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:   || 2 |

Нагруженность кузова полувагона при воздействии накладных вибромашин

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Долгих Константин Олегович

нагруженность кузова полувагона при воздействии

накладных вибромашин

Специальность 05.22.07 – Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Екатеринбург – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО УрГУПС)».

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

ЛАПШИН Василий Федорович

Официальные оппоненты:

КОБИЩАНОВ Владимир Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Вагоны» Брянского государственного технического университета;

АНТРОПОВ Александр Николаевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Уральского отделения Открытого акционерного общества «Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта».

Ведущая организация – Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения»

Защита диссертации состоится «30» мая 2012 г. в 10 00 на заседании диссертационного совета Д 218.013.01 при Уральском государственном университете путей сообщения по адресу: 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, ауд. Б2-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного университета путей сообщения. С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте Министерства образования и науки РФ http://vak.ed.gov.ru , на официальном web-портале УрГУПС http://usurt.ru .

Автореферат разослан «28» апреля 2012г.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять в адрес Диссертационного совета университета.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук АСАДЧЕНКО Виталий Романович

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года предусматривается снижение стоимости жизненного цикла вагонов за счет увеличения надежности их узлов и совершенствования конструкции. Решение этих задач требует реализации комплекса вопросов, связанных с анализом технического состояния конструкций, их диагностики, теоретических исследований по прогнозу их ресурса.

Одним из факторов, определяющих жизненный цикл вагонов, являются условия их взаимодействия с техническими средствами погрузки-выгрузки, в том числе и с виброразгрузочными комплексами.

Как показывает опыт эксплуатации полувагонов в 2005 – 2011 годах, отказы элементов конструкции вагона в результате разгрузочных операций с применением вибромашин примерно в 11 раз превышают допускаемое значение по сроку службы. Уже после первого года эксплуатации при нормируемом межремонтном периоде 4 года или 500 тыс. км пробега 90% полувагонов, которые поступали под разгрузку с применением вибромашин, имели отрывы листов обшивки от стоек боковой стены и трещины в углах верхнего и среднего гофров первой и второй панелей.

В связи с этим вопросы исследования нагруженности полувагонов от действия вибромашин являются актуальными.

Цель диссертационной работы состоит в разработке уточненной методики оценки нагруженности кузова полувагона при воздействии накладных вибромашин, разработке рекомендаций по повышению усталостной прочности элементов боковой стены.

Общая методика исследований.

Теоретические исследования базируются на использовании современных методов математического моделирования, аналитической механики, методах конечных элементов. Проверка результатов теоретических исследований производилась экспериментально на натурных образцах, сравнением с известными решениями и данными натурных обследований технического состояния вагонов. Для обработки полученных данных использованы методы статистического анализа с учетом специфики информации.

Научная новизна.

1. Разработана уточненная методика исследования нагруженности кузова полувагона при воздействии вибромашин, основанная на методе гибридного моделирования с учетом пространственного характера действия нагрузки, возможностью корректировки параметров входящих в нее подсистем, а также изменения режимов нагружения в эксплуатации, определения режимов воздействия вибромашин на кузов и проверки условия истечения груза.

2. Разработана компьютерная модель механической системы «вибромашина-кузов полувагона-тележка», упругие свойства кузова, сложное напряженное состояние элементов кузова и геометрию несущих элементов и обшивки.

3. Изучены особенности влияния параметров накладных вибромашин на нагруженность элементов боковых стен кузова полувагона.

Практическая ценность.

1. Предлагаемая методика, в общем случае, позволяет производить оценку усталостной прочности элементов кузова полувагона с учетом специфики нагружения, подобрать параметры вибромашин.

2. Разработанная гибридная компьютерная модель механической системы «вибромашина-кузов-тележка» позволяет оценить напряженное состояние как обшивки, так и несущих элементов кузова полувагона с учетом их геометрии и пространственного характера действия нагрузки, выполнять оценку усталостной прочности конструкции как на стадии проектирования новых полувагонов, так и при модернизации и эксплуатации уже существующих, при минимальных затратах времени и средств на экспериментальную доводку.

3. Произведена оценка влияния частоты нагружения, амплитуды вынуждающей силы, массы вибромашины на нагруженное состояние элементов боковых стен полувагонов. Определены интервалы допустимых значений перечисленных факторов. Полученные результаты могут быть использованы при разработке требований по обеспечению сохранности полувагонов при разгрузке с использованием вибромашин.

На защиту выносятся.

1. Методика исследования нагруженности кузова полувагона.

2. Компьютерная модель механической системы «вибромашина-кузов-тележка».

3. Результаты исследований влияния режимов нагружения, параметров вибрационной машины на нагруженность боковой стены кузова полувагона.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на следующих конференциях и семинарах: VII Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты». (г. Санкт-Петербург, ПГУПС, 2011 г.); Международной научно-технической конференции «Транспорт XXI века: Исследования. Инновации. Инфраструктура». (г. Екатеринбург, УрГУПС, 2011 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы современной науки и практики». (г. Курган, КИЖТ, 2012 г.); Региональная научно-техническая конференция «Молодые ученые - вагоновстроению и вагонному хозяйству» (г. Екатеринбург, УрГУПС, 2011 г.); Научно-технической конференции «Молодые ученые - транспорту» (г. Екатеринбург, УрГУПС, 2009 г.); V Уральской выставки-ярмарки железнодорожного, автомобильного, специального транспорта и дорожно-строительной техники «Магистраль-2009 (г. Нижний Тагил, 2009 г.); на семинарах кафедры «Вагоны» УрГУПС, 2009-2012 г. (г. Екатеринбург);

Публикации. По результатам исследований, выполненных в диссертационной работе, опубликовано 8 печатных работ. Статьи опубликованы в журналах «Транспорт Урала», «Вестник транспорта Поволжья», в научно – технических сборниках УрГУПС, ПГУПС, ДВГУПС, БГТУ. Три работы, опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией.

Структура и объем работы: диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, состоящий из 151 наименования, и 2 приложений. Содержит 128 страниц машинописного текста, 61 рисунок, 7 таблиц.

Автор выражает искреннюю благодарность и глубокую признательность руководству и всем сотрудникам ЗАО «Алькон» за содействие в проведение натурных испытаний.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится обоснование актуальности выбранной темы, формулируется цель, научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

Первая глава посвящена обзору работ в области исследования вибронагруженности и долговечности подвижного состава.

Значительный вклад в разработку методов расчета, испытаний, проектирования и оптимизации подвижного состава внесли ученые В. Р. Асадченко, П. С. Анисимов, Н. С. Бачурин, С. В. Беспалько, А. А. Битюцкий, Е. П. Блохин, М. М. Болотин, Ю. П. Бороненко, Н. Н. Воронин, С. В. Вершинский, М. И. Глушко, Д. Г. Евсеев, Р. И. Зайнетдинов, С. Н. Киселев, В. В. Кобищанов, В. Н. Котуранов, А. Д. Кочнов, В. П. Лозбинев, М. Н. Овечников, А. Э. Павлюков, Г. И. Петров, В. С. Плоткин, Ю. С. Ромен, А. Н. Савоськин, О. М. Савчук, В. И. Сакало, В. И. Сенько, А. В. Смольянинов, А. М. Соколов, А. В. Третьяков, М. М. Соколов, П. А. Устич, В. Н. Филиппов, А. А. Хохлов, В. Д. Хусидов, Ю. М. Черкашин, Н. Н. Шапошников и многие другие.

Анализ исследований в этой области показывает, что большинство работ относится к решению задач по созданию и исследованию новых конструкций грузовых вагонов. Решение этих задач основывается на сравнительном сопоставлении вариантов конструкций. Однако, для оценки нагруженности элементов кузова полувагона при воздействии вибромашин такой подход не всегда применим.

Большое значение в развитии прикладных методов расчета вибраций конструкций вагонов имеют работы научной школы МИИТа, выполненные профессором В. Ф. Хусидовым и его учениками В. В. Козловым, С. И. Смазановым, В. Н. Панкиным, В. Ф, Лапшиным, Е. И. Мироненко и другие. Однако разработанные методики позволяли определять вибронапряжения только в несущих элементах кузовов, моделируемых балочными элементами.

Большой вклад в разработку методов исследований вагонов при воздействии вибрационных машин, определения их оптимальных параметров и разработки требований по обеспечению сохранности вагонов внесли ученые Уральского Отделения ВНИИЖТ и УрГУПСа: С. А. Другаль, Г. А. Брагин, Б. С. Дубровин, В. Б. Свердлов, С. А. Сенаторов, Г. К. Сендеров, П. Р. Лосев, А. К. Антропов и другие.

Анализ исследований в этой области показал, что используемые в то время методики имели ряд допущений: нагрузка от вибромашины на кузов полувагона прикладывались только в вертикальной плоскости, в то время как реальное нагружение имеет пространственный характер; оценка нагруженности выполнялась только для несущих элементов; не учитывалась геометрия и конструктивные особенности элементов кузова.

На основании вышеизложенного, для достижения поставленной цели решались следующие задачи.

1. Провести анализ технического состояния полувагонов, разгружаемых с применением вибрационных машин, с целью выявления степени и характера повреждаемости элементов кузова.

2. Разработать методику исследования нагруженности элементов кузова полувагона при воздействии накладных вибромашин на основе компьютерного моделирования поведения механической системы «вибромашина-кузов-тележка».

3. Создать комплекс компьютерных моделей системы «вибромашина-кузов-тележка».

4. Провести натурные испытания полувагонов с целью определения значений напряжений в элементах конструкции боковой стены, верификации разработанных компьютерных моделей, получения данных о характере протекающих процессов (переходных и установившихся режимах), получения данных о внутреннем трении в материале конструкции с последующей идентификацией параметров компьютерной модели «кузов».

5. Провести численные эксперименты с целью оценки влияния параметров и режимов нагружения на усталостную прочность элементов кузова.

Решение этих задач позволило оценить количественно и качественно нагруженность кузова полувагона, в частности, боковой стены, при использовании накладных вибромашин.

Вторая глава посвящена анализу технического состояния полувагонов, разгружаемых с использованием вибромашин.

Современный этап развития технологий виброразгрузки полувагонов характеризуется:

- переходом на полувагоны модели 12-132 с высотой кузова 2365 мм взамен полувагонов с высотой кузова 1880 и 2060 мм и предельно допустимым временем нагружения полувагона за межремонтный период – 168 мин;

- введением новой системы ремонта вагонов «по пробегу» и увеличением первого межремонтного срока до четырех лет или 500 тыс. км пробега с последующими ремонтами через два года;

- увеличением количества вибромашин (1968 год – 300; 2006 год – 520);

- увеличением интенсивности подачи вагонов под виброразгрузку, до 16 раз в месяц, и нередко нарушением требований ГОСТ 22235-76 по обеспечению сохранности полувагонов при разгрузке с применением вибромашин.

Для получения данных о характере повреждений кузовов полувагонов проведен осмотр полувагонов, эксплуатируемых в дорожных кольцевых маршрутах. Осмотры производились на пунктах выгрузки с применением накладных вибромашин в период с октября 2009г. по октябрь 2010г. включительно.

При осмотрах в качестве критерия неисправности принималось наличие трещин в элементах кузова.

Как показал анализ, наибольшее количество повреждений приходится на обшивку боковой стены – трещины в обшивке и отрывы листов от стоек. Такой характер повреждений полувагонов подтверждается исследованиями, проведенными кафедрой «Вагоны» УрГУПС в опытном поезде «РЖД-УВЗ-УрГУПС». Были проведены комиссионные осмотры с целью выявления повреждений кузова полувагона при разгрузке с использованием виброразгрузочной техники. Всего за этот период было осмотрено 112 полувагонов модели 12-132.

На рисунке 1 показана доля каждого вида повреждений кузова от общего их количества.

" width="900" >

Рисунок 1 – Результаты осмотров полувагонов

Анализ результатов натурных обследований показал, что наибольшие повреждения от воздействия вибромашин приходятся на боковые стены кузова полувагона и проявляются в трещинах обшивки в районе верхнего и среднего гофров, отрывах листов обшивки от стоек. Так на долю трещин по обшивке в районе гофров приходиться более 80% (

рисунок 1 а, б, е) при их длине 30-100 мм. Кроме того, установлено, что отрывы листов обшивки от стоек характерны для контактного типа сварочного соединения листов обшивки и несущих элементов боковых стен, на долю которых приходиться 12% (рисунок 1 г), при этом их длина составляет 200-500 мм. Подобные повреждения характерны для 1, 2, 6, 7 панелей.

Таким образом, показано, что основной причиной разрушения металлоконструкции кузова, в частности боковой стены, является воздействие вибрационных машин.

Третья глава посвящена разработке методики и компьютерных моделей для исследования нагруженности элементов кузова полувагона.

Процесс компьютерного моделирования вибронагруженности кузова вагона от действия вибромашин описывается блочной схемой (рисунок 2), которая включает следующие этапы.

На первом этапе с целью последующего формирования компьютерной модели механической системы «вибромашина-кузов-тележка» создавались отдельные компьютерные модели: накладной вибромашины, кузова, ходовых частей. Каждая из моделей входила в формируемую компьютерную модель механической системы как отдельная подсистема. Такой подход связан с тем, что отдельные подсистемы (ходовые части) формируемой модели, идентичны друг другу. Кроме того, метод подсистем позволил упростить описание модели в программной среде «Универсальный механизм».

На этапе формирования компьютерной модели механической системы «вибромашина-кузов-тележка» взаимодействие между отдельными подсистемы описывалось упруго-вязкими элементами.

На третьем этапе при моделировании нагруженности механической системы «вибромашина-кузов-тележка» решалась задача оценки напряженного состояния с целью определение усталостной прочности элементов кузова полувагона.

Следует отметить, что на данном этапе дополнительно могут решаться следующие задачи:

- определение режима воздействия вибромашины на кузов вагона. Необходимость этой задачи обосновывается требованиями по обеспечению сохранности вагонов при использовании вибромашин, согласно которым, в зависимости от

Рисунок 2 – Блочная схема компьютерного моделирования

вибронагруженности кузова вагона

геометрических размеров, вибромашина может работать в вибрационном или виброударном режиме;

- проверка условий истечения груза с целью определения возможности реализации необходимого технологического эффекта при разгрузке полувагона;

- определение собственных частот и форм колебаний кузова полувагона с целью определения частоты вынуждающей силы вибромашины для исключения явления резонанса.

На последнем этапе исследования выполнялась оценка усталостной прочности элементов кузова полувагона по коэффициенту запаса усталостной прочности. При этом использовалась гипотеза линейного суммирования повреждений.

Разработка компьютерных моделей механической системы «вибромашина-кузов-тележка» (рисунок 3) производилась в аналитической программной среде «Универсальный механизм» (АПС). Математическое описание моделей записывалось на встроенном языке программирования, основанном на языке высокого уровня PASCAL, и компилировалось в АПС.

  Компьютерная модель-3

Рисунок 3 – Компьютерная модель механической системы

«вибромашина-кузов-тележка»

Компьютерная модель накладной вибромашины представлена в виде двух взаимосвязанных твердых тел, одно из которых является рабочим органом – дебалансом, а другое – рамой вибромашины. Вращательное движение дебаланса порождает вынужденные колебания, имеющие пространственный характер, за счет круговой вынуждающей силы.

Компьютерная модель кузова полувагона представлена с учетом его упругих свойств. Модель кузова представляет собой пластинчатую конечно-элементную модель кузова, описанную в конечно-элементном пакете ANSYS. При этом вводились следующие идеализации: крышки разгрузочных люков исключались из геометрической модели и задавались как сосредоточенные массы в местах крепления к хребтовой балке и нижней обвязки; автосцепное устройство рассматривалось как сосредоточенные массы, распределенные в консольной части хребтовой балки; тормозное оборудование рассматривалось как сосредоточенные массы, распределенные по хребтовой балке.

Математическая модель, описывающая динамику поведения упругой системы при гармоническом нагружении вынуждающей силой вибромашины во временной области, имеет вид:

, (1)



Pages:   || 2 |
 





 
© 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.