Improving a Methodology of Theoretical Determination of the Frame and Directing Forсes in Modern Diesel Trains

The method for determining the directing force was improved, taking into consideration the effect of transverse creep forces and the angle of the directing force inclination to the vertical axis.It was established that when determining the directing force, it is necessary to check the gap between the wheel flange and the rail head which is difficult to realize without computer simulation.When determining the frame force on the axle of the wheel set, a comprehensive approach was adopted taking into account geometric irregularities of the track path, both in vertical and horizontal planes; longitudinal and transverse creep forces at the point of the wheel-rail contact and influence of adjacent wheel sets of the diesel train car.Dependences of the frame and directing forces on speed of the carriage movement and the value of amplitude of the horizontal irregularity of the rail track were obtained. It was established that when moving in the straight section of the track, an increase in speed from 0 m/s to 50 m/s results in a rise in the value of the frame force: up to 8.3 kN for the first wheel set and 19.37 kN for the second wheel set and the directing force up to 31.38 kN for the first wheel set and up to 46.83 kN for the second wheel set. The increase in amplitude of the horizontal irregularity of the track, which is one of the primary causes of occurrence of forced oscillations of the carriage section above the springs also leads to an increase in numerical values of the forces of interaction of the rolling stock with the rail track. All this can bring about an increased power influence of the wheel set on the track and a negative impact on the basic criteria of traffic safety.Influence of the carriage movement speed on the value of transverse creep forces was studied. It has been established that with an increase in the carriage speed from 0 m/s to 50 m/s, these forces grow from 0 to 15.75 kN for the 1st wheel set and from 0 to 29.22 kN for the 2nd wheel set. This indicates impermissibility of neglecting the transverse creep forces when determining the directing force.Comparison of numerical values of the directing force determined by different methodologies was performed. It has been established that the methodology used in conducting forensic examination of railroad accidents may result in underestimation of fulfillment of the derailing condition. At the same time, calculations according to the formula improved in this study give an opportunity to obtain the results most approximate to the real operation conditions.Comparison of the experimental and theoretical calculated values of the frame force acting on the first wheel set of the diesel train car was made and their practical coincidence was shown. Discrepancy of the compared values of the frame force was within 7.2

Optimization of Bearing Structure of Ballast Leveling Machine SPZ-5/UA

Костриця, С. А. Оптимізація несучої конструкції планувальника баластної призми СП3-5UA / С. А. Костриця, Б. М. Товт // Наука та прогрес транспорту. — 2013. — № 2(44). — С. 106—117 : рис., граф. - Бібліогр. в кінці ст. — doi: 10.15802/stp2013/12246UK: Мета. У статті наведені результати оптимізаційного дослідження та раціональні проекти несучої конструкції планувальника баластної призми СПЗ-5/UA. Обгрунтовано необхідність проведення оптимізації конструкції досліджуваної машини. Методика. Виконано постановку задачі оптимізації конструкції, у тому числі визначено площу поперечного перерізу повздовжньої балки несучої рами машини у якості цільової функції, накладено обмеження у вигляді умови міцності за критерієм допустимих напружень. Результати. Розроблено спрощену скінченно-елементну стрижневу модель несучої конструкції планувальника. У якості контрольного прикладу розглянуто задачу оптимізації двотаврового поперечного перерізу, для якої отримано аналітичний і чисельний розв’язки. Наукова новизна. Отримані раціональні параметри несучої конструкції досліджуваної машини зі зниженою матеріалоємністю при збереженні міцнісних характеристик. Практична значимість. За допомогою чисельної процедури оптимізації конструкцій виконано оптимізаційне дослідження для несучої конструкції планувальника баластної призми СПЗ-5/UA. Отримані раціональні проекти конструкції порівняно з проектами, у яких використано стандартні двотаврові перерізи. Встановлено, що використання проектів зі стандартними поперечними перерізами не дозволяє отримати конструкцію, кращу за запропоновану раціональну. Як результат, отримана раціональна конструкція колійної машини, що розглядається, має достатній запас міцності. Поперечний переріз основної повздовжньої балки несучої рами планувальника зменшено на 73 %.RU: Цель. В статье приведены результаты оптимизационного исследования и рациональные проекты несущей конструкции планировщика балластной призмы СПЗ-5/UA. Обоснована необходимость проведения оптимизации конструкции исследуемой машины. Методика. Выполнена постановка задачи оптимизации, в том числе определена площадь поперечного сечения продольной балки несущей рамы машины в качестве целевой функции, наложены ограничения в виде условия прочности по критерию допустимых напряжений. Результаты. Разработана упрощённая конечно-элементная стержневая модель несущей конструкции планировщика. В качестве контрольного примера рассмотрена задача оптимизации двутаврового поперечного сечения, для которой получены аналитическое и численное решения. Научная новизна. Получены рациональные проекты несущей конструкции исследуемой машины со сниженной материалоёмкостью при сохранении прочностных характеристик. Практическая значимость. При помощи численной процедуры оптимизации конструкций выполнено оптимизационное исследование для несущей конструкции планировщика балластной призмы СПЗ-5/UA. Полученные рациональные проекты конструкции в сравнении с проектами, в которых использованы стандартные двутавровые сечения. Установлено, что использование проектов со стандартными поперечными сечениями не позволяет получить конструкцию, лучшую в сравнении с рациональной. Как результат, получена рациональная конструкция путевой машины, которая рассматривается, имеет достаточный запас прочности. Поперечное сечение основной продольной балки несущей рамы планировщика уменьшено на 73 %.EN: Purpose. The results of the optimization investigation and the rational projects of the bearing structure of ballast leveling machine SPZ-5/UA are brought in this paper. The necessity of realization of structural optimization of the investigated machine is reasonable. Methodology. The statement of the optimization problem is executed: the beam cross-section square is taken as the objective function; the allowable stresses criterion is taken as the constraint in this problem statement. Findings. The simplified FE-model of structure of machine is worked out. The optimization problem of double-T cross-section is considered as a test case. For this problem we can obtain the analytical and numeral solutions. Originality. The rational designs for the bearing structure of the investigated machine are brought with the increased consumption of material with preservation of durability characteristics. Practical value. The optimization investigation is executed for bearing structure of the ballast leveling machine SPZ-5/UA by the use of the numerical structural optimization procedure. The obtained rational structural projects are compared to the structural projects with standard double-T cross-sections. It is shown that the use of structural projects with standard cross-sections makes it impossible to obtain the better structure as compared to the rational project. As a result the rational structural project of the ballast leveling machine is obtained, which have the sufficient safety factor. The cross-section of the main longitudinal beam of the bearing structure of leveling machine is decreased on 73%