CC BY
17
УДК 629.4.023:14.001.573
В1ЗНЯК Р.1., к.т.н.,доцент ЧЕПУРЧЕНКО 1.В., астрант
Побудова уточнено'1 математичноУ моделi оцiнювання мiцностi нашв-вагону при розвантаженш на вагоноперекидачi
Постановка проблеми
В умовах дефщиту вантажного ру-хомого складу на залiзницях Укра'ни, особливо при зростанш обсягiв вантажних перевезень, виникае критична ситуацiя щодо задоволення виробничих потреб рь зноманiтних тдприемств i виробничих об'еднань у наявносп в вагонiв для пере-везення вашашв.
Анал1з останн1х досл1джень та публжа-ц1й
Середнiй термiн служби вантажного вагону Укрзалiзницi складае 22 роки. Вь
домо, що тшьки у цьому роцi мае бути ви-ключено бiльше половини парку вантажних вагошв за термшами експлуатацп. Дефiцит самого необхiдного типу рухомо-го складу - натввагошв на кiнець 2011 року становить 35206 одиницi. Крiм цього вкрай гострого фактору та низько'' якосп ремонту вагонiв ще iснуе явище, коли ва-нтажоодержувачi не спроможш дотриму-ватись норм i ГОС^в, що передбаченi до розвантаження вагошв, як призводить до 'х масового пошкодження (Рис.1) i, як на-слiдок, попадання до позапланових ремо-нтiв та виключенням з робочого парку на перюд технiчного обслуговування з вщ-чепленням.
Рис. 1. Кшькють виявлених пошкоджених вагонiв за чотирьохрiчний термiн часу
Дана тенденщя ч^ко спостерiгаeться в портах, де йде масове вивантаження си-пучих i навалочних вантажiв з натвваго-нiв за допомогою грейферних ковшiв [1]. На протязi майже сторiччя застосування способу перекидання насипних вантажiв по вщношенню до вагонiв-гандол, а потсм i напiввагонiв, мало хто не буде згоден iз його здобутками у продуктивносп при вивантаженнi, зпдно [2]. У зв'язку з цим, питання розвитку i обладнання систем для перекидання натввагошв в портах стае одним iз прiоритетних, за умовою техшч-них доопрацювань щодо повного збере-ження кузовiв вагошв.
Мета статт1
Розробка математично'1 моделi руху системи «вагоноперекидач (ПВП) - кузов натввагона (КНПВ) - насипний вантаж (НВ)» з метою уточнень 11 динамiчних ха-
рактеристик i удосконалення конструкцil пiввагону шляхом адаптування до розван-таження у штенсивному залiзнично-водному сполученнi, а саме морських та рiчних портах.
Виклад основного матер1алу
З метою визначення прискорень як дiють на елементи кузову тввагону при вивантаженнi насипного (навалювально-го) вантажу за допомогою (ПВП) було опрацьовано i складено систему диферен-цiйних рiвнянь руху динамiчноl системи ПВП-КНПВ-НВ з використанням принципу Лагранжа II роду для неконсервати-вних систем [3].
Розрахункову схему системи наведено на рисунку 2. При цьому диферен-цiйнi рiвняння руху системи мають ви-гляд:
Рис.1. Розрахунква схема КНПВ-НВ
R - радiус кругово'1 траекторп, що здшснюеться при обертаннi системи вiдносно Ц.Т. (центру тяжшня системи); F(t) - перюдична сила при вимушених коливаннях вщ дп приводу електродвигуна; ф - кут повороту кузову ¡з вантажем; со - кутова швидюсть системи; - вщповщно моме-
нти шерцп ПВП, КНПВ та НВ; Рр -зусилля розпору насипного вантажу; Fтр -сила тертя мiж кузовом та вантажем; Рбр(вер)- вертикальна складова ваги бруто КНПВ та НВ; Рбр(гор) -горизонтальна складова ваги бруто КНПВ та НВ; а - площина рiвня розвантажувального фронту
(1)
1у ,!у ,1у - вiдповiдно моменти пiд емно-транспортного механiзму, а та-
шерци ПВП, КНПВ та НВ, т м2; ¿нвп -швидкють перемщення ПВП,м/с;
- вщповщно кутова швидкiсть перемщення ПВП та НВ,с-1; -
вщповщно кутове прискорення ПВП та
нв, с-2;
При цьому кшетична енерпя ваго-ноперекидача визначалася за наступною формулою
де А - момент шерцп вагонопереки-дача вщносно ослу, т м2;
- кутова швидкють системи;
кож перемщенням насипного вантажу.
гШЕП -3 -2
V =
ПВП
*у Упвп ^пвп Уев 2-г2
(5)
(2)
(3)
де ^ - лшшна швидкiсть, м/с; ■ - радiус кругово' траекторп що здiйснюеться при обертанш системи, м. Тодi маемо:
Потенцшна енергiя визначаеться:
Де Рпвп- вага вагоноперекидача, т; - вщстань мiж опорною площи-ною та елементами системи, м.
Енерпя дисипаци Ф ПВП приймала-ся рiвною нулю, внаслiдок того що вантаж безпосередньо з конструкщею вагоноперекидача не взаемодiе.
Аналогiчно чином визначалася кшетична i потенцiальна енергiя кузова напiв-вагону.
гкнпв JY _ _У_
КНПВ
Фпвп ^ПЕП ' <РНВ
2 г2
(4)
(7)
(8)
Енергiя дисипацГ кузова натвваго-
У зв'язку з тим, що вагоноперекидач ну виникае внаслщок перемiщення насип-
знаходиться у жорстк°'1' взаемодп з ку;зо- ного вантажу вщносно боково' стiнки за 11 вом напiввагону складовi енергетичного висотою
балансу системи диференцiйних рiвнянь
будуть включати у себе три узагальнюю1п
координати, якi обумовленi положенням
ПВП над поверхнею земш (г), кутом обе-
рту (^пеп), що зумовлений роботою
Ф _ ^р ■ («Рент + Ф%)
(9)
Де ^тр - сила тертя, яка визначаеться
(10)
N
г
г-у
( ; ■ ■ : I I (11)
де - коефiцieнт тертя ^ж кам'яним вуглем та обшивою металевою .. = С Е, мiж гранулами вуглю V = 0,75)[6];
N - тиск на бокову стшку натвваго-ну вщ насипного вантажу. Тиск насипного вантажу на бокову стшу кузова на тввагону визначався у вщповщносп з [4].
де у - щшьтсть насипного вантажу т/м ; В - внутршня ширина кузову натввагону м \Н— висота боково'1 стши натввагону м; а - кут повороту системи град.; р - кут мiж площиною обрушення та площиною боково'1 стшки нaпiввaгoнy.
Сила тертя мiж вантажем та кузовом визначасться:
F4,=^ (2 S H-Bî tg(a+p-:)) sin(a) iil(12) «¿-(г 8 H-5г■ tg(o+р-=))• яп(а) /<2
(13)
Сила тертя мiж частками вантажу: Кiнетичнa i пoтенцiaльнa енергiя ва-нтажу буде записана як:
ГНЕ ■ (h2 ■ 72 ■ (h2
у 1 г: УПБП ^пеп УНЕ
V =
НЕ
2-г2
П = : : : або П=-А
(14)
(15)
Збурююча сила вщ д^' приводу елек-трoдвигyнiв задавалася за гармоншним законом
(16)
З метою визначення тиску насипно-го вантажу на бокову стшу кузова натввагона при розвантажент використовува-лася формула Кулона з корегуванням Синельникова. При цьому маса насипного вантажу визначалася за формулою:
де у - щшьн1сть насипного вантажу,
т/м3;
Н - висота боково'1 стши на твваго-
ну, м;
.".' - кут повороту системи, град.; .о - кут внyтрiшньoгo тертя; х - ширина призми зрущшня спаду вантажу,м.
При визначент моменту шерцп' насипного вантажу 7™ було зроблено при-
пущення, що вш е мoнoлiтнoю середою призматично'1 форми за умови убиття з кузову.
З метою виршення системи дифере-нцшних рiвнянь вони зведилися до нормально! форми Кoшi та послщуючим ште-груванням за методом Рунге-Кутта [5]. На пiдстaвi чого були отримат прискорення КНПВ при розвантажент його за допомогою ПВП (Рис.3). Зпдно отриманих результат можна зробити висновок, що прискорення кузову натввагону виника-ють при куп обертання близько 60о (тоб-то, при установленому витiкaннi вантажу з кузову). Максимальн значення приско-рень спoстерiгaються при кyтi оберту 125о та сягають близько 10 м/с . Це здшснюеться майже на кшцевш стадп ютшання вантажу, oскiльки oстaннiй кут, а це близько 30о вже не впливае на динамшу,бо вантаж у кyзoвi складае вже невелику час-тину.
Рис. 3. Змшення прискорень кузова на тввагону iз вантажем при перекиданнi.
Висновки
Проведет розрахунки дозволили ви-значити i уточнити динамiчнi прискорен-ня системи ПВП-КНПВ-НВ протягом циклу розвантаження. Максимальш величи-ни прискорень для кузова тввагона вини-кають при куп,що складае 125о i станов-лять близько 10 м/с2.
Ц дослiдження дають змогу досто-вiрно визначити i оцiнити iнерцiйнi скла-довi енергетичного балансу кузова натв-вагона при розвантаженнi на вагонопере-кидачi, що дозволить конструкцiйно адап-тувати напiввагони до умов розвантаження у споаб перекидання, i вiдповiдно тд-вищити показники властивостей надшно-стi, мiцностi i збереження рухомого складу, та суттево збiльшити продуктивнiсть обробки напiввагонiв i скоротити вагоно-оберт при значних простоях пiд розванта-женням у портах пыд час експортно' перевалки за кордон.
Список лггератури
1. Вiзняк Р. I. Шввагон i грейфер вь чна проблема несумiсностi [Текст] / Р. I. Вiзняк, I. В. Чепурченко, В.О. Шевченко // Журн. «Вагонный парк» - 2011. - №1. - С. 24-28.
2. Крапоткин С. И. Вагоноопроки-дыватели [Текст] : учеб. / С. И. Крапот-кин, Б. И. Сорокин ; Трансжелдориздат. -
М., 1937. - 407 с.
3. Вершинский С. В. Динамика вагона [Текст] : ученик для ВУЗов / С. В. Вершинский, В. Н. Данилов, В. Д. Хуси-бов ; под общ. ред. С. В. Вершинский; - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Трарспорт, 1991.-360 с.
4. Музалев Г.Г. Исследования по выбору конструктивних схем и технико-экономических параметров угольных вагонов габарита Т [Текст]: автореф. дис. к-та тех. наук: 05.22.07 / Г.Г. Музалев; [МИИТ].— Москва,1976. — 23с.
5. Кирьянов Д.В. Mathcad 13 [Текст] / Д.В. Кирьянов - СПб.: БХВ - Петербург, 2006. - 608 с.
6. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). [Текст] - М.: 1996. - 258 с
Анотацн:
Ключовi слова: нашввагон, вагонопереки-дач, математичне моделювання, диференцшш р1в-няння, грейфер, пошкодження вагошв, динашчш прискорення, насипний вантаж.
У статп представлена математична модель руху системи «вагоноперекидач (ПВП) - кузов натввагона (НПВ) - насипний (навалювальний) вантаж».
За допомогою системи диференц1альних р1-внянь руху було складено алгоритм знаходження прискорень д1ючих на кузов натввагона тд час його перекидання на вагоноперекидач1. При скла-данн1 компонента диференц1альних р1внянь вра-ховувалися р1зш конструкцИ нап1ввагон1в, ф1зико-
мехашчт властивосп насипних вантаж1в i конс-трукцй' вагоноперекидашв.
Шсля анал1зу отриманих даних розрахуншв у вигляд1 графЫв прискорень можна зробити ви-сновок, що найбшьш1 прискорення кузов отримуе при поворот! системи на кут 125 град. i складають вони близько 1g. Отримаш значення прискорень дозволяють оцшити на мщшсть конструкцп твва-гошв тд час 1х перекиданш на вагоноперекидач1 i вщповщно тдвищити показники надшносп, мщ-носп i збереження вагонного парку.
В статье представлена математическая модель движения системы «вагоноопрокидыватель (ПВО) - кузов полувагона (ПВ) - насыпной (навалочный) груз».
С помощью системы дифференциальных уравнений движения был составлен алгоритм нахождения ускорений действующих на кузов полувагона во время его опрокидывания на вагоно-опрокидывателе. При составлении компонентов дифференциальных уравнений учитывались различные конструкции полувагонов, физико-механические свойства насыпных грузов и конструкции вагоноопрокидывателей.
После анализа полученных данных расчетов в виде графиков ускорений можно сделать вывод, что наибольшие ускорения кузов получает при
повороте системы на угол 125 град. и составляют они порядка Полученные значения ускорений позволяют оценить на прочность конструкции полувагонов при их опрокидывании на вагоноопро-кидывателях и соответственно повысить показатели надежности, прочности и сохранности вагонного парка.
The article presents a mathematical model of motion system "car dumpers (PVO) - body gondola (NIP) - bulk (bulk) cargo."
Using a system of differential equations of motion was drawn up algorithm for finding the accelerations acting on a body of open car during a rollover on his car dumpers. In compiling the components of differential equations into account the various designs gondolas, physical and mechanical properties of bulk cargo and designs car dumpers.
After analyzing the data obtained settlements in the form of graphs of acceleration, we can conclude that the greatest acceleration of the body gets when you turn the system on the angle of 125 degrees. and they constitute about 1g. The obtained values allow to calculate the accelerations on the structural strength of gondola cars when they roll-over on the car dumper and correspondingly increase the reliability, durability and safety of the car fleet.
УДК 629.4.01
ЯЦЬКО CI., к.т.н. (УкрДАЗТ);
Методолопя вибору ращонально'1 стратепУ визначення характеристик перспективного моторвагонного рухомого складу
Постановка задач1
Традицшш тдходи до проектування техшчних об'екпв, яю втшюються зараз, у бшьшосп випадюв розглядаються лише як окрем^ оpieнтоваш на досягнення ви-значеного piBra показниюв власне техшчних засобiв. В результат не забезпечусть-ся достатньо висока економiчна ефектив-
шсть при ix експлуатацп у склaдi вщповь дно'1 техшчно! системи [1, 2].
Але будь який техшчний об'ект е часткою шшо'1 системи, яка, у свою чергу, е часткою бшьш масштабно! надсистеми. Ращональна стратепя поведшки в умовах нaявнoстi велико! кшькосп р!знорщних фaктoрiв та зв'язюв потребуе нового тд-ходу, що базувався б на виявленш та вра-
