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 ||

Нагруженность кузова полувагона при воздействии накладных вибромашин

-- [ Страница 2 ] --

где – матрица масс; – матрица демпфирования; – матрица жесткостей; – вектор узловых ускорений; – вектор узловых скоростей; – вектор узловых перемещений; – вектор внешних нагрузок.

В качестве подсистемы «тележка» была принята модель типовой тележки грузового вагона 18-100, разработанная А. Э. Павлюковым, и которая представляет собой систему твердых тел, связанных силовыми элементами и шарнирами.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию нагруженности кузова полувагона.

Экспериментальное исследование проводилось 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».

Испытания проводились на разгрузочной площадке железнодорожного цеха ОАО «Святогор» (рисунок 4). В качестве объекта испытаний использован 4-осный цельнометаллический полувагон модели 12-132. Вибрационное нагружение полувагона осуществлялось виброразгрузчиком ДП-32 УХЛ, предназначенным для механизированной выгрузки из полувагонов с высотой бортов 1880 мм и 2060 мм слеживающихся и смерзающихся грузов.

Рисунок 4 – Общая панорама виброиспытаний полувагона модели 12-132

Для регистрации напряжений в металлоконструкции полувагона в качестве первичных преобразователей использовались тензорезисторы базой 20 мм, которые наклеивались на вторую панель боковой стены в 6 точках (рисунок 5). Регистрация сигналов производилась многоканальной, совместимой с персональным компьютером, измерительной электронной системой Spider8 с программным обеспечением Catman.

Испытания проводились по следующему алгоритму. Груженый вагон подавался на повышенную эстакаду, где после открытия разгрузочных люков осуществлялась выгрузка груза самотеком. Количество остатков груза, равномерно распределенного по длине кузова, составило около 8-9 тонн. После этого на верхнюю обвязку свободно устанавливался виброразгрузчик и производилось нагружение вынуждающей силой вибратора в течение 7 минут для каждого из двух положений (рисунок 5).

После полной выгрузки производилась тарировка тензометрических датчиков, устанавливался вибразгрузчик на верхнюю обвязку, производилась запись напряжений от статической нагрузки и действия вынуждающей силы вибромашины. Всего было выполнено 6 перестановок для двух положений вибромашины. Продолжительность записей осциллограмм вибронапряжений в каждом случае от момента включения до полной остановки виброразгрузчика составляла 3 минуты.

Рисунок 5 – Положения виброразгрузчика на полувагоне

При обработке экспериментальных данных было установлено, что записи вибронапряжений имеют асимметричный характер, что в дальнейшем предопределило порядок расчета усталостной прочности элементов боковой стены. При обработке осциллограмм динамических напряжений для каждой точки определялся коэффициент асимметрии цикла, значение которого находилось в пределах: для несущих элементов – 0,75-0,95; для листов обшивки – 0,25-0,8.

Кроме того, при обработке осциллограмм затухающих колебаний выяснилось, что на записях отсутствует «нулевая линия», соответствующая равновесному положению элемента конструкции вагона. При этом огибающие графиков колебаний представляли собой монотонно убывающие функции со случайными выбросами. Значения амплитуды колебаний при определении логарифмического декремента затухания колебаний определялись после построения внешних огибающих и определения «нулевых линий» на графиках колебаний. Результаты обработки виброграмм показали, что величина логарифмического декремента затухания э для рассматриваемых точек находится в пределах 0,105 – 0,205.

Значения декрементов затухания использовались в дальнейшем при идентификации и верификации компьютерной модели.

В нашем случае, при решении системы уравнений (1), силы демпфирования учитывались на основе диссипативной функции Рэллея. При этом матрица демпфирования представлена двумя слагаемыми: одно – пропорционально матрице масс, другое – пропорционально матрице жесткости (2).

(2)

Процедура параметрической идентификации сводилась к отысканию значений параметров , матрицы демпфирования (2) математической модели (1), которые обеспечивают максимальную близость выходных расчетных и экспериментальных значений при одинаковых входных параметрах.

В качестве критерия количественной меры адекватности математической модели использовались среднеквадратические величины погрешностей рассогласования расчетных и экспериментальных значений:

, (3)

где k – количество измерений.

Поиск значений идентифицируемых параметров выполнялся в два этапа. На первом этапе задавалось начальное значение , и определялось направление поиска в большую или меньшую сторону от начальных значений параметров. На втором этапе выполнялась процедура итерационного приближения расчетных значений параметров к экспериментальным. Окончанием итерационного поиска служило требование с проверкой условия по ряду элементов кузова (верхняя обвязка, нижняя обвязка, шкворневая стойка, верхний лист обшивки, нижний лист обшивки). Значение , определяющее уровень ошибки идентификации, принималось равным .

В результате этой процедуры установлено, что наибольшая сходимость теоретических т и экспериментальных э значений наблюдается при = 3·10-4 и = 1,56·10-6.

Проверка компьютерной модели с полученными параметрами матрицы демпфирования равными и осуществлялась сопоставлением расчетных и полученными в ходе эксперимента напряжениями (рисунок 6) при установившемся режиме вибронагружения с амплитудой вынуждающей силы 88 кН. Сравнение результатов показало, что расхождения между ними составили 8 – 20%.


а) численное решение; б) эксперимент

Рисунок 6 – Виброграммы величин напряжений при установившемся

режиме работы вибромашины

Пятая глава посвящена теоретическому исследованию нагруженности кузова полувагона модели 12-132 и оценке усталостной прочности элементов кузова в зависимости от условий нагружения.

Численный эксперимент включал следующие этапы:

- определение собственных форм и частот колебаний кузова;

- исследование влияния частоты вынуждающей силы в диапазоне 20-26 Гц;

- исследование влияния частоты вынуждающей силы в диапазоне 20-26 Гц в случае зависания груза в нижних и средних гофрах;

- исследование влияния амплитуды вынуждающей силы в диапазоне 78,5-117,7 кН;

- исследование влияния жесткости рессорного подвешивания ходовых частей.

На первом этапе теоретических исследований выполнялся модальный анализ. Это обусловлено тем, что частота вынуждающей силы должна быть в зоне свободной от собственных частот. По результатам расчета были получены формы колебаний вблизи частоты вынуждающей силы. Установлено, что большую по величине амплитуду колебаний имеют 1, 2, 5 и 6 панели обшивки, что подтверждает характер распределения повреждений кузова полувагона.

При исследовании влияния частоты нагружения вынуждающей силой на напряженное состояние было установлено, что в диапазоне частот 24 и 25 Гц имеется «потенциальная яма» (рисунок 7) с минимальным уровнем напряжений, что свидетельствует о возможности использования данной частоты нагружения при разгрузке полувагонов с высотой кузова 2365 мм. Наиболее нагруженными элементами кузова полувагона являются обшивка в зоне среднего и верхнего гофров и приварки к вертикальной стойке. Так, при частоте 24 Гц напряжения в нижнем углу верхнего гофра составляют 27,6 МПа, а в зоне приварки обшивки в стойке 23,4 МПа.

Подобный характер распределения напряжений был установлен при варьировании частотой вынуждающей силы в случае зависания груза в средних и нижних гофрах. Установлено, что в этом случае наблюдается скачек напряжений в зоне верхнего и среднего гофров соответственно – 47 и 152 МПа.

 Графики зависимости величины-25

Рисунок 7 – Графики зависимости величины напряжений

от частоты нагружения вынуждающей силы

При исследовании влияния амплитуды вынуждающей силы установлено, что напряжения в элементах металлоконструкции кузова изменяются незначительно и имеют линейную зависимость от амплитуды силы.

Оценка влияния рессорного подвешивания ходовых частей выполнялась путем сравнения двух вариантов: с исключенными упругими элементами из рессорного подвешивания из конструкции тележек и с полным рессорным подвешиванием. Установлено, что при прочих равных условиях рессорное подвешивание ходовых частей снижает величину напряжений в элементах боковой стены до 37%.

Таким образом, анализ численных решений показал, что наибольшие по величине напряжения возникают в месте приварки обшивки к стойке и зоне верхних и средних гофров, что подтверждается результатами натурных обследований технического состояния полувагонов, разгружаемых с использованием вибромашин.

Согласно методике исследования по результатам численных экспериментов выполнен расчет усталостной прочности элементов боковой стены кузова полувагона с учетом асимметрии цикла нагружения. Расчет выполнялся при частоте вынуждающей силы 24 Гц для двух вариантов: без зависания груза в гофрах; при зависании груза в нижних и средних гофрах. Зависший груз в гофрах моделировался как сосредоточенные массы, распределенные по длине гофра в 6 точках. Установлено, что в случае отсутствия зависшего груза в гофрах условие усталостной прочности (где ) не выполняется для зоны контактной приварки листов обшивки к стойкам (=1,6). В случае зависания груза в гофрах условия усталостной прочности не выполняются для зоны приварки листов обшивки к стойкам (=1,6), а так же верхних (=1,36) и средних гофров (=0,45).

На последнем этапе исследования были решены задачи технологического характера.

1. Определение режима воздействия вибромашины на кузов полувагона.

Вибрационный режим нагружения в кузове полувагона возможен при условии, когда ускорение колебаний вибромашины превышает ускорение вынужденных колебаний элементов кузова полувагона. Установлено, что устойчивый синусоидальный режим работы накладной вибромашины на полувагоне с высотой кузова 2365 мм наблюдается при весе вибромашины от 4,6 тс. При этом, чем больше вес вибромашины, тем устойчивее вибрационный режим ее работы.

2. Проверка условия истечения груза.

Условия истечения груза выполняются, когда значение ускорения вынужденных колебаний рамы полувагона, необходимого для реализации технологического эффекта при работе накладной вибромашины, удовлетворяет неравенству:

, (6)

где – амплитуда вынужденных колебаний, м; – ускорение свободного падения, м/с2; – частота вынужденных колебаний, Гц.

Результаты расчетов показали, что при частоте нагружения кузова полувагона вынуждающей силой 24-25 Гц условие истечения груза выполняется при амплитуде вынуждающей силы вибромашины более 78,5 кН.

Основные Выводы

1 Проведен анализ технического состояния полувагонов, разгружаемых с использованием вибромашин, выявлены характерные зоны повреждений. Установлено, что более 80% всех повреждений приходится на трещины обшивки в зоне верхнего и среднего гофров, 12% приходится на обрывы листов обшивки от стоек, имеющих контактный тип сварочного соединения.

2 Разработана методика исследования нагруженности элементов кузова полувагона на основе компьютерного моделирования поведения механической системы «вибромашина-кузов-тележка» с учетом пространственного характера действия нагрузки и 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.

3 Создана компьютерная модель системы «вибромашина-кузов-тележка», включающая в себя упругую модель кузова полувагона, что позволяет оценить: напряженное состояние несущих элементов и обшивки кузова.

4 Выполнена идентификация параметров разработанной компьютерной модели по результатам натурных испытаний полувагонов вибронагрузкой. Установлено, что наибольшая сходимость численных и экспериментальных значений наблюдается при коэффициентах матрицы демпфирования равных =3·10-4 и =1,56·10-6, при этом погрешность вычислений не превышает 20%.

5. Произведена верификация разработанной компьютерной модели путем сопоставления численных и экспериментальных значений напряжений, расхождение между которыми не превышает 20%.

6. Выполнены численные исследования, включающие многовариантные расчет нагруженности кузова полувагона при изменении частоты и амплитуды вынуждающей силы. Показано, что при частоте 24 и 25 Гц величина напряжений в элементах кузова имеет «потенциальную яму», при этом наиболее нагруженными элементами кузова полувагона являются элементы обшивки в районе гофров и приварки к вертикальной стойке. Определено, что в случае зависания груза в средних и нижних гофрах наблюдается скачек напряжений в зоне верхнего и среднего гофров.

7. Установлено, что условие усталостной прочности не выполняется для зоны приварки листов обшивки к стойкам (=1,6). В случае зависания груза в гофрах условия усталостной прочности не выполняется для зоны приварки листов обшивки к стойкам (=1,6), а так же верхних (=1,36) и средних гофров (=0,45).

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Долгих К. О. Экспериментальное исследование вибронагруженности кузова полувагона [Текст] / К. О. Долгих, В. Ф. Лапшин // Вестник транспорта Поволжья. – 2012. – №2. – С. 34-42. входит в перечень ВАК.

2. Долгих К. О. Идентификация параметров математической модели вибронагруженности кузова полувагона [Текст] / К. О. Долгих, В. Ф. Лапшин // Транспорт Урала. – 2012. – №1. – С. 56-61. входит в перечень ВАК.

3. Долгих К. О. Методика компьютерного моделирования нагруженности механической системы «вибромашина-кузов вагона-тележка» [Текст] / К. О. Долгих, В. Ф. Лапшин // Транспорт Урала. – 2012. – №2. – С. 53-57. входит в перечень ВАК.

4. Долгих К. О. Математическая модель для исследования вибронагруженности полувагона модели 12-132 [Текст] / «Молодые ученые – транспорту – 2009»: сб. научн. тр. в 3-х т. / УрГУПС. – Екатеринбург, 2009. – Т. 1. – С. 55-64.

5. Долгих К. О. Прогнозирование вибронагруженности кузовов полувагонов на основе математического моделирования [Текст] / К. О. Долгих, К. М. Колясов, В. Ф. Лапшин // Проблемы и перспективы развития вагоностроения: Материалы V Всероссийской науч.-практ. конф. (13-14 мая 2010 г., г. Брянск) / под. ред. В.В. Кобищанова. – Брянск: БГТУ, 2010. – С. 60-62. Режим доступа: http://elibrary.ru .

6. Долгих К. О. Применение гибридных математических моделей для прогнозирования вибронагруженности кузовов полувагонов [Текст] / К. О. Долгих // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: труды Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием, 20-22 апреля 2011 г. В 5 т.; под ред. А.Ф. Серенко. – Хабаровск: ДВГУПС, 2011 – Т. 1. – С. 29-34.

7. Долгих К. О. Обеспечение сохранности вагонного парка при виброразгрузке с применением автоматизированных систем [Электронный ресурс] / К. О. Долгих, В. Ф. Лапшин // Транспорт XXI века: исследования, инновации, инфраструктура : материалы научн.-техн. конф., посв. 55-летию УрГУПС : в 2 т. / Уральский государственный университет путей сообщения. – Екатеринбург, 2011. – Вып. 97(180), т. 2. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).

8. Долгих К. О. Моделирование нагруженности кузова полувагона при виброразгрузке [Текст] / К. О. Долгих // Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты. VII Международная научно-техническая конференция: тезисы докладов. – СПб.: ПГУПС, 2011. – С. 92-94.

Долгих Константин Олегович

нагруженность кузова полувагона при воздействии

накладных вибромашин

05.22.07 – Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация

620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова 66

Издательство УрГУПС

Бумага офисная №1 Подписано к печати 27.04.2012 Усл. печ. л. 1,5

Тираж 100 экз. Формат бумаги 60х84 1/16 Заказ №110



Pages:     | 1 ||
 





 
© 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.