STRENGTH DETERMINATION OF LOAD-BEARING STRUCTURE OF ARTICULATED FLATCAR OF ROUND PIPES

Purpose. This study aims to determine the strength of the load-bearing structure of the articulated flatcar of round pipes. Methodology. A computer model of the load-bearing structure of an articulated flatcar of round pipes has been created. To study the dynamic loading of the load-bearing structure of the flatcar, mathematical modeling was performed. The calculation is made in a flat coordinates. The oscillations of twitching, pitching and bouncing are taken into account. The motion differential equations are solved in MathCad software. Findings. It was established that the accelerations that fall upon the load-bearing structure of the first section of the flatcar are 38.2 m/s², and the second – about 37.5 m/s². The obtained acceleration values are taken into account when determining the strength indicators of the flatcar load-bearing structure. The calculation is done using the finite element method in CosmosWorks software. It is taken into account that each section of the flatcar is loaded by two 20-foot containers. The results of the calculations made it possible to conclude that the maximum equivalent stresses occur in the cantilever parts of center sill and are about 200 MPa, i.e., they do not exceed the allowable ones. The maximal displacements in the structural node are fixed in the middle parts of the sections and are 3.8 mm, the maximum deformations are 2,3·10-3. Originality. A computer model has been developed to determine the strength of the load-bearing structure of articulated flatcar made of round pipes. The model allows determining the strength indicators of the flatcar load-bearing structure with longitudinal loading of the structure. Practical value. The conducted research will increase operation efficiency of combined transportations and create recommendations on modern designing of articulated flatcars

Dynamic Loading Research of the Gondola car Supporting Structure with an Elastic-Viscous Filler in a Center Sill

Purpose. The work aims to investigate dynamic loading of the supporting structure of a gondola car with an elastic-viscous filler in the center sill by means of mathematical modeling. Methodology. Mathematical modeling of the dynamic loading of the supporting structure of a gondola car with a closed center sill filled with a filler with elastic-viscous properties has been carried out. The case of the highest load on the supporting structure of the gondola car in operation is taken into account – a shunting collision, taking into account the action of a load of 3.5 MN on the rear stop of the automatic coupler. To determine the dynamic loading of a gondola car, a mathematical model formed by prof. G. I. Bohomaz was used. However, within the framework of this study, the model was refined by adapting it to the determination of the dynamic loading of a gondola car. It also takes into account the friction forces arising between the center plates of the body and the center pivots of the bogies, as well as the properties of the energy-absorbing material. The solution of the mathematical model was carried out in the MathCad software package. In this case, the differential equations of motion were reduced to the Cauchy normal form, and then integrated using the Runge-Kutta method. Initial displacements and speeds are taken equal to zero. The calculation was carried out on the example of a universal gondola car model 12-757 built by Kriukivskyi Carriage Works PJSC (Kremenchug) on standard bogies 18-100. Findings. Accelerations are obtained as components of a dynamic load acting on a gondola car with a closed center sill structure filled with an elastic-viscous filler. It was found that with the stiffness of the center sill filler of 82 kN/m, as well as the viscous resistance coefficient of -120 kN∙s/m, the maximum accelerations of the gondola car supporting structure is about 37 m/s2 (0.37g). Originality. A mathematical model is proposed for determining the dynamic loading of a gondola car with a closed structure of a center sill filled with an elastic-viscous filler. The model makes it possible to obtain accelerations as the components of the dynamic loading acting on the supporting structure of the gondola car, taking into account the improvement measures during a shunting collision. Practical value. The results of the research will help to reduce the damage to the supporting structures of gondola cars in operation, reduce the cost of their maintenance, create developments in the design of innovative structures of rolling stock, as well as increase the efficiency of its operation

Loading Research of Load-Bearing Structure of Hopper Car with Composite Roof

Purpose. The work is aimed to investigate the loading of load-bearing structure with composite material roof. This will allow reducing the dead weight of the hopper car and will contribute to the possibility of increasing its carrying capacity. Methodology. Investigations were performed using the example of hoper car for grain transporting, model 19-6869, manufactured by Karpaty Experimental Mechanical Plant. It is important to say that the use of composite material reduces the roof weight by up to 40% in comparison with the metal design. That is why mathematical modeling of dynamic loading of the hopper car with composite roof was carried out. Differential equations were solved by Runge-Kutta method in MathCad software package. Initial conditions were assumed to be zero. During the calculations, the spring suspension parameters of the 18-100 bogie models were taken into account. The obtained results of calculations were used when determining the main indicators of the roof strength. The spatial model of the hopper car roof was created in SolidWorks software complex. Calculation was performed by the finite element method, which is implemented in the SolidWorks Simulation (CosmosWorks) software complex. When constructing the finite element model of the hopper car, the isoparametric tetrahedra were used. The optimum number of the model elements was determined by the grapho-analytical method. Findings. The basic indices of load-bearing structure dynamics of hopper car with composite roof were obtained. Acceleration of the body in the mass center was 5,0 m/s2. Coefficient of vertical dynamics is equal to 0.67. It was found that the maximum equivalent stresses in the roof for all the considered loading schemes do not exceed the admissible values, that is, the roof strength is ensured. Originality. The mathematical modeling of dynamic loading of the load-bearing structure of the hopper car with composite roof was carried out. The acceleration values as the components of dynamic loading acting on it during operation as well as vertical dynamics coefficient were determined. The strength indicators of the composite roof under the main operational loading modes have been found out. Practical value. The conducted research will contribute to the creation of guidelines for the design of innovative structures of the rolling stock, as well as increase the efficiency of its operation

ВИЗНАЧЕННЯ НАВАНТАЖЕНОСТІ КОНТЕЙНЕРІВ У СКЛАДІ КОМБІНОВАНИХ ПОЇЗДІВ ПРИ ПЕРЕВЕЗЕННІ ЗАЛІЗНИЧНИМ ПОРОМОМ

Purpose. The study is aimed at determination of the loading of containers in mixed trains when transporting by train ferries. Methodology. In order to achieve the objective the author studied accelerations (as components of the dynamic load) influencing the bearing structure of a 1CC standard container located on a flat car during transportation by train ferry. In order to determine accelerations influencing the bearing structure of a container, a mathematical model of the container’s movements under train ferry oscillations was made. The model considered angular displacements of a train ferry relative to the longitudinal axis (bank) as being the maximum load on the bearing structure, as well as changes in the container stability relative to the flat car frame. While working out the motion equations three diagrams of interrelation between the container and the flat car located on the train ferry deck were considered: 1) absence of displacements of the flat car and containers relative to the initial place under the train ferry oscillations; 2) with displacements of the flat car under the train ferry oscillations when containers are immovable relative to the flat car frame; 3) with displacements of the flat car relative to the deck and relative to the flat car frame. The differential equations of motion were solved in Mathсad taking into account their reduction to a normal Cauchy problemwith a subsequent integration by the Runge–Kutta method. Findings. Refined values of accelerations influencing the bearing structure of containers located on the flat car while transporting by train ferry were obtained. Originality. The mathematical models of displacements of container bearing structures located on a flat car while transporting by train ferry were proposed. Practical value. The results of investigations can be applied for designing bearing structures of new generation containers, besides they may improve the efficiency of mixed transportation along the international transport corridors.Цель. Данное исследование направлено на определение нагруженности контейнеров в составе комбинированных поездов при перевозке железнодорожным паромом. Методика. Для достижения поставленной цели проведены исследования ускорений (как составляющих динамической нагрузки), которые действуют на несущую конструкцию универсального контейнера типоразмера 1СС, размещенного на вагоне-платформе при перевозке железнодорожным паромом. Для определения ускорений, которые действуют на несущую конструкцию контейнера, составлена математическая модель его перемещений при колебаниях железнодорожного парома.Во внимание приняты угловые перемещения железнодорожного парома относительно продольной оси (крен), как случая наибольшей нагруженности несущей конструкции, а также влияния на устойчивость контейнера относительно рамы вагона-платформы. При составлении уравнений движения рассмотрены три схемы взаимодействия контейнера с вагоном-платформой, размещенного на палубе железнодорожного парома: 1) отсутствие перемещений вагона-платформы и контейнеров относительно первоначального положения при колебаниях железнодорожного парома; 2) наличие перемещений вагона-платформы при колебаниях железнодорожного парома с учетом неподвижности контейнеров относительно рамы вагона-платформы; 3) наличие перемещений вагона-платформы относительно палубы и контейнеров – относительно рамы вагона-платформы. Решение дифференциальных уравнений движения осуществлено в среде программного обеспечения Mathсad с учетом сведения их к нормальной форме Коши с последующим интегрированием по методу Рунге-Кутты. Результаты. Получены уточненные значения ускорений, которые действуют на несущую конструкцию контейнеров, размещенных на вагоне-платформе при перевозке железнодорожным паромом. Научная новизна. Предложены математические модели перемещений несущих конструкций контейнеров, размещенных на вагоне-платформе при перевозке железнодорожным паромом. Практическая значимость. Результаты проведенных исследований могут использоваться при проектировании несущих конструкций контейнеров нового поколения, а также будут способствовать повышению эффективности комбинированных перевозок в направлении международных транспортных коридоров.Мета.Дане дослідження спрямоване на визначення навантаженості контейнерів у складі комбінованих поїздів при перевезенні залізничним поромом. Методика. Для досягнення зазначеної мети проведені дослідження прискорень (як складових динамічного навантаження), що діють на несучу конструкцію універсального контейнера типорозміру 1СС, розміщеного на вагоні-платформі при перевезенні залізничним поромом. Для визначення прискорень, що діють на несучу конструкцію контейнера, складено математичну модель його переміщень при коливаннях залізничного порому. До уваги прийняті кутові переміщення залізничного порому відносно повздовжньої осі (крен), як випадку найбільшої навантаженості несучої конструкції, а також впливу на стійкість контейнера відносно рами вагона-платформи. При складанні рівнянь руху розглянуті три схеми взаємодії контейнера з вагоном-платформою, розміщеного на палубі залізничного порому: 1) відсутність переміщень вагона-платформи та контейнерів відносно початкового положення при коливаннях залізничного порому; 2) наявність переміщень вагона-платформи при коливаннях залізничного порому з урахуванням нерухомості контейнерів відносно рами вагона-платформи; 3) наявність переміщень вагона-платформи відносно палуби та контейнерів – відносно рами вагона-платформи. Вирішення диференціальних рівнянь руху здійснено в середовищі програмного забезпечення Mathсad із урахуванням зведення їх до нормальної форми Коші з наступним інтегруванням за методом Рунге-Кутти. Результати. Отримано уточнені значення прискорень, які діють на несучу конструкцію контейнерів, розміщених на вагоні-платформі при перевезенні залізничним поромом. Наукова новизна. Запропоновано математичні моделі переміщень несучих конструкцій контейнерів, розміщених на вагоні-платформі при перевезенні залізничним поромом. Практична значимість. Результати проведених досліджень можуть використовуватися при проектуванні несучих конструкцій контейнерів нового покоління, а також сприятимуть підвищенню ефективності комбінованих перевезень у напрямку міжнародних транспортних коридорів

Моделювання навантаженості контейнера-цистерни при перевезенні у складі комбінованого поїзда на залізничному поромі

The article deals with the research into dynamic loading of a tank container of improved structure included in a combined train transported by train ferry. In order to define accelerations as a dynamic loading component on the tank container under train ferry vibrations, a mathematical model was built with the method of Lagrange multipliers of the second kind. The research considered angular displacements of the train ferry relative to the longitudinal axle (careen), as the maximum loading of the carrying structure of a flat wagon with tank containers, and also their stability relative to the deck. It was considered that the flat wagon was rigidly fixed relative to the deck, and the tank wagons – relative to the fitting stops and did not have their own degree of freedom under train ferry vibrations, i.e. the only fluid cargo, limited by the tank walls, could vibrate. The mathematical model was solved by the Runge–Kutta method in the MathCad environment. The maximum acceleration on the normal position of the tank container under train ferry vibrations was defined. The general acceleration value also considered the horizontal component of the free fall acceleration conditioned by the train ferry’s angle of heel. The results obtained were considered in the capacity calculation of a tank wagon with the Finite Element Method in the CosmosWorks environment. The calculation showed that the maximum equivalent loads for the improved carrying structure of a tank wagon did not exceed the admissible ones. The results of the research conducted can be applied in designing new generation tank containers; they may also promote higher efficiency of the international combined transportation.В статье проводится исследование динамической нагруженности контейнера-цистерны усовершенствованной конструкции при перевозке на железнодорожном пароме в составе комбинированного поезда. Для определения ускорений, как составляющей динамической нагрузки, которая действует на контейнер-цистерну при колебаниях железнодорожного парома, составлена математическая модель по методу Лагранжа ІІ рода. Ко вниманию приняты угловые перемещения железнодорожного парома относительно продольной оси (крен), как случая наибольшей нагруженности несущей конструкции вагона-платформы с контейнерами-цистернами, а также обеспечения их устойчивости относительно палубы. Учтено, что вагон-платформа жестко закреплен относительно палубы, а контейнера-цистерны относительно фитинговых упоров и не имеют собственной степени свободы при колебаниях железнодорожного парома, то есть в колебательном процессе участвует только наливной груз, перемещения которого ограничены стенками котла. Решение математической модели осуществлено с помощью метода Рунге-Кутты в среде программного обеспечения MathCad. Определено максимальное ускорение, которое действует относительно штатного места контейнера-цистерны при колебаниях железнодорожного парома. Общая величина ускорения также включает горизонтальную составляющую ускорения свободного падения, обусловленную углом крена железнодорожного парома. Полученные результаты учтены при расчете на прочность контейнера-цистерны по методу конечных элементов, реализованного в среде программного обеспечения CosmosWorks. Установлено, что максимальные эквивалентные напряжения в усовершенствованной несущей конструкции контейнера-цистерны не превышают допускаемые. Результаты проведенных исследований могут использоваться при проектировании контейнеров-цистерн нового поколения, а также будут способствовать повышению эффективности комбинированных перевозок в международном сообщении.В статті проводиться дослідження динамічної навантаженості контейнера-цистерни удосконаленої конструкції при перевезенні на залізничному поромі у складі комбінованого поїзда. Для визначення прискорень, як складової динамічного навантаження, що діє на контейнер-цистерну при коливаннях залізничного порому, складено математичну-модель за методом Лагранжа ІІ роду. До уваги прийняті кутові переміщення залізничного порому відносно повздовжньої осі (крен), як випадку найбільшої навантаженості несучої конструкції вагона-платформи з контейнерами-цистернами, а також забезпечення їх стійкості відносно палуби. Враховано, що вагон-платформа жорстко закріплений відносно палуби, а контейнера-цистерни відносно фітингових упорів та не мають власного ступеня вільності при коливаннях залізничного порому, тобто у коливальному процесі приймає участь тільки наливний вантаж, переміщення якого обмежені стінками котла. Розв’язання математичної моделі здійснено за допомогою метода Рунге-Кутти в середовищі програмного забезпечення MathCad. Визначено максимальне прискорення, яке діє відносно штатного місця контейнера-цистерни при коливаннях залізничного порому. Загальна величина прискорення також враховує горизонтальну складову прискорення вільного падіння, обумовлену кутом крену залізничного порому. Отримані результати враховані при розрахунку на міцність контейнера-цистерни за методом скінчених елементів, реалізованого в середовищі програмного забезпечення CosmosWorks. Встановлено, що максимальні еквівалентні напруження в удосконаленій несучій конструкції контейнера-цистерни не перевищують допустимі. Результати проведених досліджень можуть використовуватися при проектуванні контейнерів-цистерн нового покоління, а також сприятимуть підвищенню ефективності комбінованих перевезень в міжнародному сполученні

Вплив тиску насипного вантажу на стійкість контейнера при перевезенні залізничним поромом

Efforts of bulk cargo expansion on the walls of the container during transportation as a part of a combined train by rail ferry are determined. The Coulomb method with Sinelnikov correction was used as the calculation. Studies have been conducted on a grain loaded 1C container. It is considered that the transportation of the container is carried out on the railway ferry "Heroes of Shipka", the waters of the Black Sea. Dynamic loading, which acts on the container during fluctuations of the railway ferry in the conditions of onboard swing, is taken into account in determining the forces of decomposition. At the same time three schemes of movements of the container placed on the wagon platform during fluctuations of the railway ferry are considered: absence of movements of the wagon platform and containers relative to the starting position during the fluctuations of the railway ferry (I scheme); the presence of displacements of the wagon-platform during the fluctuations of the railway ferry, taking into account the immobility of the containers relative to the frame of the wagon-platform (scheme II); the presence of displacement of the platform wagon relative to the deck and containers relative to the frame of the wagon platform (scheme III). The results obtained are taken into account in determining the stability of the container relative to the frame of the wagon platform. The angles of roll of the ferry at which the stability of the container relative to the frame of the wagon platform are determined. It is established that the stability of the container relative to the frame of the wagon platform is provided at the angles of roll of the ferry – up to 10° (I scheme), up to 8° – (II scheme), up to 6° (III scheme). This necessitates the improvement of the interaction scheme of the container with the wagon platform to ensure the safety of carriage by rail. The researches carried out will help to increase the safety of transportation of containers as part of combined trains by rail ferries.Определено давление насыпного груза на стены контейнера при перевозке в составе комбинированного поезда на железнодорожном пароме. В качестве расчетного использован метод Кулона с корректировкой Синельникова. Исследования проведены относительно контейнера типоразмера 1СС, загруженного зерном. Учтено, что перевозка контейнера осуществляется на железнодорожном пароме "Герои Шипки", акваторией Черного моря. При определении давления учтена динамическая нагрузка, действующая на контейнер при колебаниях железнодорожного парома в условиях бортовой качки. При этом рассмотрены три схемы перемещений контейнера, расположенного на вагоне-платформе при колебаниях железнодорожного парома: отсутствие перемещений вагона-платформы и контейнеров относительно начального положения при колебаниях железнодорожного парома (І схема); наличие перемещений вагона-платформы при колебаниях железнодорожного парома с учетом неподвижности контейнеров относительно рамы вагона-платформы (II схема); наличие перемещений вагона-платформы относительно палубы и контейнеров относительно рамы вагона-платформы (ІІІ схема). Полученные результаты учтены при определении устойчивости контейнера относительно рамы вагона-платформы. Определены углы крена железнодорожного парома при которых обеспечивается устойчивость контейнера относительно рамы вагона-платформы. Установлено, что устойчивость контейнера относительно рамы вагона-платформы обеспечивается при углах крена железнодорожного парома – до 10° (І схема), до 8° – (II схема), до 6° (ІІІ схема). Это вызывает необходимость усовершенствования схемы взаимодействия контейнера с вагоном-платформой для обеспечения безопасности перевозок железнодорожным паромом. Проведенные исследования будут способствовать повышению безопасности перевозок контейнеров в составе комбинированных поездов на железнодорожных паромах.Визначено тиск насипного вантажу на стіни контейнера при перевезенні у складі комбінованого поїзда на залізничному поромі. В якості розрахункового використаний метод Кулона з корегуванням Синельникова. Дослідження проведені стосовно контейнера типорозміру 1СС, завантаженого зерном. Враховано, що перевезення контейнера здійснюється на залізничному поромі «Герои Шипки», акваторією Чорного моря. При визначенні тиску враховано динамічне навантаження, яке діє на контейнер при коливаннях залізничного порому в умовах бортової хитавиці. При цьому розглянуто три схеми переміщень контейнера, розміщеного на вагоні-платформі при коливаннях залізничного порому: відсутність переміщень вагона-платформи та контейнерів відносно початкового положення при коливаннях залізничного порому (І схема); наявність переміщень вагона-платформи при коливаннях залізничного порому з урахуванням нерухомості контейнерів відносно рами вагона-платформи (ІІ схема); наявність переміщень вагона-платформи відносно палуби та контейнерів відносно рами вагона-платформи (ІІІ схема). Отримані результати враховано при визначенні стійкості контейнера відносно рами вагона-платформи. Визначено кути крену залізничного порому при яких забезпечується стійкість контейнера відносно рами вагона-платформи. Встановлено, що стійкість контейнера відносно рами вагона-платформи забезпечується при кутах крену залізничного порому – до 10° (І схема), до 8° – (ІІ схема), до 6° (ІІІ схема). Це викликає необхідність удосконалення схеми взаємодії контейнера з вагоном-платформою для забезпечення безпеки перевезень залізничним поромом. Проведені дослідження сприятимуть підвищенню безпеки перевезень контейнерів у складі комбінованих поїздів на залізничних поромах

УДОСКОНАЛЕННЯ НЕСУЧОЇ КОНСТРУКЦІЇ ВАГОНА-ПЛАТФОРМИ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ КОНТЕЙНЕРНИХ ПЕРЕВЕЗЕНЬ

Purpose. The article is aimed to improve supporting structures of the platform car to increase the efficiency of container transportations. Methodology. In order to achieve the objective, the strength investigations of the universal platform car of the model 13-401 were conducted, strength reserves of the supporting elements were defined, and more optimal profiles of basic longitudinal beams of the frame in terms of the minimum material capacity were proposed. Decision correctness was confirmed by the strength calculation of the platform car supporting structure at basic loading operational modes and fatigue taking into account the research database of 107 cycles. It has been proposed to equip a platform car with swing fitting stops for fastening containers on the frame, which allows transportation of 20ft and 40ft containers. In order to improve container transportation efficiency along international transport corridors running through Ukraine, a platform car of articulated type has been designed on the base of the improved platform car structure. The mathematical simulation of dynamic loads of the platform car with containers (two 1CC containers) at operational loading modes has been carried out, the maximum accelerations influencing the support structure have been defined, and their multiple values have been considered in computer simulation of the strength of the platform car of articulated type. Findings. The support structure of the platform car of articulated type on the basis of the standard platform car has been developed. Refined values of dynamic loads influencing supporting structure the platform car of articulated type with containers at operational loading modes have been obtained; the maximum equivalent stresses in the platform car support structure have been defined. Originality and practical value. A mathematical model of displacements for a platform car of articulated type with containers at operational loading modes of supporting structure has been proposed. The strength model of the supporting structure for the platform car of articulated type based on the standard platform car has been developed. Results of the research can be used in designing of platform cars of articulated type to provide their strength at mixed transportations.Цель. Данное исследование направлено на усовершенствование несущей конструкции вагона-платформы для повышения эффективности контейнерных перевозок. Методика. Для достижения поставленной цели проведены исследования прочности универсального вагона-платформы модели 13-401, определены резервы прочности несущих элементов его конструкции и предложены более оптимальные, с точки зрения минимальной материалоемкости, профили выполнения основных продольных балок рамы. Правильность принятых решений подтверждена расчетами несущей конструкции вагона-платформы на прочность (при основных эксплуатационных режимах нагружения) и усталость – с учетом базы испытаний 107 циклов. Для возможности закрепления контейнеров на раме вагона-платформы предлагается оснащение его откидными фитинговыми упорами, что позволит осуществлять перевозку 20-ти и 40-футовых контейнеров. С целью повышения эффективности контейнерных перевозок в направлении международных транспортных коридоров, которые проходят через территорию Украины, на базе усовершенствованной конструкции вагона-платформы разработан вагон-платформа сочлененного типа. Выполнено математическое моделирование динамической нагруженности вагона-платформы с контейнерами, размещенными на нем (два контейнера типоразмера 1СС) при эксплуатационных режимах нагружения. Определены максимальные ускорения, которые действуют на несущую конструкцию, и учтены их численные значения при компьютерном моделировании прочности вагона-платформы сочленённого типа. Результаты. Разработана несущая конструкция вагона-платформы сочлененного типа на базе универсального вагона-платформы. Получены уточненные величины динамических нагрузок, которые действуют на несущую конструкцию вагона-платформы сочлененного типа с контейнерами, размещенными на нем при эксплуатационных режимах нагружения, и определены максимальные эквивалентные напряжения в несущей конструкции вагона-платформы. Научная новизна. Предложена математическая модель перемещений вагона-платформы сочлененного типа с контейнерами, размещенными на нем при эксплуатационных режимах нагружения несущей конструкции. Разработана модель прочности несущей конструкции вагона-платформы сочлененного типа, созданного на базе универсального вагона-платформы. Практическая значимость. Результаты проведенных исследований могут использоваться при проектировании вагонов-платформ сочлененного типа для обеспечения их прочности при комбинированных перевозках.Мета. Дане дослідження спрямоване на удосконалення несучої конструкції вагона-платформи для підвищення ефективності контейнерних перевезень. Методика. Для досягнення зазначеної мети проведені дослідження міцності універсального вагону-платформи моделі 13-401, визначені резерви міцності несучих елементів його конструкції та запропоновані більш оптимальні, з точки зору мінімальної матеріалоємності, профілі виконання основних повздовжніх балок рами. Правильність прийнятих рішень підтверджено розрахунками несучої конструкції вагона-платформи на міцність (при основних експлуатаційних режимах навантаження) та втому – з урахуванням бази випробувань 107 циклів. Для можливості закріплення контейнерів на рамі вагона-платформи пропонується оснащення його відкидними фітинговими упорами, що дозволить здійснювати перевезення 20-ти та 40-футових контейнерів. З метою підвищення ефективності контейнерних перевезень у напрямку міжнародних транспортних коридорів, які проходять через територію України, на базі удосконаленої конструкції вагона-платформи розроблено вагон-платформу зчленованого типу. Проведене математичне моделювання динамічної навантаженості вагона-платформи з контейнерами, розміщеними на ньому (два контейнери типорозміру 1СС) при експлуатаційних режимах навантаження. Визначено максимальні прискорення, які діють на несучу конструкцію, та враховано їх чисельні значення при комп’ютерному моделюванні міцності вагона-платформи зчленованого типу. Результати. Розроблено несучу конструкцію вагона-платформи зчленованого типу на базі універсального вагона-платформи. Отримано уточнені величини динамічних навантажень, які діють на несучу конструкцію вагона-платформи зчленованого типу з контейнерами, розміщеними на ньому при експлуатаційних режимах навантаження, та визначено максимальні еквівалентні напруження в несучій конструкції вагона-платформи. Наукова новизна. Запропоновано математичну модель переміщень вагона-платформи зчленованого типу з контейнерами, розміщеними на ньому при експлуатаційних режимах навантаження. Розроблено модель міцності несучої конструкції вагона-платформи зчленованого типу, створеного на базі універсального вагона-платформи. Практична значимість. Результати проведених досліджень можуть використовуватися при проектуванні вагонів-платформ зчленованого типу для забезпечення їх міцності при комбінованих перевезеннях

ВИЗНАЧЕННЯ СТІЙКОСТІ КОНТЕЙНЕРА-ЦИСТЕРНИ ВІДНОСНО РАМИ ВАГОНА-ПЛАТФОРМИ ПІД ЧАС ПЕРЕВЕЗЕННЯ НА ЗАЛІЗНИЧНОМУ ПОРОМІ

Purpose. The research is aimed at revealing the peculiarities of stability determination for a tank container relative to the frame of a flat car during transportation by train ferry. Methodology. In order to reach the purpose, the mathematical modelling of dynamic loading of a tank container located on a flat car during the train ferry transportation was conducted. The model takes into account the tank container displacements relative to the flat car frame and liquid cargo in the tank, the displacements of which are limited by the tank’s walls. It was assumed that the flat car, with tank container on it, was rigidly fixed relative to the deck of the train ferry and moved together with it. A 1CC type tank container located on a 13-4012 flat car was chosen as a prototype. While designing the model, the following aspects were considered: the trochoidal law of motion of the disturbing action (sea waves) on the train ferry with containers, the dissipative component occurring due to the train ferry oscillations under conditions of sea rolling, the relative bearings of sea waves to the train ferry body, and the wind force to the above-water projection of the train ferry, flat car located on the upper deck and tank containers. The differential equations of motion were solved in the Mathсad with their reduction to the normal Cauchy form with subsequent integration by the Runge–Kutta method. The acceleration values obtained, as the components of the dynamic loading, were considered in the stability research for the tank container relative to the flat car frame. Findings.  The author obtained the clarified values of dynamic loadings, acting on the tank container located on a flat car during the train ferry transportation. Originality. A mathematic model of displacements of a tank container located on a flat car during the train ferry transportation was developed. Practical value. The findings of the research can be used at designing tank containers of a new generation with improved technical and economical, as well as ecological indices.Цель. Данное исследование направлено на выявление особенностей определения устойчивости контейнера-цистерны относительно рамы вагона-платформы при перевозке на железнодорожном пароме. Методика. Для достижения поставленной цели проведено математическое моделирование динамической нагруженности контейнера-цистерны, размещенного на вагоне-платформе, при перевозке на железнодорожном пароме. Модель учитывает перемещение контейнера-цистерны относительно рамы вагона-платформы и наливного груза в котле, перемещения которого ограничены его стенками. При этом принято допущение, что вагон-платформа, на котором размещен контейнер-цистерна, жестко закреплен относительно палубы железнодорожного парома и осуществляет перемещения вместе с ней. В качестве прототипа выбран контейнер-цистерна типоразмера 1СС, размещенный на вагоне-платформе модели 13-4012. При составлении модели учтено трохоидальный закон движения возмущающего воздействия (морской волны) на железнодорожный паром с вагонами, размещенными на его палубах, и диссипативную составляющую, которая возникает при колебаниях железнодорожного парома в условиях морской качки. Также приняты во внимание курсовые углы морской волны по отношению к корпусу железнодорожного парома и ветровая нагрузка, действующая на надводную проекцию железнодорожного парома, вагона-платформы, расположенного на верхней палубе, и контейнеров-цистерн. Решение дифференциальных уравнений движения осуществлено в среде программного обеспечения MathСad с учетом сведения их к нормальной форме Коши с последующим интегрированием по методу Рунге–Кутта. Результаты. Установленные величины ускорений как составляющие динамической нагрузки учтены при исследовании устойчивости контейнера-цистерны относительно рамы вагона-платформы. Получены уточненные величины динамических нагрузок, действующих на контейнер-цистерну, размещенного на вагоне-платформе, при перевозке на железнодорожном пароме. Научная новизна. Разработана математическая модель перемещений контейнера-цистерны, размещенного на вагоне-платформе, при перевозке на железнодорожном пароме. Практическая значимость. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при проектировании контейнеров-цистерн нового поколения с улучшенными технико-экономическими и экологическими показателями.Мета. Це дослідження спрямоване на виявлення особливостей визначення стійкості контейнера-цистерни відносно рами вагона-платформи, під час перевезення на залізничному поромі. Методика. Для досягнення зазначеної мети проведено математичне моделювання динамічної навантаженості контейнера-цистерни, розміщеного на вагоні-платформі, під час перевезень на залізничному поромі. Модель враховує переміщення контейнера-цистерни відносно рами вагона-платформи та наливного вантажу в котлі, переміщення якого обмежені його стінками. Ураховано, що вагон-платформа, на якому розміщений контейнер-цистерна, жорстко закріплений відносно палуби залізничного порома та здійснює переміщення разом із нею. За прототип обраний контейнер-цистерна типорозміру 1СС, розміщений на вагоні-платформі моделі 13-4012. Під час складання моделі враховано трохоїдальний закон руху збуреної дії (морської хвилі) на залізничний пором із вагонами, розміщеними на його палубах, і дисипативну складову, яка виникає під час коливань залізничного порома в умовах морської хитавиці. Також взяті до уваги курсові кути морської хвилі відносно корпуса залізничного порома й вітрове навантаження, що діє на надводну проекцію залізничного порома, вагона-платформи, розміщеного на верхній палубі, і контейнерів-цистерн. Розв’язання диференціальних рівнянь руху здійснено в середовищі програмного забезпечення MathСad із урахуванням зведення їх до нормальної форми Коші з наступним інтегруванням за методом Рунге–Кутта. Результати. Установлені величини прискорень як складові динамічного навантаження враховано під час дослідження стійкості контейнера-цистерни відносно рами вагона-платформи. Отримано уточнені величини динамічних навантажень, які діють на контейнер-цистерну, розміщену на вагоні-платформі, під час перевезення на залізничному поромі. Наукова новизна. Розроблено математичну модель переміщень контейнера-цистерни, розміщеного на вагоні-платформі, під час перевезення на залізничному поромі. Практична значимість. Результати проведених досліджень можуть бути використані під час проектування контейнерів-цистерн нового покоління з поліпшеними техніко-економічними й екологічними показниками

DETERMINATION OF THE LOADING OF CONTAINERS IN MIXED TRAINS WHEN TRANSPORTING BY TRAIN FERRIES

Purpose. The study is aimed at determination of the loading of containers in mixed trains when transporting by train ferries. Methodology. In order to achieve the objective the author studied accelerations (as components of the dynamic load) influencing the bearing structure of a 1CC standard container located on a flat car during transportation by train ferry. In order to determine accelerations influencing the bearing structure of a container, a mathematical model of the container’s movements under train ferry oscillations was made. The model considered angular displacements of a train ferry relative to the longitudinal axis (bank) as being the maximum load on the bearing structure, as well as changes in the container stability relative to the flat car frame. While working out the motion equations three diagrams of interrelation between the container and the flat car located on the train ferry deck were considered: 1) absence of displacements of the flat car and containers relative to the initial place under the train ferry oscillations; 2) with displacements of the flat car under the train ferry oscillations when containers are immovable relative to the flat car frame; 3) with displacements of the flat car relative to the deck and relative to the flat car frame. The differential equations of motion were solved in Mathсad taking into account their reduction to a normal Cauchy problemwith a subsequent integration by the Runge–Kutta method. Findings. Refined values of accelerations influencing the bearing structure of containers located on the flat car while transporting by train ferry were obtained. Originality. The mathematical models of displacements of container bearing structures located on a flat car while transporting by train ferry were proposed. Practical value. The results of investigations can be applied for designing bearing structures of new generation containers, besides they may improve the efficiency of mixed transportation along the international transport corridors

Determination of Dynamic Loading of Bearing Structures of Freight Wagons with Actual Dimensions

The determination of the dynamic loading of the bearing structures of the main types of freight wagons with the actual dimensions under the main operating conditions is carried out. The inertial coefficients of the bearing structures of the wagons are determined by constructing their spatial models in the SolidWorks software package. Two cases of loading of the bearing structures of the wagons – in the vertical and longitudinal planes – have been taken into account. The studies were carried out in a flat coordinate system. When modeling the vertical loading of the bearing structures of wagons, it was taken into account that they move in the empty state with butt unevenness of the elastic-viscous track. The bearing structures of the wagons are supported by bogies of models 18-100. The solution of differential equations of motion was carried out by the Runge-Kutta method in the MathCad software package. When determining the longitudinal loading of the bearing structures of wagons, the calculation was made for the case of a shunting collision of wagons or a "jerk" (tank wagon). The accelerations acting on the bearing structures of the wagons are determined. The research results will help to determine the possibility of extending the operation of the bearing structures of freight wagons that have exhausted their standard service life. It has been established that the indicators of the dynamics of the load-carrying structures of freight wagons with the actual dimensions of the structural elements are within the permissible limits. So, for a gondola wagon, the vertical acceleration of the bearing structure is 4.87 m/s2, for a covered wagon – 5.5 m/s2, for a flat wagon – 5.8 m/s2, for a tank wagon – 4.25 m/s2, for a hopper wagon – 4.5 m/s2. The longitudinal acceleration acting on the bearing structure of a gondola wagon is 38.25 m/s2, for a covered wagon – 38.6 m/s2, for a flat wagon – 38.9 m/s2, for a tank wagon – 27.4 m/s2, for a hopper wagon – 38.5 m/s2. This makes it possible to develop a conceptual framework for restoring the effective functioning of outdated freight wagons. The conducted research will be useful developments for clarifying the existing methods for extending the service life of the bearing structures of freight wagons that have exhausted their standard resourc