CC BY
20
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
ЕКСПЛУАТАЦ1Я ТА РЕМОНТ ЗАСОБ1В ТРАНСПОРТУ
УДК 625.032:656.082:343.148
Я. В. БОЛЖЕЛАРСЬКИЙ1*, Ю. Г. СОБОЛЕВСЬКА2*, С. С. ДОВГАНЮК3*, А. В. БАТ1Г4*
1 Каф. «Локомотиви», Днiпропетровський нацюнальний ушверситет з^зничного транспорту iменi академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпро, Украша, 49010, тел. +38 (056) 776 59 47, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-4787-1781
2*Каф. «Фундаментальш дисциплши», Дшпропетровський нацiональний унiверситет залiзничного транспорту iменi академжа В. Лазаряна (Львшська фiлiя), вул. I. Блажкевича, 12-а, Львш, Укра1на, 79052, тел. +38 (032) 267 99 74, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-8087-2014
3*Дншропетровський нацiональний ушверситет залiзничного транспорту iменi академжа В. Лазаряна (.Львшська фЫя), вул. I. Блажкевича, 12-а, Л^в, Укра1на, 79052, тел. +38 (032) 267 99 74, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0003-1320-3192
4*Лаб. «Залiзнично-транспортнi дослвдження», Львшський науково-дослiдний iнститут судових експертиз, вул. Липинського, 54, Львш, Укра1на, 79024, тел +38 (032) 232 70 61, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0003-1205-6004
ВИЗНАЧЕННЯ ПОГЛИНАННЯ ЕНЕРГП ГАСИТЕЛЕМ КОЛИВАНЬ ВАНТАЖНОГО ВАГОНА В АВАР1ЙНОМУ РЕЖИМ1 РУХУ
Мета. Незважаючи на заходи з пвдвищення безпеки руху поiздiв, на залiзницях Украши та свiту трапля-ються сходи рухомого складу з рейок. У випадках запод^яння значних матерiальних збитк1в та людських жертв правоохоронними органами ввдкриваються кримiнальнi провадження, у рамках яких призначаються судовi залiзнично-транспортнi експертизи. Пiд час проведення вказаних експертиз та службового розслвду-вання залiзнично-транспортних пригод, що iм передуе, виникае потреба у розв'язаннi диференщального рiвняння руху поiзда. Складовою вказаного рiвняння е величина питомого опору руху. В умовах залiзнично-транспортних пригод виникають фактори, як1 сприяють виникненню додаткового опору руху, а методика його розрахунку на даний час знаходиться у стади розробки. Вiдсутнiсть науково-обгрунтованоi методики його розрахунку у багатьох випадках унеможливлюе побудову мехашзму залiзнично-транспортноi пригоди i встановлення можливостi и запобiгання. Робота спрямована на визначення втрати енергп гасителями коли-вань вантажного вагона, колюна пара якого рухаеться у сташ сходу рейко-шпальною решiткою, у залежносл вiд осьового навантаження та конструктивних параметрiв ресорного пiдвiшування. Методика. На основi аналiзу конструкцп ресорного пiдвiшування та принципу роботи фрикцiйного гасителя коливань вiзка вантажного вагона запропоновано спосiб визначення енергii, що ним поглинаеться. У розрахунках приймались максимальнi значення перемiщень елементiв гасителя та нормативш значення параметрiв ресорного пвдвь шування. Результати. Отриманi розрахунковi формули визначення енергп, що поглинаеться гасителем коливань, для передбачених нормативними документами схем монтажу пружних елеменпв вiзка у залежностi вщ осьового навантаження. Вказанi залежностi е параболiчними. Наукова новизна. Авторами розглянуто аварiйний режим руху колiсноi пари рейко-шпальною решгткою пiсля сходу и з рейок. Показано, що розсь ювання енергii гасителем коливань е причиною збшьшення опору руху рухомого складу. Отримано формули для розрахунку величини енергп, яка розсшеться гасителем коливань при максимальному перемщенш його елементiв i залежить вщ осьового навантаження та конструктивних параметрiв ресорного пiдвiшуван-ня. Практична значимкть. Запропонований метод дозволить встановити величину додаткового опору руху, який виникае в аваршному режимi, що дасть змогу пiдвищити точнiсть тягових розрахуншв.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Ключовi слова: сх1д з рейок; колюна пара; гаситель коливань; рейко-шпальна решгтка; дисипащя енерги; тягов1 розрахунки; судова зал1знично-транспортна експертиза
Вступ
Щд час проведення судових експертиз та службового розслщування затзнично-транспортних пригод виникае потреба у розв'язанш диференщального р1вняння руху по!зда [10]. Складовою вказаного р1вняння е величина питомого опору руху [7]. Методи визначення опору руху при нормальних умовах експлуатаци розроблеш на достатньому р1вн1 i увшшли до нормативно-техшчно1 доку-ментаци та довщково1 лiтератури [4, 9]. Однак в умовах затзнично-транспортних пригод ви-никають фактори, якi сприяють виникненню додаткового опору руху, а методика його роз-рахунку на даний час знаходиться у стади роз-робки. Одним з таких випадюв е рух колюно1 пари по рейко-шпальнш решiтцi, який супроводжуеться низкою явищ, що спричиня-ють збiльшення опору. Вiдсутнiсть науково-обгрунтовано! методики його розрахунку у ба-гатьох випадках унеможливлюе побудову ме-хашзму залiзнично-транспортноl пригоди i встановлення можливостi li запобiгання.
Нестацiонарнi коливання рухомого складу розглядаються у значнш кiлькостi праць, серед яких слщ вiдзначити [2, 3, 5, 8]. Результати до-слiджень дисипаци енерги у фрикцiйних гасителях коливань i ll впливу на енергоефек-тивнiсть тяги поlздiв наведенi у [6, 13-17]. Вщ-значено, що енергiя по1зда, який рухаеться, ча-стково гаситься в баласп коли i поповнюеться локомотивом для пiдтримання задано1 швид-костi руху, тобто дисипацiя (розшяння) енерги призводить до збiльшення опору руху по1зда.
Аналогiчно збiльшення опору руху по1зда буде спостерiгатись i при збiльшеннi дисипаци енерги гасителями коливань тд час сходу колюно1 пари з рейок та И руху по рейко-шпальнiй решiтцi. При цьому слiд очiкувати максимальну амплiтуду перемiщень конструк-тивних елеменпв гасителя коливань.
Мета
Метою роботи е визначення величини роз-сiювання енерги гасителями коливань вантаж-ного вагона, колюна пара якого рухаеться рейко-шпальною решiткою у станi сходу, за-
doi 10.15802/stp2016/77838
лежно вiд осьового навантаження та конструк-тивних параметрiв ресорного пiдвiшування.
Методика
Постановка 3ada4i. Колюна пара вантажно-го вагона з тарою Т, у якому мютиться вантаж вагою Р, рухаеться по рейко-шпальнш реш^щ. Необхщно визначити величину енерги, яка роз-сдаеться гасителями коливань при максимальному перемщенш гасителя, а також вщшукати залежнiсть цiеl енергil вiд навантаження на вюь.
Розв 'язання 3ada4i. Гасш^ коливань ство-рюють дисипативш (розсiючi) сили, якi необ-хщш для розсiяння енергil власних коливань та обмеження ампл^уд коливань вагона чи його частин [1].
При цьому намагаються усю енергiю, яка поступае в пружш елементи коливально1 сис-теми, витратити на тертя в гасителях коливань, щоб вона перетворювалась в теплову енерпю i розсiювалась в навколишне середовище.
У вiзках вантажних вагонiв типу ЦНИИ-Х3-О застосовуеться клиновий гаситель коливань, який створюе сили тертя, що пропорцшш до перемiщень, але рiзнi по величинi для руху вго-ру та вниз [11].
Клиновий гаситель коливань складаеться з двох фрикцшних клишв, кожен з яких спи-раеться на дворядну клинову пружину, опорних поверхонь надресорно1 балки, яка спираеться на комплект основних пружин, що також е дво-рядними. Кшьюсть основних пружин залежить вщ вантажопiдйомностi вагона i може бути 3, 4 або 5 [12]. Таким чином, з одше1 сторони вiзка може бути встановлено 5, 6 або 7 дворядних пружин, двi з яких шдтримують клин, а iншi -надресорну балку.
Розрахункова схема клинового гасителя ко-ливань, запозичена з [1], наведена на рис. 1.
Сила тертя, яка виникае у фрикцшному га-сителi коливань, визначаеться за узагальненою формулою [2]:
^тр =-k-Фтср • Ce • Z • sign (1)
де k - коефiцiент пропорцшносп, що показуе частку зусилля при стисканш пружного елеме-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&шзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
нта на одиницю перем1щення, яку гаситель коливань перетворюе в нормальний тиск м1ж елементами, що труться; фТСР - середнш кое-фщ1ент вщносного тертя; z - статичний про-гин ресорного шдвшування; се - екв1валентна жорстюсть пружних елеменпв, паралельно до яких встановлений гаситель; z - швидюсть перемщення гасителя; sign z - знак z .
Залежшсть м1ж навантаженням на гаситель коливань Р та його перемщенням z, мае вигляд, що показаний на рис. 2.
Енерпя, що поглинаеться гасителем коливань, дор1внюе площ1 петл1 пстерезису i, як видно з рис. 2, визначаеться за формулою:
АЕтс = k 'ФТСР • Се
(2)
Рис. 1. Схема роботи фрикцшного гасителя коливань:
1 - клин; 2 - фрикцшна планка; 3 - надресорна балка
Fig. 1. Scheme of the friction shock absorber operation:
1 - wedge; 2 - friction plate; 3 - bolster
Рис.2. Силова характеристика фрикцшного гасителя коливань
Fig. 2. Power characteristic of friction shock absorber
Виразимо цю енерпю через силу натиснен-ня, яка виникае при терн елеменпв фрикцшного гасителя, схема якого наведена на рис. 1
ДЕас = (N1H + NH + NB1 + NB ) ' ФТСР
(3)
де N1H, NH, NB1, NB - сили натиснення, якi ви-никають при рус клинового гасителя коливань вгору та вниз, Н.
Для визначення складових, що входять до виразу (3) визначимо статичне навантаження на одну дворядну пружину:
P =
ст
(тваг - тк.п.' Пк.п.- тбок ' Пбок
ь
(4)
пр
де тваг - маса вагона; ткп. - маса колюно1 пари, пкп. - кшьюсть колiсних пар; тбок - маса боко-во1 рами вiзка, пбок - кiлькiсть бокових рам вiз-
ка у вагош; n
пр
загальна кiлькiсть подвiйних
пружин у ресорному шдвшуванш вагона; g -прискорення вiльного падiння.
Осьове навантаження qa та маса вагона пов'язаш спiввiдношенням
• Пкп / g .
(5)
Враховуючи, що пружини у ресорному комплект подвiйнi i встановленi паралельно, су-марна жорсткiсть подвiйноï пружини буде дорiвнювати сумi жорсткостей внутрiшньоï свн та зовнiшньоï сз пружин
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&шзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
С = Свн + Сз .
вн з
(6)
Жорстюсть одше! пружини (зовшшньо! або внутршньо!) визначасться за формулою
- = р 8Ш а1 ' СОЭ а1 , (15)
Н 3 Аи '
Сз(вн) =
& • *з4(вн)
8 • А3(вн) • П
(7)
з(вн) р з(вн)
Рн
= М1—1Н.
При рус клина вгору:
(16) (17)
Де & - модуль зсуву для стал; й^) - дтметр АВ = (1 + ц • ц^) • С08(а1 - а2) -прутка зовшшньо! (внутршньо!) пружини; А(вн) - дiаметр зовшшньо! (внутршньо!) пружини; пр з(вн) - кiлькiсть робочих витюв зовшшньо! (внутршньо!) пружини.
Прогин рессорного шдвшування:
N = Р •
-(М -М) • §1п(а1 -а 2); (18) СО8а2 -ц^па2
Ав
-В = Р •
г = -
(8)
8т а) +М1 • СО8 а)
АВ
Прогин шдклиново! пружини гкл та пе-ремiщення поверхонь клина, як труться по фрикцiйнiй планщ 5 та надресорнiй балцi 51, можуть бути визначенi за формулами:
(9)
Рв = М-в ;
Р1В = М1—1В .
(19)
(20)
(21) (22)
5 =-
51 =
1+• геа 2' г
(1 + • геа 2) • С08 а 2 г • геа 2
Коефiцieнти вiдносного тертя клинового гасителя при рус вгору та вниз визначасться за формулами:
2 • (Ри + Рщ)
Д =-
тн _
РН
(23)
(10) де РН - навантаження на ресорний комплект при рус вниз, Н;
2 • (Рв + ^13)
(1 + ге а1 • ге а 2) • С08 а1 Реакщя пружини, що пiдтримуe клин:
(11)
Д =-
ТВ
Рв
(24)
Р = с' • г ,
а кл кл'
(12)
де РВ - навантаження на ресорний комплект при рус вгору, Н;
Рн =1 СО г + 2с^л гКл + 2Рв , (25)
шдтримуе клин. РВ = ^ Сог + 2склгкл - 2РВ, (26)
Знайдемо значення сил, що ддать на клин та _ надресорну балку, а також вщповщних пе- де ^ С0 - сумарна ж0рсткiсть основних пру-
де скл = с - жорстюсть подвiйноl пружини, яка
ремщень (рис. 1).
При русi клина вниз (див. рис. 1):
АН = (1 + м • М1) • С08( а1 -а2) +
жин комплекту.
Коефщент середнього тертя визначиться за формулою
+(М -М)• эт^ -а2); (13) (14)
Фтор =
Рн - Рв Рн + Рв
(27)
- = Р С05 а2 + а2 ,
1Н _ Га ' А '
АН
З анатзу формул (1-27) видно, що шукана залежнiсть буде квадратичною, матиме вигляд
Е = А • д1 + В • до + С .
(28)
с
г
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Результати
Виконано розрахунок для наступних вихщних даних: ткп = 1440 кг; тбок = 500 кг;
Пкп = 4; «бок = 4; А = 0,172 м; Ан=0,105 м; ¿з=0,03м; dBB= 0,019 м; G = 8-1010 Па; Пр з=4,8; Пр вн =7,6; aj =0,8024 рад ; а2 =0,0349 рад ; ц =0,25; ц =0,28.
Розрахунок виконано для трьох вар1ант1в встановлення пружин, як передбачеш [12]: ппр = 20 для вагошв вантажошдйомнютю мен-
ше 50 т (тип 1); ппр = 24 для вагошв вантажошдйомнютю 50-60 т (тип 2); ппр = 28 для
вагошв вантажошдйомнютю бшьше 60 т (тип 3). При цьому з одше! сторони в1зка встанов-люеться 5, 6 або 7 пружин вщповщно, дв1 з яких - шдклинов1, а решта - основш.
Розрахунок виконаний для допустимого д1апазону навантажень на вюь за умови, що вантажошдйомнють вагона перевищена не бу-де. Результати розрахунку наведеш у табл. 1, на рис. 3.
Залежносп апроксимуються параболами (27), як мають вигляд:
— для вагошв вантажошдйомнютю до 50 т (1 тип)
Е = 0,043• qo2 -1,6379• qo +15,586;
— для вагошв вантажошдйомнютю 50-60 т (2 тип)
Е = 0,0248 • qo2 - 0,9457 • qo + 8,9986;
— для вагошв вантажошдйомшсгю бшьше 60 т (3 тип)
Е = 0,0156• qo2 -0,5945• qo + 5,6572 .
Таблиця 1
Енерпя, що розаюеться гасителями коливань
Table 1
The energy dissipated by the shock absorbers
Тип 1 Тип 2 Тип 3
qo, кН Е, Дж qo, кН Е, Дж qo, кН Е, Дж
50 41,3 50 23,8 50 15
115 396 130 306 145 248
180 1115 210 902 240 763
Рис. 3. Залежносп E = f (q0) Fig. 3. Dependencies E = f (q0)
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Наукова новизна та практична значимкть
Розглянуто аваршний режим руху колюно1 пари рейко-шпальною решгткою шсля сходу И з рейок. Показано, що розсдавання енергп гасителем коливань е причиною збшьшення опору руху рухомого складу. Отримано формули для розрахунку величини енергп, яка розс1ю-еться гасителем коливань при максимальному перемщеш його елеменпв { залежить вщ осьо-вого навантаження та конструктивних парамет-р1в ресорного шдвшування. Це дозволить встановити величину додаткового опору руху, який виникае в аваршному режиму що дасть змогу тдвищити точшсть тягових розрахунюв.
Висновки
1. У результат дослщжень отримаш розра-хунков1 формули визначення енергп, що по-глинаеться гасителем коливань для р1зних схем пружного шдвшування вагошв. Залежносп можуть бути описаш параболами вигляду
Е = А • д20 + В • qo + С .
2. Розрахована енерпя, що розс1юеться гасителями коливань та поповнюеться енергетич-ною установкою локомотива для тдтримання задано! швидкосп. Вказане розс1яння енергп е причиною виникнення додаткового опору ру-ху по!зда.
3. Напрямками подальших дослщжень е уточнення величини ампттуди коливань за р1зних умов руху та розробка методики визна-чення додаткового опору руху, що виникае внаслщок дисипаци енергп гасителями коливань.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Вагоны : учебник для вузов ж.-д. трансп. / Л. А. Шадур, И. И. Челноков, Л. Н. Никольский [и др.] ; под ред. Л. А. Шадура. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва : Транспорт, 1980. -439 с.
2. Вершинский, С. В. Динамика вагона : учебник для вузов ж.-д. трансп. / С. В. Вершинский,
B. Н. Данилов, В. Д. Хусидов ; под. ред.
C. В. Вершинского. - 3-е изд., перераб. и доп. -Москва : Транспорт, 1991. - 360 с.
3. Гарг, В. К. Динамика подвижного состава : [пер. с англ.] / В. К. Гарг, Р. В. Дуккипати ; под ред. Н. А. Панькина. - Москва : Транспорт, 1988. - 391 с.
4. Гребенюк, П. Т. Тяговые расчеты : справочник / П. Т. Гребенюк, А. Н. Долганов, А. И. Скворцов ; под ред. П. Т. Гребенюка. - Москва : Транспорт, 1987. - 272 с.
5. Дьомш, Ю. В. Основи динам1ки вагошв : навч. поабник / Ю. В. Дьомш, Г. Ю. Черняк. - Кшв : КУЕТТ, 2003. - 270 с.
6. Комарова, А. Н. Оценка энергоэффективности нетягового подвижного состава / А. Н. Комарова, Ю. П. Бороненко // Наука та прогрес транспорту. - 2013. - № 1 (43). - С. 149-153. doi:10.15802/stp2013/9616.
7. Кузьмич, В. Д. Теория локомотивной тяги : учебник для вузов ж.-д. трансп. / В. Д. Кузьмич, В. С. Руднев, С. Я. Френкель ; под ред. В. Д. Кузьмича. - Москва : Маршрут, 2005. -448 с.
8. Мямлин, С. В. Моделирование динамики рельсовых экипажей : монография / С. В. Мямлин.
- Днепропетровск : Новая идеология, 2002. -240 с.
9. Правила тяговых расчетов для поездной работы. - Москва : Транспорт, 1985. - 287 с.
10. Сокол, Э. Н. Сходы с рельсов и столкновения подвижного состава (Судебная экспертиза. Элементы теории и практики) : монография / Э. Н. Сокол. - 2-е изд., доп. - Киев : Транспорт Украины, 2004. - 368 с.
11. Соколов, М. М. Гасители колебаний подвижного состава : справочник / М. М. Соколов, В. И. Варава, Г. М. Левит. - Москва : Транспорт, 1985. - 216 с.
12. 1нструкщя з техшчного обслуговування вагошв в експлуатаци : ЦВ-0043 : затв. 01.03.2009 р. Наказом Укрзал1зниц1 №417-Ц ввд 25.09.2008 р. / М-во трансп. та зв'язку Украши. - Кшв : ДП ПКТБЦВ Укрзал1зниц1, 2008. - 222 с.
13. Lindgreen, E. Driving resistance from railroad trains / E. Lindgreen, S. C. Sorenson. - Copenhagen : DTU, 2005. - 86 p.
14. Lukaszewicz, P. Energy consumption and running time for trains: modelling of running resistance and driver behaviour based on full scale testing : doct. ... thesis : Trita-FKT, 2001:25 / P. Lukaszewicz. - Stockholm : KTH, 2001. -154 p.
15. López, I. Energy dissipation of a friction damper / I. López, J. M. Busturia, H. Nijmeijera // J. of Sound and Vibration. - 2004. - Vol. 278. - Iss. 3.
- P. 539-561. doi:10.1016/j.jsv.2003.10.051.
16. Lopez, I. Prediction and validation of the energy dissipation of a friction damper / I. Lopez, H. Nijmeijer // J. of Sound and Vibration. - 2009.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
- Vol. 328. - Iss. 4-5. - P. 396-410. doi:10.1016/j.jsv.2009.08.022. 17. Theoretical prediction of the damping of a railway wheel with sandwich-type dampers / I. Merideno,
J. Nietoa, N. Gil-Negrete [et al.] // J. of Sound and Vibration. - 2014. - Vol. 333. - Iss. 20. -P. 4897-4911. doi:10.1016/j.jsv.2014.05.034.
Я. В. БОЛЖЕЛАРСКИЙ1*, Ю. Г. СОБОЛЕВСКАЯ2*, С. С. ДОВГАНЮК3*, А. В. БАТИГ4*
1 Каф. «Локомотивы», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 776 59 47, эл. почта [email protected], ОКСГО 0000-0002-4787-1781
2*Каф. «Фундаментальные дисциплины», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, (Львовский филиал), ул. И. Блажкевича, 12-а, Львов, Украина, 79052, тел. +38 (032) 267 99 74, эл. почта [email protected], ОКСГО 0000-0002-8087-2014
3*Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, (Львовский филиал), ул. И. Блажкевича, 12-а, Львов, Украина, 79052, тел. +38 (032) 267 99 74, эл. почта [email protected], ОКСГО 0000-0003-1320-3192
4*Лаб. «Железнодорожно-транспортные исследования», Львовский научно-исследовательский институт судебных экспертиз, ул. Липинского, 54, Львов, Украина, 79024, тел +38 (032) 232 70 61, эл. почта [email protected], ОКСГО 0000-0003-1205-6004
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ ГАСИТЕЛЕМ КОЛЕБАНИЙ ГРУЗОВОГО ВАГОНА В АВАРИЙНОМ РЕЖИМЕ ДВИЖЕНИЯ
Цель. Несмотря на меры по повышению безопасности движения поездов, на железных дорогах Украины и мира случаются сходы подвижного состава с рельс. В случаях причинения значительного материального ущерба и человеческих жертв, правоохранительными органами открываются уголовные производства, в рамках которых назначаются судебные железнодорожно-транспортные экспертизы. При проведении указанных экспертиз и служебного расследования железнодорожно-транспортных происшествий, предшествующих им, возникает потребность в решении дифференциального уравнения движения поезда. Составной указанного уравнения является величина удельного сопротивления движению. В условиях железнодорожно-транспортных происшествий возникают факторы, способствующие возникновению дополнительного сопротивления движению, а методика его расчета в настоящее время находится в стадии разработки. Отсутствие научно обоснованной методики его расчета во многих случаях делает невозможным построение механизма железнодорожно-транспортного происшествия и установления возможности ее предотвращения. Работа направлена на определение потерь энергии в гасителях колебаний грузового вагона, колесная пара которого движется в состоянии схода по рельсошпальной решетке в зависимости от осевой нагрузки и конструкционных параметров рессорного подвешивания. Методика. На основании анализа конструкции рессорного подвешивания и принципа работы фрикционного гасителя колебаний тележки грузового вагона, предложен способ определения поглощаемой им энергии. В расчетах приняты максимальные значения перемещений элементов гасителя и нормативные значения параметров рессорного подвешивания. Результаты. Получены расчетные формулы определения энергии, поглощаемой гасителем колебаний, для предусмотренных нормативными документами схем монтажа упругих элементов тележки в зависимости от осевой нагрузки. Указанные зависимости является параболическими. Научная новизна. Авторами рассмотрен аварийный режим движения колесной пары по рельсошпальной решетке после схода ее с рельс. Показано, что рассеивание энергии в гасителях колебаний является причиной увеличения сопротивления движению подвижного состава. Получены формулы для расчета величины энергии, рассеиваемой в гасителе колебаний при максимальном перемещении его элементов. Указанная энергия зависит от осевой нагрузки и конструктивных параметров рессорного подвешивания. Практическая значимость. Предложенный метод позволит установить значение дополнительного сопротивления движению, возникающего в аварийном режиме, что даст возможность повысить точность тяговых расчетов.
Ключевые слова: сход с рельсов; колесная пара; гаситель колебаний; рельсошпальная решетка; диссипация энергии; тяговые расчеты; судебная железнодорожно-транспортная экспертиза
HayKa Ta nporpec TpaHcnopTy. BicHHK ^mnponeTpoBctKoro Ha^oH&ntHoro ymBepcmeTy 3&ri3HHHHoro TpaHcnopTy, 2016, № 4 (64)
Y. V. BOLZHELARSKYI1*, YU. H. SOBOLEVSKA2*, S. S. DOVGANYUK3*, A. V. BATIG4*
1 Dep. «Lokomotives», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 776 59 47, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-4787-1781
2*Dep. «Fundamental Disciplines», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named
after Academician V. Lazaryan (Lviv branch), Iv. Blazkevych St., 12-a, Lviv, Ukraine, 79052, tel. +38 (032) 267 99 74,
e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-8087-2014
3*Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan (Lviv branch), Iv. Blazkevych St., 12-a, Lviv, Ukraine, 79052, tel. +38 (032) 267 99 74, e-mail [email protected], (ORCID 0000-0003-1320-3192
4*Lab. «Railway Transport Researches», Lviv Research Institute of Forensic Science, Lypynskyi St., 54, Lviv, Ukraine, 79024, tel. +38 (032) 232 70 61, e-mail [email protected], ORCID 0000-0003-1205-6004
DETERMINATION OF ENERGY LOSSES BY SHOCK ABSORBER IN A FREIGHT CAR AT CRASH MODE
Purpose. Despite measures to improve the safety of trains on Ukraine and worldwide railways there is derailment of rolling stock. In cases of significant property damage and human losses, law enforcement agencies open a criminal proceeding in which rail-transport expertise is called. In carrying out of these expertise and internal investigation of rail accidents, preceding them, there is a need in a solution of the differential equation of the train movement. A component of this equation is the value of the specific train resistance. In terms of railway accidents, factors occur that promote the appearance of additional resistance to movement, and its calculation method is currently under development. The lack of evidence-based methods of its calculation makes it impossible in many cases to build the mechanism of railway accident and the establishment of possibility to prevent it. The purpose of this work is to determine the energy losses in the shock absorber of the freight car whose wheel-set moves in the derailed state on the track panel depending on the axle load and structural parameters of spring suspension. Methodology. On the basis of spring suspension construction analysis and operating principle of the friction shock absorber of the freight car bogie the authors provide the method for determining the energy absorbed by it. The calculations take the maximum values of the absorber elements displacement and the regulatory values of spring suspension parameters. Findings. The calculated formulas for determining the energy, absorbed by shock absorber for regulation-set mounting schemes of elastic bogie elements depending on the axial load were obtained. The mentioned curves are parabolic. Originality. The authors considered the crash mode of the wheel-set movement on the track panels after its derailment. It is shown that the energy dissipation in the shock absorbers is the reason for increase in resistance to rolling stock movement. The formulas for calculating the amount of energy dissipated in the shock absorber with a maximum displacement of its elements are derived. This energy depends on the axle load and structural parameters of spring suspension. Practical value. The proposed method allows setting the value of the additional resistance to motion that occurs in crash mode which makes it possible to increase the accuracy of traction calculations.
Keywords: derailment; wheel-set; shock absorber; track panel; dissipation of energy; traction calculations; forensic science
REFERENCES
1. Shadur L.A., Chelnokov I.I., Nikolskiy L.N., NikolskiyYe.N., Koturanov V.N., Proskurnev P.G., Kazanskiy G.A., Spivakovskiy A. L., Devyatkov V.F. Vagony [Cars]. Moscow, Transport Publ., 1980. 439 p.
2. Vershinskiy S.V., Danilov V.N., Khusidov V.D. Dinamika vagona [Dynamics of a car]. Moscow, Transport Publ., 1991. 360 p.
3. Garg V.K., Dukkipati R.V., Pankin N.A. Dinamika podvizhnogo sostava [Dynamics of rolling stock]. Moscow, Transport Publ., 1988. 391 p.
4. Grebenyuk P.T., Dolganov A.N., Skvortsov A.I. Tyagovyye raschety [Traction calculations]. Moscow, Transport Publ., 1987. 272 p.
5. Domin Yu.V., Cherniak H.Yu. Osnovy dynamiky vahoniv [Fundamentals of cars dynamics]. Kyiv, KUETT Publ., 2003. 270 p.
6. Komarova A.N., Boronenko Yu.P. Otsenka energoeffektivnosti netyagovogo podvizhnogo sostava [Estimation of energy efficiency of non-tractive rolling stock]. Nauka ta progres transportu - Science and Transport Progress, 2013, no. 1 (43), pp. 149-153. doi: 10.15802/stp2013/9616.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
7. Kuzmich V.D., Rudnev V.S., Frenkel S.Ya. Teoriya lokomotivnoy tyagi [The theory of locomotive traction]. Moscow, Marshrut Publ., 2005. 448 p.
8. Myamlin S.V. Modelirovaniye dinamiki relsovykh ekipazhey [Modeling the dynamics of railway vehicles]. Dnepropetrovsk, Novaya ideologiya Publ., 2002. 240 p.
9. Pravila tyagovykh rasschetov dlya poyezdnoy raboty [Rules of traction calculations for train operation]. Moscow, Transport Publ., 1985. 287 p.
10. Sokol E.N. Skhody s relsov i stolknoveniya podvizhnogo sostava (Sudebnaya ekspertiza. Elementy teorii i praktiki) [Derailment and collision of rolling stock (Forensics enquiry. Elements of theory and practice)]. Kiev, Transport Ukraini Publ., 2004. 368 p.
11. Sokolov M.M., Varava V.I., Levit G.M. Gasiteli kolebaniy podvizhnogo sostava [Shock absorbers of rolling stock]. Moscow, Transport Publ., 1985. 216 p.
12. Instruktsiia z tekhnichnoho obsluhovuvannia vahoniv v ekspluatatsii: TsV-0043 [Manual maintenance of cars in operation]. Kyiv, DP PKTBTSV Ukrzaliznytsi Publ., 2008. 222 p.
13. Lindgreen E., Sorenson S.C. Driving resistance from railroad trains. Copenhagen, DTU Publ., 2005. 86 p.
14. Lukaszewicz P. Energy consumption and running time for trains: modelling of running resistance and driver behaviour based on full scale testing. Doct. Thesis. Stockholm, KTH Publ., 2001. 154 p.
15. López I., Busturia J.M., Nijmeijera H. Energy dissipation of a friction damper. Journal of Sound and Vibration, 2004, vol. 278, issue 3, pp. 539-561. doi:10.1016/j.jsv.2003.10.051.
16. Lopez I., Nijmeijer H. Prediction and validation of the energy dissipation of a friction damper. Journal of Sound and Vibration, 2009, vol. 328, issue 4-5, pp. 396-410. doi:10.1016/j.jsv.2009.08.022.
17. Merideno I., Nietoa J., Gil-Negrete N., Giménez Ortiz J.G., Landaberea A., Lartza J. Theoretical prediction of the damping of a railway wheel with sandwich-type dampers. Journal of Sound and Vibration, 2014, vol. 333, issue 20, pp. 4897-4911. doi:10.1016/j.jsv.2014.05.034.
Стаття рекомендована до публ1кацИ' д.т.н., проф. Б. В. Герою (Украта); д.т.н., проф.
М. Б. Кельр1хом (Украта)
Надшшла до редколегп: 05.02.2016
Прийнята до друку: 02.06.2016
