Research of expedience application of round pipes is in quality elements bearings systems of railway carriages-platforms

В статті висвітлено особливості та результати проведеного дослідження із визначення доцільності застосування круглих труб в якості несучих елементів каркасів залізничних вагонів-платформ. Також в роботі представлено приклад практичного впровадження труб у несучу систему однієї із базових сучасних моделей вагонів-платформ моделі 13-401 побудови ВАТ Дніпродзержинського ВБЗ. Наведено результати розрахунків розробленої та запатентованої конструкції на міцність за першим та третім розрахунковими режимами, на втомну міцність, та визначення проектного строку служби. Запропонований аспект проектування може бути вико- ристаний при рішенні аналогічних питань для інших засобів транспортного машинобудування.В статье отражены особенности и результаты проведенного исследования по определению целесообразности применения круглых труб в качестве несущих элементов каркасов железнодорожных вагонов-платформ. Также в работе представлен пример практического внедрения труб в несущую систему одной из базовых современных моделей вагонов-платформ модели 13-401 постройки ОАО Днепродзержинского ВСЗ. Приведены результаты расчетов разработанной и запатентованной конструкции на прочность по первому и третьему расчетным режимам, на усталостную прочность, и определения проектного срока службы. Предложенный аспект проектирования может быть использован при решении аналогичных вопросов для других средств транспортного машиностроения.In the article features and results of the conducted research are reflected on determination of expedience application of round pipes as bearings elements of frameworks railway carriages-platforms. Also the example of practical introduction of pipes is inprocess presented bearing system of one base modern models carriages-platforms of model 13-401 building of OAO Dneprodzerzhinskogo VSZ. The results of calculations the developed and patented construction are resulted on durability on the first and third the calculation modes, on tireless durability, and determinations of project term service. The offered aspect of planning can be used for the decision of analogical questions for other facilities of a transport engineer

ВАГОН НА ПАРОМЕ: ВОЗДЕЙСТВИЕ МОРСКОЙ ВОЛНЫ

The development of foreign economic relations between Europe and Asia promotes the establishment and operation of combined transport systems. The most promising among them are considered piggyback and container transportation. In countries with access to the sea area, ferry transportation has found a successful application. The process of loading of bearing structures of car bodies when they move on rail ferries by sea requires special attention, as the dynamic characteristics, which are typical of this type of combined transportation, significantly differ from the normal operating characteristics on main lines.The statistics of damage of cars during ferry transportation in the Black Sea area show that each year about 10% of the units of rolling stock used in international rail and water transportation require repair with uncoupling. This is primarily due to the lack of structural adaptation of car bodies to their fastening on the decks of car ferries and increased loads influencing them during transportation in terms of sea waves.The disadvantage of usually applied techniques of research on the conditions of freight transportation using car ferries is inability to account for wave angle with its disturbing influence relative to bodies of car ferries as well as for wind load on surface projection of a ferry with cars placed on its upper deck. The likelihood of moving of a car body during a sea wave is also disregarded.The objective of the author is to present results of research on dynamics of bodies of freight cars during transportation on car ferries in confused sea with account of different wave angles in relation to the body of the car, using mathematical modeling, analysis, comparative method. The author presents the results of studies taking into consideration main types of vibration motion of a railway car at confused sea, which influence strength and stability of the body structure, located on the upper deck of the ferry. Since the revealed values of inertial loads that act on the bodies of cars for transportation of rolling stock on car ferries exceed operating loads on main routes, it is necessary to improve bearing car structures to ensure their secure fixing to the ferry decks.Автором представлены результаты исследований динамики кузовов грузовых вагонов при перевозке на железнодорожных паромах в условиях морского волнения с учетом различных курсовых углов волны по отношению к корпусу. Рассматриваются основные виды колебательного движения вагона при волнении моря, которые оказывают влияние на прочность и устойчивость кузовной конструкции, находящейся на верхней палубе парома

Прочность гибкой оболочки пневматической рессоры

The strength for a flexible shell of a vehicle pneumatic spring during movement relative to a rail track has been studied in the paper. The calculation has been carried out using the finite element method implemented in the SolidWorks software environment. For this purpose, 3D drawings of a balloon-type pneumatic spring have been reproduced. A specific  feature of the design is that the distance between the upper and lower bottoms in static conditions is unchanged – thanks to the body position regulator, which maintains its constancy relative to the trolley frame. The results obtained have made it possible to conclude that there are certain reserves for the level of stresses, i.e.,  in addition to the vertical, it is possible to take into account also transverse mutual displacements of the air spring bottoms which will occur when the trolley moves relative to the body.  At the next stage, the stresses in the material of the flexible shell are investigated for mutual transverse displacements of the bottoms, which are observed with transverse displacements of the trolleys relative to the body of the vehicle when  traveling along curved sections of the track. At the same time, the maximum stresses in the material of the flexible shell of  the pneumatic spring are about 11 MPa, even with twice the nominal air pressure and transverse mutual displacements of the bottoms of 40 mm, that is, they are much less than the breaking strength (30 MPa). The carried out researches allow to draw  a conclusion that the design and parameters of a flexible shell of a balloon-type air springs ensure its strength under operational loading schemes. Therefore, in order to improve the dynamic qualities of vehicles, it is proposed to use a flexible shell  of a pneumatic spring as a component of the spring suspension.Исследована прочность гибкой оболочки пневматической рессоры транспортного средства при движении относительно рельсовой колеи. Расчет проведен с использованием метода конечных элементов, реализованного  в среде программного обеспечения SolidWorks. Для этого воспроизведены чертежи пневморессоры баллонного типа  в формате 3D. Особенностью конструкции является то, что расстояние между верхним и нижним днищами в статике неизменно – благодаря регулятору положения кузова, который поддерживает его постоянство относительно рамы тележки. Полученные результаты позволили сделать вывод, что имеются определенные резервы по уровню напряжений, т. е. дополнительно к вертикальным возможно учесть еще и поперечные взаимные смещения днищ пневморессоры, которые будут возникать при смещениях тележки относительно кузова. На последующем этапе исследованы напряжения в материале гибкой оболочки в случае взаимных поперечных смещений днищ, наблюдающиеся при поперечных смещениях тележек относительно кузова транспортного средства во время движения по кривым участкам пути. При этом наибольшие напряжения в материале гибкой оболочки пневморессоры составляют около 11 МПа даже при вдвое большем номинальном давлении воздуха и поперечных взаимных смещениях днищ 40 мм, т. е. они значительно меньше разрывной прочности (30 МПа). Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что конструкция и параметры гибкой оболочки пневморессоры баллонного типа обеспечивают ее прочность при эксплуатационных схемах нагружения. Поэтому с целью улучшения динамических качеств транспортных средств предлагается использовать гибкую оболочку пневморессоры как составляющую рессорной подвески

ДОСЛІДЖЕННЯ ВИПАДКОВИХ КОЛИВАЛЬНИХ ПРОЦЕСІВ КУЗОВА НАПІВВАГОНУ ПРИ ПЕРЕВЕЗЕННІ ЗАЛІЗНИЧНИМ ПОРОМОМ В УМОВАХ ХВИЛЮВАННЯ МОРЯ

 The article deals with the open-top wagon body dynamics under the operation on the railway ferry-boat in the conditions of rolling taking into account different wave route angles in relation to the ferry vessel body. Principle kinds of the wagon oscillatory movement are considered under sea roughness conditions that make impact on it’s durability and stability relatively to the vessel deck.       There was proposed a mathematical model of wagon bodies transporting by the rail ferries in conditions of the sea storm, it provides the possibility of determining of accelerations of wagon bodies placed on the decker rail ferries taking into account the hydrometeorology characteristics. The results of researches can be used when designing new generation wagons to provide their strength during the combination of rail and water transportation. It gives us an opportunity to develop measures as to the adaptation of wagons bodies to the interaction with the fastenings of railway ferries by means of equipping their bearing constructions with special fastening assembly units. Such technical solution will allow decreasing expenses for unscheduled repair of wagons while transporting them on railway ferries and providing safety of traffic of combined transport.        В статье проводится исследование динамики несущей конструкции кузова полувагона с учетом случайности возникновения возмущающего воздействия (морской волны). Разработана математическая модель колебаний кузова полувагона в условиях морской качки, при этом ко вниманию приняты действительные параметры возмущения, зафиксированные во время шторма в Черном море.Полученные результаты позволят обеспечить прочность кузовов вагонов при эксплуатации в международном железнодорожно-водном сообщении.В статті проводиться дослідження динаміки несучої конструкції кузова напіввагона з урахуванням випадковості збурюючої дії (морської хвилі). Розроблено математичну модель коливань кузова напіввагона в умовах морської хитавиці, при цьому до уваги прийняті дійсні параметри збурення, зафіксовані під час шторму у Чорному морі Отримані результати дозволять забезпечити міцність кузовів вагонів при експлуатації в міжнародному залізнично-водному сполученн

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТУ ЗАПАСУ ЗА ВТОМНОЮ МІЦНІСТЮ НЕСУЧИХ КОНСТРУКЦІЙ КУЗОВІВ ВАГОНІВ ПРИ ПЕРЕВЕЗЕННІ ЗАЛІЗНИЧНИМИ ПОРОМАМИ

Purpose. To determine assurance coefficient by supporting structures fatigue of car bodies during transportation by the railway ferries. Methodology. The operating conditions of cars in international railway-water communication have been investigated in previous works for the solution of this problem. To solve the problem there were conducted researches of dynamic features of car bodies transporting by the railway ferries in conditions of the sea storm. A mathematical model of car bodies movement was made up and accelerations acting on them in placements on the decks were determined. During determination of accelerations the actual meteorological characteristics of the Black Sea during a storm were taken into account. The assurance coefficient fatigue by supporting structures of car bodies by the railway ferries was determined and it was found that under regular loading of the car body n ≈ 2,0 . It is higher than the admissible value. Findings. Comparison of obtained acceleration values with the accelerations acting on car bodies when operating on main-line routes showed that they have exceeded the acceleration specified in the regulations approximately on 40%. It proves the need of accounting the loads acting on car bodies during transportations by the railway ferries when designing new generation cars. Originality. There was proposed a mathematical model of car bodies movement by the railway ferries in the conditions of sea storm. It gives the possibility of determining the accelerations of car bodies placed on the decker rail ferries taking into account the hydrometeorology characteristics. Practical value. The results of researches can be used when designing new generation cars to provide their strength during the combination of railway and water transportation. It gives an opportunity to develop measures as to the adaptation of cars bodies to the interaction with the fastenings of railway ferries by means of equipping their bearing constructions with special fastening assembly units. Such technical solution will allow decreasing expenses for unscheduled repair of cars while transporting them by railway ferries and providing safety of combined transport traffic.Цель. В работе необходимо осуществить определение коэффициента запаса по усталостной прочности несущих конструкций кузовов вагонов при перевозке железнодорожными паромами. Методика. Для достижения поставленной цели исследованы условия эксплуатации вагонов в международном железнодорожно-водном сообщении. Проведены исследования динамических особенностей кузовов вагонов при перевозке железнодорожными паромами в условиях волнения моря. Составлена математическая модель перемещений кузовов вагонов и определены ускорения, которые действуют на них относительно штатных мест размещения на палубах. При определении ускорений учтены действительные гидрометеорологические характеристики акватории Черного моря во время шторма. Определен коэффициент запаса по усталостной прочности несущих конструкций кузовов вагонов при перевозке железнодорожными паромами и установлено, что при регулярном нагружении кузова вагона n ≈ 2,0 , что выше допустимого значения. Результаты. Сравнение полученных величин ускорений с ускорениями, которые действуют на кузова вагонов при эксплуатации на магистральных путях, показало, что они превышают указанные в нормативных документах ускорения почти на 40 %. Это доказывает необходимость учета нагрузок, которые действуют на кузова вагонов в условиях перевозки на железнодорожных паромах, при проектировании вагонов нового поколения. Научная новизна. Предложена математическая модель перемещений кузова вагона при перевозке железнодорожным паромом в условиях волнения моря, которая предоставляет возможность определения ускорений кузовов вагонов, размещенных на многопалубных железнодорожных паромах, с учетом гидрометеорологических характеристик. Практическая значимость. Результаты проведенных исследований могут использоваться при проектировании вагонов нового поколения с целью обеспечения их прочности при комбинированных железнодорожно-водных перевозках. Это даст возможность разработать мероприятия по адаптации кузовов вагонов к взаимодействию со средствами закрепления железнодорожных паромов путем оснащения их несущих конструкций специальными узлами для закрепления. Такое техническое решение позволит уменьшить расходы на внеплановые виды ремонта вагонов при перевозке их на железнодорожных паромах, а также обеспечить безопасность движения комбинированного транспорта. Мета. У роботі необхідно здійснити визначення коефіцієнту запасу за втомною міцністю несучих конструкцій кузовів вагонів при перевезенні залізничними поромами. Методика. Для досягнення зазначеної мети досліджено умови експлуатації вагонів у міжнародному залізнично-водному сполученні. Проведені дослідження динамічних особливостей кузовів вагонів при перевезенні залізничними поромами в умовах хвилювання моря. Складено математичну модель переміщень кузовів вагонів та визначено прискорення, які діють на них відносно штатних місць розміщення на палубах. При визначенні прискорень враховано дійсні гідрометеорологічні характеристики акваторії Чорного моря під час шторму. Визначено коефіцієнт запасу за втомною міцністю несучих конструкцій кузовів вагонів при перевезенні залізничними поромами та встановлено, що при регулярному навантаженні кузова вагона n ≈ 2,0 , що вище допустимого значення. Результати. Порівняння отриманих величин прискорень із прискореннями, які діють на кузова вагонів при експлуатації на магістральних коліях, показало, що вони перевищують зазначені у нормативних документах прискорення майже на 40 %. Це доводить необхідність урахування навантажень, які діють на кузова вагонів в умовах перевезень на залізничних поромах, при проектуванні вагонів нового покоління. Наукова новизна. Запропоновано математичну модель переміщень кузова вагона при перевезенні залізничним поромом в умовах хвилювання моря, яка надає можливість визначення прискорень кузовів вагонів, розміщених на багатопалубних залізничних поромах, з урахуванням гідрометеорологічних характеристик акваторії. Практична значимість. Результати проведених досліджень можуть використовуватися при проектуванні вагонів нового покоління з метою забезпечення їх міцності при комбінованих залізнично-водних перевезеннях. Це дасть можливість розробити заходи щодо адаптації кузовів вагонів до взаємодії з засобами закріплення залізничних поромів шляхом оснащення їх несучих конструкцій спеціальними вузлами для закріплення. Таке технічне рішення дозволить зменшити витрати на позапланові види ремонту вагонів при перевезенні їх на залізничних поромах, а також забезпечити безпеку руху комбінованого транспорту.

Determination of assurance сoefficient by supporting structures fatigue of car bodies during transportation by the railway ferries

Purpose. To determine assurance coefficient by supporting structures fatigue of car bodies during transportation by the railway ferries. Methodology. The operating conditions of cars in international railway-water communication have been investigated in previous works for the solution of this problem. To solve the problem there were conducted researches of dynamic features of car bodies transporting by the railway ferries in conditions of the sea storm. A mathematical model of car bodies movement was made up and accelerations acting on them in placements on the decks were determined. During determination of accelerations the actual meteorological characteristics of the Black Sea during a storm were taken into account. The assurance coefficient fatigue by supporting structures of car bodies by the railway ferries was determined and it was found that under regular loading of the car body n ≈ 2,0 . It is higher than the admissible value. Findings. Comparison of obtained acceleration values with the accelerations acting on car bodies when operating on main-line routes showed that they have exceeded the acceleration specified in the regulations approximately on 40%. It proves the need of accounting the loads acting on car bodies during transportations by the railway ferries when designing new generation cars. Originality. There was proposed a mathematical model of car bodies movement by the railway ferries in the conditions of sea storm. It gives the possibility of determining the accelerations of car bodies placed on the decker rail ferries taking into account the hydrometeorology characteristics. Practical value. The results of researches can be used when designing new generation cars to provide their strength during the combination of railway and water transportation. It gives an opportunity to develop measures as to the adaptation of cars bodies to the interaction with the fastenings of railway ferries by means of equipping their bearing constructions with special fastening assembly units. Such technical solution will allow decreasing expenses for unscheduled repair of cars while transporting them by railway ferries and providing safety of combined transport traffic

Удосконалення заходів щодо надійності закріплення несучих конструкцій кузовів вагонів на залізничних поромах

The article analyzes standard wagon fixation schemes on the desks of train ferries and deals with main reasons of wagon body damages during sea transportation regarding the existing fixation technologies. It proposes measures aimed at higher reliability of fixation of wagons on desks of train ferries by adopting their structure to interaction with chain binders. Besides it proposes introduction of viscous connection between the wagon body and the train ferry desk. A mathematical model for investigation into wagon body accelerations in the new fixation scheme on the desk has been developed. Angular displacements of the body relative to the cross axis (roll) as an example of oscillation process mostly influencing its loading and stability relative to the desk have been considered. It has been established that according to the accepted engineering solutions the accelerations influencing the wagon body in heavy sea nearly 50% lower than those influencing it in a standard fixation scheme. The results obtained make it possible to provide stability of supporting structures of the wagon body during sea transportation, and also increase the efficiency of international rail-sea transportation.В статье проводится исследование динамики кузова вагона с учетом мероприятий по усовершенствованию его несущей конструкции для обеспечения надежности закрепления на железнодорожном пароме. Разработано математическую модель колебаний кузова вагона для определения динамических нагрузок, которые действуют на него при перевозке железнодорожным паромом в условиях морской качки. Полученные результаты позволят обеспечить прочность несущих конструкций кузовов вагонов при перевозке железнодорожными паромами в международном сообщении.В статті проводиться дослідження динаміки кузова вагона з урахуванням заходів щодо удосконалення його несучої конструкції для забезпечення надійності закріплення на залізничному поромі. Розроблено математичну модель коливань кузова вагона для визначення динамічних навантажень, що діють на нього при перевезенні залізничним поромом в умовах морської хитавиці. Отримані результати дозволять забезпечити міцність несучих конструкцій кузовів вагонів при перевезенні залізничними поромами в міжнародному сполученні

Дослідження динамічної навантаженності вагона – платформи при маневровому співударянні

In order to increase the volume of cargo transportation through international transport corridors that pass through Ukraine, container transportation has been developed. To ensure the safety of a wagon-platform with containers placed on it, the research of dynamic loads acting on them at shunting collision has been conducted in real operating conditions.The research results led to the conclusion that the largest values of acceleration acting on the wagon-platform with containers placed on it during a shunting collision occur in the presence of gaps between the fitting stops and fittings and amount, respectively, about 90 m/s² and 110 m/s².The approbation of obtained acceleration values was performed by computer simulation of the dynamics of a wagon platform with containers placed on it under the action of the longitudinal impact force of 3.5 MN on the back gauge of automatic coupling.Verification of the model was tested by the Fischer criterion. This revealed that the hypothesis of the adequacy of the model was not disputed.Conducted research will improve operational safety of the wagons in the combined transportation, and will motivate design of wagons of the new generation for use in combined international traffic.Приведены результаты моделирования динамической нагруженности вагона – платформы с контейнерами, размещенными на нем при маневровом соударении. Получены величины ускорений, которые действуют на вагон – платформу и контейнеры при отсутствии перемещений фитингов относительно фитинговых упоров, а также при их возможных перемещениях. Проведенные исследования способствуют созданию вагонов – платформ нового поколения с повышенными технико – экономическими показателями.Наведені результати моделювання динамічної навантаженності вагона – платформи з контейнерами, розміщеними на ньому при маневровому співударянні. Отримано величини прискорень, які діють на вагон – платформу та контейнери при відсутності переміщень фітингів відносно фітингових упорів, а також при їх можливих переміщеннях. Проведені дослідження сприятимуть створенню вагонів – платформ нового покоління з підвищеними техніко – економічними показниками

The Study of Dynamic Load on a Wagon–platform at a Shunting Collision

In order to increase the volume of cargo transportation through International transport corridors that pass through Ukraine, container transportation has been developed. To ensure the safety of a wagon-platform with containers placed on it, the research of dynamic loads acting on them at shunting collision has been conducted in real operating conditions.The research results led to the conclusion that the largest values of acceleration acting on the wagon-platform with containers placed on it during a shunting collision occur in the presence of gaps between the fitting stops and fittings and amount, respectively, about 90 m/s² and 110 m/s².The approbation of obtained acceleration values was performed by computer simulation of the dynamics of a wagon platform with containers placed on it under the action of the longitudinal impact force of 3.5 MN on the back gauge of automatic coupling.Verification of the model was tested by the Fischer criterion. This revealed that the hypothesis of the adequacy of the model was not disputed.Conducted research will improve operational safety of the wagons in the combined transportation, and will motivate design of wagons of the new generation for use in combined International traffic

Extrusion-Based 3D Printing for Highly Porous Alginate Materials Production

Three-dimensional (3D) printing is a promising technology for solving a wide range of problems: regenerative medicine, tissue engineering, chemistry, etc. One of the potential applications of additive technologies is the production of highly porous structures with complex geometries, while printing is carried out using gel-like materials. However, the implementation of precise gel printing is a difficult task due to the high requirements for “ink”. In this paper, we propose the use of gel-like materials based on sodium alginate as “ink” for the implementation of the developed technology of extrusion-based 3D printing. Rheological studies were carried out for the developed alginate ink compositions. The optimal rheological properties are gel-like materials based on 2 wt% sodium alginate and 0.2 wt% calcium chloride. The 3D-printed structures with complex geometry were successfully dried using supercritical drying. The resulting aerogels have a high specific surface area (from 350 to 422 m2/g) and a high pore volume (from 3 to 3.78 cm3/g)