авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Особенности крепления груза со смещенным центром тяжести вдоль вагона

-- [ Страница 2 ] --

Рисунок 5 – Расчетная схема размещения и крепления груза

с несимметричным расположением центра масс вдоль вагона

На модели также приняты следующие обозначения: – смещение (сдвиг) центра тяжести груза вдоль вагона; – угол, характеризующий движение поезда на спуск; – угол «рыскания» вагона с грузом; – расположение центра тяжести груза от принятого начала координат до поперечной оси симметрии вагона; – расположение центра тяжести груза относительно оси абсцисс ; – координата точки приложения силы аэродинамического сопротивления; – координата точки приложения нормальной реакции связи относительно начало координат; (, где – количество гибких элементов креплений груза) – расстояние от принятого начала координат до монтажных петель груза; , и – высота, ширина и длина груза; , и – проекции гибкого упругого элемента с длиной на продольную, поперечную и вертикальную оси груза соответственно; и – углы наклона гибких элементов на плоскость и плоскости этих элементов на ось .

В диссертации для определения усилий (или натяжений) в гибких упругих элементах креплений штучного груза при любом количестве элементов креплений с учетом предварительных закруток приведены последовательность подготовки исходных данных в соответствии с принятым способом размещения и крепления груза в вагоне. Разработана математическая модель механической системы «вагон – крепление – груз» с плоским основанием в следующем виде.

Сдвигающая сила по оси Ox:

(1)

сила трения по оси Ox: ; (2)

сумма проекций сил на ось Ox: ; (3)

сдвигающая сила по оси Oy: (4)

сила трения по оси Oy: ; (5)

сумма проекций сил на ось Oy: ; (6)

сумма проекции сил на ось Oz:

(7)

сумма моментов сил вокруг оси Ox:

; (8)

сумма моментов сил вокруг оси Oy:

+ Fтрx H N xN = 0; (9)

сумма моментов сил вокруг оси Oz:

= 0; (10)

деформационных соотношений:

. (11)

В полученных выражениях приняты следующие обозначения: EA – физико-геометрическая характеристика (жесткость на растяжение) гибкого упругого элемента (кН). Здесь E – модуль упругости гибкого элемента, скрученного из стальной отожженной проволоки, кН/м2 (Е = 107 кПа), Ai – площадь поперечного сечения гибкого элемента (м2) с учётом количество нитей ni в i -ом гибком элементе (шт.) и диаметра проволоки di (м).

Выражения (1)–(11) представляют собой систему алгебраических уравнений, которые могут быть решены численным способом в вычислительной среде MathCAD.

В четвёртой главе подробно изложены результаты исследований по определению нагрузочных способностей гибких упругих элементов креплений груза, размещенного в вагоне симметрично и со смещением центра масс вдоль вагона, при движении поезда по прямому участку с учетом особенности профиля пути (наличие неровности и спуска пути) и климатических условий перегона (действие ветровых нагрузок или отсутствие), которые базируются на классических методах общей механики с применением универсальной среды MatCAD. Приведенные в данной главе результаты исследований сопровождаются подробными пояснениями причин повышения или понижения нагрузочных способностей гибких элементов креплений груза при вариации тех или иных параметров действующих сил, геометрических и силовых параметров креплений с учётом особенности профиля пути.

В диссертации приведены макет-документы, где в блок функций Given-Find введены системы уравнений (1)–(11), которые легли в основу разработки автоматизированной программы расчета креплений груза.

Условия проведения вычислительных экспериментов. Груз размещен в вагоне со смещением центра тяжести вдоль вагона на заданную величину хМ, допускаемое значение которого согласно ТУ определяется в зависимости от веса груза . На механическую систему «вагон – крепление – груз» действуют только продольные ( и ) и вертикальные () силы. Описанное условие проведения исследований соответствует расчетной схеме, показанной на рисунке 4.

1. В результате исследования влияния коэффициента трения (учёт климатических условий) на смещения центра масс вдоль вагона и значения усилий в гибких элементах креплений груза установлено, что усилие в гибких элементах креплений возникнет лишь тогда, когда происходит сдвиг груза. Другими словами, причиной возникновения усилий в гибких элементах креплений является сдвиг груза, величина которого зависит от коэффициента трения между соприкасающимися поверхностями груза и пола вагона. Методом регрессионного анализа получены графические зависимости значения усилий в остальных гибких элементах креплений, работающих на растяжение, при различных заданных значениях коэффициента трения (рисунок 6), данные которых можно использовать при разработке непредусмотренного ТУ способа размещения и крепления груза в вагоне.

Результаты исследований по установлению зависимости Si = f() показывают, что при одном и том же значений продольных и вертикальных сил (ах = 0,2g и аz = 0,46g м/с2) увеличение значений коэффициента трения приводит к снижению усилий в гибких элементах креплений, что позволяет нагружать элементы креплений большими значениями продольных сил, нежели действовавшие. Это объясняется тем, что при перевозке груза при различных климатических условиях, учитываемых коэффициентом трения между соприкасающимися поверхностями груза и пола вагона при увеличении этого коэффициента (то есть при большей сцепляемости поверхностей груза и пола вагона), чтобы груз сдвинулся с места, необходимо приложить значительные по величине продольные силы.

Также методом регрессионного анализа получены графические зависимости значения усилий в остальных гибких элементах креплений, работающих на растяжение при различных заданных значениях продольного сдвига груза х (рисунок 7), данные которых можно использовать при разработке не предусмотренного ТУ способа размещения и крепления груза в вагоне.

Анализируя полученные результаты исследований по установлению зависимости Si = f(х), можно также отметить, что увеличение значений продольного сдвига груза х из-за снижения коэффициента трения, учитывающего климатические условия перевозок, приводит к увеличению усилий в гибких элементах креплений.

2. В результате проведенных исследований по определению усилий в креплениях груза при = хМ = 228 мм, когда значения продольного и вертикального переносных ускорений вагона с грузом были равны aex = 0,2745g и aez =0.46g, получены следующие данные: N = 698,61 – нормальная реакция связи, Fтр = 384,24 – полная сила трения; координаты точки приложения N – xC = 4,55, хN = 4,312 и уN = 0 м; перемещения груза по продольной оси х = 29 мм, перемещение по поперечной оси вагона, а также поворот вокруг вертикальной оси отсутствуют; усилия в парных гибких элементах креплений, работающих на растяжение по продольной оси в кН, приведены в диссертации.

  Графические зависимости Si = f()-51

Рисунок 6 – Графические зависимости Si = f()

  Графические зависимости Si =-52

Рисунок 7 – Графические зависимости Si = f(х)

Исследования показали, что при хМ = 228 мм величина нормальной реакции связи превышает вес груза в 1,187 раза. В связи с этим, больше сила трения между контактирующими поверхностями груза и пола вагона сравнительно с симметричным расположением груза. Из-за этого, по идее, от действия продольной силы груз должен перемещаться на меньшую величину, чем 41 мм (симметричное расположение груза). В действительности так и происходит – сдвиг груза равен 29 мм. При этом нет поперечного сдвига у и поворота груза вокруг вертикальной оси , что также соответствует действительности. По этим результатам можно отметить об адекватности построенной математической модели.

Результаты исследований также показали, что при хМ = 228 мм усилия в парных гибких элементах креплений груза имеют меньшие значения (33,27 кН), чем допустимые (39,2 кН). Это означает, что в этом случае можно повысить нагрузочные способности элементов креплений груза, то есть они могут воспринимать большее значения продольных сил. Так, например, чтобы усилия в гибких элементах креплений достигли допустимых значений (39,2 кН) необходимо, чтобы значение продольного ускорения было равно ах = 0,329g = 3,227 м/с2, чему соответствует продольная сила = 193,65 кН. При этом нормальная реакция связи превышает вес груза в 1,208 раз, а значение продольного сдвига груза достигает 42 мм. Значение усилий в гибких элементах креплений 10 и 20 достигли допустимого значения.

Рассмотрен случай, когда хМ = 455 мм (то есть в два раза больше, чем в первом случае) и аех = 0,2745g м/с2. Величина нормальной реакции связи превышает вес груза в 1,2 раза, груз сместился на такую же величину – х = 21 мм. Значение усилий в гибких элементах креплений 10 и 20 оказались равными S10 = S20 = 29,56. Во всех гибких элементах креплений произошло перераспределение усилий между собой. Смещение центра масс груза вдоль вагона способствует повышению их нагрузочных способностей. В случае, когда хМ = 683 мм (то есть в три раза больше, чем в первом случае), величина нормальной реакции связи превышает вес груза так же, как и во втором случае – в 1,181 раза, груз смещён вдоль вагона на х = 13 мм. Значение усилий в гибких элементах креплений 10 и 20 оказались равными S10 = S20 = 25,7. В случае, когда хМ = 864 мм (то есть в четыре раза больше, чем в первом случае), величина нормальной реакции связи превышает вес груза в 1,154 раза, груз смещён вдоль вагона на х = 7 мм, значение усилий в гибких элементах креплений 10 и 20 оказались равными S10 = S20 = 23,45 кН. Результаты исследований подтверждают положительное влияние смещения центра масс вдоль вагона на нагрузочные способности гибких упругих элементов креплений груза.

Таким образом, в результате проведенных математических и натурных исследований установлено, что, размещая груз в вагоне со смещением центра масс вдоль вагона, можно добиться повышения нагрузочной способности гибких упругих элементов креплений. Это объясняется тем, что при размещении груза со смещением центра масс вдоль вагона элементы крепления станут еще более пологими (длинными), что повышает их упругость и надежность.

С использованием возможности инструментальной среды MathCAD выполнен регрессионный анализ вычисленных значений усилий в гибких упругих элементах креплений в зависимости от значений смещения центра масс груза вдоль вагона хМ (рисунок 8), данные которых можно использовать при разработке не предусмотренного ТУ способа размещения и крепления груза в вагоне.

Результаты исследований по установлению зависимости Si = f(хМ) показывают, что при одном и том же значении продольных сил (аех = 0,2745g), действующих на механическую систему «вагон – крепление – груз», вариация значений смещения центра масс груза вдоль вагона приводит к снижению усилий в гибких элементах креплений, что позволяет нагружать элементы креплений большими значениями продольных сил, нежели действовавшие. Объясняется это тем, что при размещении груза со смещением центра масс вдоль элементы крепления станут еще длиннее.

  Графические зависимости Si =-54

Рисунок 8 – Графические зависимости Si = f(хМ)

Аналогично приведенным результатам исследований построены графические зависимости сдвига груза вдоль вагона от значений хМ (рисунок 9).

Результаты исследований по установлению зависимости х = f(хМ) показывают, что при одних и тех же значениях продольной и вертикальной переносных сил инерции (при аех = 0,2745g и аz = 0,46g), действующих на механическую систему «вагон – крепление – груз», весе груза 60 тс и коэффициенте трения сцепления f = 0,55 увеличение смещения центра масс груза хМ приводит к уменьшению сдвига груза вдоль вагона х.

  Графические зависимости х =-55

Рисунок 9 – Графические зависимости х = f(хМ)

Обобщая результаты проведенных исследований можно отметить, что смещение центра масс груза вдоль вагона приводит к уменьшению сдвига груза вдоль вагона и, как результат, к повышению нагрузочных способностей гибких элементов креплений.

Исследование влияния предварительных закруток S0i на значения усилий в гибких упругих элементах креплений груза. В результате проведенных исследований по определению усилий в креплениях груза при хМ = 228 мм получено: нормальная реакция связи превышает вес груза в 1,137 раз; сдвиг груза вдоль вагона 29 мм.

Анализ полученных данных позволяет отметить, что при вариации значений предварительных закруток в наиболее длинных парных гибких упругих элементах креплений груза 10 и 20 имеют меньшие значения (33,99 кН), чем допустимые (39,2 кН). Это означает, что в этом случае можно повысить нагрузочную способность элементов креплений груза. Так, например, чтобы натяжения в гибких упругих элементах креплений достигли допустимых значений (39,2 кН) необходимо, чтобы значение продольного переносного ускорения было равно аех = 0,331g = 3,247 м/с2, чему соответствует продольная переносная сила инерции Iex = 194,83 кН.

Таким образом, вариация значений предварительных закруток приводит к повышению нагрузочных способностей гибких упругих элементов креплений, потому что эти усилия способствуют большему прижатию груза к полу вагона.

Исследование влияние диаметров проволоки на значения усилий в гибких упругих элементах креплений груза. В результате проведенных исследований по определению усилий в креплениях груза при хМ = 0,228 м получены следующие результаты: нормальная реакция связи превышает вес груза в 1,136 раз; перемещение груза по продольной оси вагона 26 мм.

Таким образом, вариация значений диаметров проволоки креплений приводит к снижению нагрузочных способностей гибких упругих элементов креплений груза, потому что происходят сдвиг груза по поперечной оси вагона и его поворот вокруг вертикальной оси.

Условия проведения экспериментов были такими же, как и в предыдущем случае. При этом диаметры проволоки 4-го, 14-го, 10-го и 20-го элементов приняли, равными 8 мм, а их число нитей n равными 1. В этом случае рассматривались более жесткие крепления в крайних элементах с использованием талерьефов. В результате проведенных исследований по определению усилий в креплениях груза получено: нормальная реакция связи превышает вес груза в 1,1 раз; перемещение груза вдоль вагона равно 28 мм, поперек вагона – 2 мм и поворот груза вокруг вертикальной оси – 0.046 градусов.

Для того чтобы усилие в наиболее нагруженном гибком элементе крепления S7 достигло допустимого значения (39,2 кН) необходимо, чтобы значения продольного переносного ускорения были равны аех = 0,475g = 4,6 м/с2, чему соответствует продольная переносная сила инерции = 279,6 кН. В этом случае нормальная реакция связи превышает вес груза в 1,128 раз; перемещение груза вдоль вагона равно 70 мм, по поперечной оси – 4,7 мм, а поворот вокруг вертикальной оси 0,112 град. Значение усилия в гибком упругом элементе крепления 7 достигло допустимого значения.

Значения крепления груза 4-го, 14-го, 10,го и 20-го элементов с диаметрами проволоки 10 мм и с числом нитей n, равным 1. В этом случае также происходит перераспределение усилий между всеми элементами креплений. Основную долю нагрузок воспринимает жесткий элемент крепления 20, имеющий 10 мм.

Для того чтобы натяжения в наиболее нагруженном гибком элементе крепления 20 при диаметре проволоки 10 мм достигло допустимого значения (39,2 кН) необходимо, чтобы значение продольного переносного ускорения были равны аех = 0,478g = 4,689 м/с2, чему соответствует продольная переносная сила инерции = 281,35 кН. В этом случае: нормальная реакция связи превышает вес груза в 1,125 раз; перемещение груза вдоль вагона равно 52 мм, по поперечной оси 7 мм, а поворот вокруг вертикальной оси 0,161 градусов. Значение усилия в гибком упругом элементе крепления 16 достигло допустимого значения.

Таким образом, если для удержания груза в вагоне, размещённого со смещением центра масс вдоль вагона (хМ = 228 мм), от продольного сдвига следует использовать жесткие и пологие элементы креплений, то такой вариант креплений повышает нагрузочные способности элементов креплений груза от 1 до 1,82 раза.

Исследование влияния количества нитей проволоки на значения усилий в гибких элементах креплений груза при хМ = 228 мм и значения продольного и вертикального переносных ускорений вагона с грузом aex = 0,283g и aez =0,46g. В результате: нормальная реакция связи превышает вес груза в 1,135 раз; перемещение груза вдоль вагона равно 22 мм, по поперечной оси 6 мм, поворот вокруг вертикальной оси 0,092 градусов. Произошло перераспределение усилий между гибкими элементами креплений (парные элементы 3 и 13, 6 и 16, 7 и 17), имеющих одинаковое количество нитей проволоки. В элементе, имеющем меньшее количество нитей (14-й элемент), усилие имеет меньшее значение (S14 = 19,4 кН), чем расположенный с противоположной стороны (4-й элемент) S4 = 26 кН, а в элементе, имеющем такое же количество нитей (20-й элемент), усилие имеет большее значение (S20 = 35,6 кН), чем элемент, расположенный с противоположной стороны (S10 = 33,314 кН). Это объясняется возможным поворотом груза.

Полученные результаты показывают, что в этом случае можно повысить нагрузочную способность элементов креплений груза. Так, например, чтобы усилие в гибком упругом элементе крепления S20 достигло допустимого значения (39,2 кН) необходимо, чтобы значение продольного переносного ускорения было равно аех = 0,318g = 3,12 м/с2, чему соответствует продольная переносная сила инерции = 187,18 кН. Получены следующие данные: нормальная реакция связи превышает вес груза в 1,155 раз; перемещение груза вдоль вагона равно 28 мм, по поперечной оси 7 мм, а поворот вокруг вертикальной оси 0,113 градусов. Значение усилия в гибком элементе крепления 20 достигло допустимого значения. Аналогичные результаты, полученные при количестве нитей в элементах 4, 14 и 3, 13, равны n = 4, а в остальных 6.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.