Визначення динамічної навантаженості напіввагона з двотрубною хребтовою балкою

Abstract

To ensure the structural strength of open-top wagons, it has been proposed to introduce the concept of a traction device that could be implemented in open-top wagons with bearing elements made of round pipes. Feature of the concept is that the console parts of the girder beam are filled with a viscous substance with damping and anticorrosive properties. To convert the shock kinetic energy into the dissipation energy, the concept design includes a piston with two throttle valves (inlet and outlet).In order to determine the dynamic load on the bearing structure of an open-top wagon equipped with a concept design of the traction device, mathematical modeling was performed. A mathematical model of the open-top wagon dynamic load during shunting collision has been constructed. It was considered that the frame of an open-top wagon is exposed to a longitudinal load of 3.5 MN. Differential equations were solved in line with a Runge-Kutta method in the programming environment Mathcad. It was established that the maximum magnitude of acceleration that acts on an open-top wagon, taking the improvement into consideration, is about 30 m/s2. The proposed technical solutions make it possible to reduce the magnitude of dynamic load on a open-top wagon’s bearing structure at shunting collision by 25 %.The software CosmosWorks was used to perform computer simulation of the dynamic load on an open-top wagon. The finite element method was applied as a calculation technique. In this case, maximum accelerations amounted to about 37 m/s2 and were concentrated at the console parts of a girder beam.Adequacy of the developed models of dynamic loading on an open-top wagon’s bearing structure was tested against the Fisher criterion (F-criterion). The optimal number of measurements was defined based on the Student-Gorset criterion. The results from calculation have demonstrated that the hypothesis of adequacy is not rejected.This study will contribute to a decrease in the dynamic load on the bearing structures of open-top wagons in operation, as well as bring down the cost of unscheduled repairs. The current research enables the compilation of guidelines on designing innovative rolling stock with improved technical and economic indicators.Для обеспечения прочности несущих конструкций полувагонов предложено внедрение концепта упряжного устройства, который можно реализовать на полувагонах с несущими элементами из круглых труб. Особенностью концепта является то, что консольные части хребтовой балки заполнены вязким веществом с демпфирующими и антикоррозийными свойствами. Для преобразования кинетической энергии удара в энергию диссипации в концепт входит поршень с двумя дроссельными клапанами (впускным и выпускным).С целью определения динамической нагруженности несущей конструкции полувагона, оборудованного концептом упряжного устройства, проведено математическое моделирование. Составлена математическая модель динамической нагруженности полувагона при маневровом соударении. Учтено, что на раму полувагона действует продольная нагрузка в 3,5 МН. Решение дифференциальных уравнений проведено по методу Рунге-Кутта в среде программного обеспечения Mathcad. Установлено, что максимальная величина ускорения, действующего на полувагон, с учетом мероприятий по усовершенствованию, составляет около 30 м/с2. Предложенные технические решения позволяют снизить величину динамической нагруженности несущей конструкции полувагона при маневровом соударении на 25 %.Проведено компьютерное моделирование динамической нагруженности полувагона в программном обеспечении CosmosWorks. В качестве расчетного использован метод конечных элементов. Максимальные ускорения при этом составили около 37 м/с2 и сосредоточены в консольных частях хребтовой балки.Проверка адекватности разработанных моделей динамической нагруженности несущей конструкции полувагона проведена по критерию Фишера (F-критерием).Оптимальное количество измерений определено по критерию Горсета (Стьюдента). Результаты проведенных расчета показали, что гипотеза об адекватности не отклоняется.Проведенные исследования будут способствовать уменьшению динамической нагруженности несущих конструкций полувагонов в эксплуатации и расходов на внеплановые виды ремонта. Проведенные исследования позволят создать рекомендации по проектированию инновационного подвижного состава с улучшенными технико-экономическими показателямиДля забезпечення міцності несучих конструкцій напіввагонів запропоновано впровадження концепту упряжного пристрою, який можна реалізувати на напіввагонах з несучими елементи з круглих труб. Особливістю концепту є те, що консольні частини хребтової балки заповнені в’язкої речовиною з демпфуючими та антикорозійними властивостями. Для перетворення кінетичної енергії удару в енергію дисипації в концепт входить поршень з двома дросельними клапанами (впускним та випускним).З метою визначення динамічної навантаженості несучої конструкції напіввагону, обладнаного концептом упряжного пристрою, проведено математичне моделювання. Складено математичну модель динамічної навантаженості напіввагона при маневровому співударянні. Враховано, що на раму напіввагона діє повздовжнє навантаження у 3,5 МН. Розв’язок диференціальних рівнянь проведено за методом Рунге-Кутта в середовищі програмного забезпечення Mathcad. Встановлено, що максимальна величина прискорення, яка діє на напіввагон, з урахуванням заходів щодо удосконалення, складає близько 30 м/с2. Запропоновані технічні рішення дозволяють знизити величину динамічної навантаженості несучої конструкції напіввагона при маневровому співударянні на 25 %.Проведено комп’ютерне моделювання динамічної навантаженості напіввагона в програмному забезпеченні CosmosWorks. В якості розрахункового використаний метод скінчених елементів. Максимальні прискорення при цьому склали близько 37 м/с2та зосереджені в консольних частинах хребтової балки.Перевірка адекватності розроблених моделей динамічної навантаженості несучої конструкції напіввагона здійснена за критерієм Фішера (F-критерієм). Оптимальна кількість вимірів визначена за критерієм Горсета (Стьюдента).Результати проведених розрахунку показали, що гіпотеза про адекватність не відхиляється.Проведені дослідження сприятимуть зменшенню динамічної навантаженості несучих конструкцій напіввагонів у експлуатації та витрат на позапланові види ремонту. Проведені дослідження дозволять створити рекомендації щодо проектування інноваційного рухомого складу з покращеними техніко-економічними показникам

    Similar works