45), 2013. - 71-75 с.

29. Кукушина H.A. Разработка методики и расчет условий прохождения сочлененными платформами сортировочных горок // Тези доповщей. XIII М1жнародна конференцт «Проблеми мехашки залюничного транспорту (безпека руху, динамка, мщшсть рухомого складу та енергозбереження)». - Днтрпетровськ, Укра'ша. - 2012.

30. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). СПб, 2004.

31. Материалы Второй Международной конференции «Железнодорожное машиностроение. Перспективы, технологии, приоритеты» от 16.09.2008 г.

32. Морчиладзе И.Г., Соколов A.M., Соколов М.М. Проектирование, конструирование, расчет и испытания вагонов, 2009. - 521 с.

33. Морчиладзе И.Г., Третьяков A.B., Соколов A.M. Совершенствование вагонов-платформ для международных перевозок контейнеров // Железные дороги мира №8, 2006.

34. Новое в грузовом вагоностроении США //Железные дороги мира №8, 2008.

35. Нормы расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных), 1996.

36. Орлова A.M., Козлов П.В. Оценка устойчивости сочлененных вагонов от выжимания и опрокидывания // Подвижной состав XXI века: материалы конференции, №6, 2011.-20-27 с.

37. Орлова A.M., Смирнов Н.В., Козлов П.В. Особенности динамического поведения сочлененных вагонов // Вагоны и вагонное хозяйство №4 (24), 2010. - 32-34 с.

38. Правила и нормы проектирования сортировочных устройств на железных дорогах колеи 1520 мм, 2003.

39. Правила изготовления контейнеров. Российский морской регистр судоходства, 2005.

40. Рудакова Е.А. Исследование динамических качеств сочлененного вагона-платформы на математических моделях // Вестник Днепропетровского национального

университета железнодорожного транспорта имени академика В.Лазаряна №23, 2008. - 85-88 с.

41. Рудакова Е.А., Артамонов Е.И., Козлов П.В. Результаты ходовых испытаний сочлененного вагона-платформы модели 13-410-01 // Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты. Тезисы VI международной научно-технической конференции. - СПб: ПГУПС, 2009. - С.161-162.

42. Совершенствование конструкций грузовых вагонов // Железные дороги мира №09, 2000.

43. Сотников Е.А. История и перспективы мирового и российского железнодорожного транспорта, 1800-2100 годы, 2005. - 110 с.

44. Тимофеев В.К. и др. Типаж специализированных платформ для перевозки крупнотоннажных контейнеров // Вагоны и вагонное хозяйство № 4, 2005.

45. ЦМ-943. Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. -2003.-М.: ЮрТранс. -544с.: ил.

46. ЦП-4425. Инструкция по применению габаритов приближения строений ГОСТ 9238-83. - Введ. 1989-03-01. - Екатеринбург: УралЮрИздат.

47. Цыган Б.Г. Современное вагоностроение. Т.1: Железнодорожный подвижной состав, 2008. - 430 с.

48. Шадур Л.А. Развитие отечественного вагонного парка. — М.: Транспорт, 1988.

49. Шпади Д.В. Через совершенствование технических характеристик - к повышению потребительских свойств грузового вагона // Вагоны и вагонное хозяйство, №2 (18), 2009.-4-5 с.

50. Cudahy, Brian J. The Containership Revolution: Malcom McLean's 1956 Innovation Goes Global. TR News, № 246. - September-October 2006.

51. Field inspection information for Cardwell Westinghouse S.A.C. Spherical articulated connectors.

52. Internationaleveroffentlichungsnummer WO 99/55543.Germany, 1999.

53. Patent Application GB 2 242 660 A. United Kingdom, 1990.

54. Patent Specification 3,216,370. United States of America, 1965.

55. Patent Specification 3,216,370. United States of America, 1965.

56. Patent Specification 3,646,604. United States of America, 1972.

57. Patent Specification 3,716,146. United States of America, 1973.

58. Patent Specification 30,831/67.Connector for articulated railway car. Australia,

1967.

59. Patent Specification 5,520,295. United States of America, 1996.

60. Patent Specification EPO 987 162 A2. Europe, 1999.

61. Patent Specification Re. 35,961. United States of America, 1998.

62. Patent Specification US 2005/0160584 A1. United States of America, 2005.

63. Patent Specification WO 96/35600. United States of America, 1996.

64. SAC-1 Casting Weld Repair Procedure SC-33108.