CC BY
15
УДК 629.463.004.4:656.211.7
ЫзнякР.1., к.т.н. (УкрДАЗТ) Ловська А. О., астрант (УкрДАЗТ) Кеба Е.М., тженер (Одеський техмкум залiзничного тр-ту)
РОЗРОБКА ЗАХОД1В ЩОДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА АДАПТУВАННЯ КОНСТРУКЦ1Й ВАГОН1В ДО IX НАД1ЙНО1
ВЗАеМОДП З БАГАТООБЕРТОВИМИ ПРИСТРОЯМИ ЗАКР1ПЛЕННЯ В1ДНОСНО ПАЛУБ ЗАЛ1ЗНИЧНИХ ПОРОМ1В
Постановка проблеми. З метою шдвищення об'емiв перевезень через територiю Укра1ни отримала поширеного розвитку взаемодiя комбiнованого транспорту помiж окремими його галузями: залiзничного та водного, якi утворюють залiзнично-поромнi перевезення, а також залiзничного та автомобшьного, сумiсна робота яких забезпечуе функцiонування контрейлерних перевезень.
Розвиток заизнично-поромного сполучення на Чорному морi розпочався з середини ХХ сторiччя. Зараз в експлуатацп Укра1ни знаходяться поромш маршрути: Тамань - Керч (РоЫя - Укра1на), Iллiчiвськ
- Варна (Украша - Болгарiя), Iллiчiвськ - Пот^Батум^ Керч - Потi (Украша
- Грузiя), Iллiчiвськ - Дериндже (Украша - Туреччина).
Для забезпечення стшкосл кузова вагону проти змщення та перекидання в умовах хвилювання моря здшснюеться його технологiчне закршлення на палубi поромного судна за допомогою комплексу судових пристро1в [1, 2].
Одним iз головних недолтв iснуючого способу закрiплення i пристро1в взаемодп вагонiв з палубою залiзнично-поромних суден, якi перешкоджають отриманню необхщного технiчного результату надiйностi закрiплення вагошв та збереженню 1х вузлiв та деталей в умовах морського хвилювання е саме вiдсутнiсть в самш конструкцп вагонiв спецiальних мiсць закршлення ланцюгових стяжок за 1х елементи, як вiдповiдають цим умовам за мщшстю.
Анал1з останнш до^джень. Вщомо, що змiщення вантажу вiдносно штатних мiсць на суднi е частою причиною зниження метацентричних висот, втрати остшносп i загибелi морських суден. Тому
необхщним е забезпечення надiйного закрiплення вантажiв вiдносно палуб суден за сво1м конкретним призначенням при перевезеннях.
На шдставi дослiджень типових схем закршлень вагонiв вiдносно палуб заизнично-поромних суден на станцiях "Iллiчiвськ - Поромна" та ДП "ТИС - Крим" були визначенi реальш зони елементiв несучо! конструкци кузовiв вагонiв, за якi вiдбуваеться закршлення за найбiльшим вiдсотком iмовiрностi.
Найбшьш частими з них е наступш випадки закрiплення за конструкцiйнi зони вагошв окремих типiв, що постшно експлуатуються у залiзнично-водному сполученнi:
- критг провушини для пiдтягування; нижш балки рами пiд дверима боково! стiни; нижня повздовжня балка рами боково! стiни;
- пiввагон: зашрш скоби кришок люкiв; запiрнi прилади, шкворневi балки рами;
- хопери: гаки для тдтягування; нижня обв'язка в дшянщ прилягання до стiйки мiж бункерами; провушини для тдтягування в дшянщ переходу до консол^ якщо вона передбачена в конструкци, консольна частина рами; щелепи боково! рами вiзка; дiльниця з'еднання розкосу стiйки з шкворневою балкою рами; промiжнi балки;
- цистерни: дiафрагми "фасонно! балочки" дерев'яних брускiв пiд котлом; елементи тврами, скоби для пiдтягування;
- платформи: елементи рами; зашрш прилади бор^в; провушини для встановлення стшок; боковини вiзкiв.
Як видно, зони реальних закрiплень значно вiдрiзняються вщ тих, що затвердженi до використання технолопчними процесами поромних переправ своею несиметричшстю i випадковiстю. Така випадкова експлуатащя знижуе рiвень надiйностi i ефективностi зашзнично-поромних перевезень в цшому.
Формулювання цтей статти Розробка заходiв, спрямованих на пiдвищення збереження вагошв при перевезенш !х в умовах морського хвилювання, а також забезпечення бшьшо! ефективностi функцiонування зашзнично-поромних переправ у напрямку штенсифшаци експлуатацп мiжнародних транспортних коридорiв.
Викладення основного матерiалу статти Суттевий вплив на напружено-деформований стан (НДС) кузова вагона при перевезенш його зашзнично-поромним судном мае симетричне просторове розмщення ланцюгових стяжок вiдносно площини кузова вагону. При вщхиленш вiд симетричного закршлення ланцюгових стяжок за несучу конструкщю вагошв з'являеться нерiвномiрнiсть силового навантаження на кузов, що
приводить до остатшх деформацш i взагаш пошкоджень елементiв конструкци. Проблема полягае ще у тому, що здшснити симетричне закрiплення вагона вiдносно палуби судна фактично неможливо через конструкцшну недостатшсть багатообертових засобiв закрiплення, а також вщсутшсть спецiальних мiсць на вагош.
На пiдставi проведених дослщжень фактичних випадкiв за типовою схемою закршлення вагошв вщносно палуб вггчизняних залiзнично-поромних суден встановлено, що часлш за все воно помилково здшснюеться за елементи конструкци вагошв, як призначенi для пiдтягування !х пiд час маневрових операцiй, а зовсiм не для взаемоди iз багатообертовими судовими пристроями. Наслiдками таких нерiвномiрних закрiплень е пошкодження вагошв, оскшьки динамiчнi процеси, що вщбуваються з ними на суднi при хвилюванш акваторп моря на дшьнищ розташування поромних маршрутiв, значно вiдрiзняються вiд маневрових робiт при шдтягуванш, i враховують дiю сил у рiзних напрямках (складний напружений стан), а не в одному постшному (одновiсний напружений стан). Для перевiрки мiцностi елеменпв конструкци кузовiв при даних умовах експлуатаци були побудованi !х 3-0 моделi за допомогою програмного забезпечення SolidWorks [3] з подальшим розрахунком в CosmosWorks (вер.2010). При побудовi юнцево-елементно! моделi (КЕМ) використовувалися об'емш просторовi параболiчнi тетраiдральнi елементи. Така конф^уращя елемента забезпечуе лiнiйне змшення перемiщень в межах об'ему елемента, а отже, постшшсть деформацiй в елемент [4].
Дискретизацiя проводилася в автоматичному режим^ кiлькiсть елементiв Ытки також визначалася автоматично.
Показники мщносл вузла розраховувалися за критерiем Мiзеса (критерiй потенцiйноl енергil формозмiнення), тобто за IV теорiею мiцностi, який визначае момент вичерпання несучо! здатнос^ зрiвнянням величини еквiвалентних напружень з межею текучостi матерiалу. Повна потенцшна енергiя деформацil складаеться з потенцшно! енергil змiнення об'ему та потенцшно! енергil змiнення форми. Пiд дiею прикладених сил змiнюеться форма та об'ем.
При цьому зусилля, яю дшть на вузли посередництвом ланцюгових стяжок розраховувалися з урахуванням !х реального несиметричного розмiщення вiдносно кузовiв вагонiв.
Багатоварiантнi розрахунки пiдтвердили гшотезу для встановлення критерiя мiцностi - межового для НДС. Головний вплив на мщшсть конструкцшних зон кузова вагона здшснюе зростання кута нахилу судна (крен та диферент), а також ди прискорень вщносно ланцюгових стяжок,
напрямки розташування стяжок по вщношенню до мюця закрiплення вагону (зони), i вiдповiдне прикладення напрямкiв навантажень, як перевищують межовi значення напружень. Порушення мiцностi i остатнi деформаци у деяких конструкцшних зонах виникають практично шсля досягнення узагальненим критерiем межового значення.
На пiдставi проведених розрахунюв було встановлено, що напруження в елементах закршлення вагошв у вЫх розглянутих випадках в декiлька разiв перевищують допустимi для марок сталей 09Г2Д та 09Г2С [5], що свщчить про подальшу неприпустимiсть закршлення ланцюгових стяжок за такою схемою.
Попередньо на кафедрi "Вагони" УкрДАЗТ було дослщжено НДС кузова ушверсального пiввагона нового поколiння моделi 12-7023 при взаемоди його з ланцюговими стяжками в умовах хвилювання моря [6]. При цьому розглядалися рiзнi варiанти закрiплення ланцюгових стяжок до кузова вагону, на пiдставi чого було зроблено висновки, що напруження в конструкцшних зонах закршлення вагошв при навантаженш його ланцюговими стяжками перевищують допустимi у випадку несиметричного закршлення та закршлення за схемою у вщповщносл з "Наставлением для крепления генеральных грузов при морской перевозке для т/х "Герои Плевны" " [7].
У випадку закршлення ланцюгових стяжок в кутах, що утвореш шкворневою балкою та вертикальними стшками кузова вагону напруження в умовах бортово! та кшьово! качок знаходяться в межах допустимих. Однак, здшснити подiбне закрiплення на практищ не можливо у наслiдок геометричних особливостей вузла закршлення на кузовi та гака ланцюгово! стяжки.
У зв'язку з цим пропонуеться оснащення парку вагошв, яю обертаються в мiжнародному залiзнично-поромному сполученнi, спецiальними елементами для взаемоди з судовими пристроями закршлення вагошв (рисунок 1).
Напрямна гака 1 повшстю повторюе геометрш контуру зачеплення гака ланцюгово! стяжки та призначена для взаемоди його з вузлом закршлення. Для зменшення концентраци напружень у зош взаемоди вузла з опорною частиною передбачений радiальний прилив 2. Посередництвом цилшдрично! частини 3, висота яко! проектувалася з урахуванням ширини гака за контуром зачеплення забезпечуеться ч^ка взаемодiя гака з вузлом. Призматична частина 4 призначена для об'еднання робочо! частини вузла з допомiжною, яка складаеться з
посилення 5. Опорш частини 6 вузла призначеш для закршлення його на шкворневш балцi вагона. Маса вузла складае 9,2 кг.
4
Рисунок 1 - Вузол для закршлення гака ланцюгово! стяжки 1 - напрямна гака ланцюгово! стяжки; 2 - прилив радiальний; 3 -опора цилшдрична; 4 - призматична частина; 5 - посилення; 6 - опорна
частина
Для удосконалення конструкци вузла для закршлення гака ланцюгово! стяжки використовувалася теорiя оптимiзаци, за критерiй оптимальностi приймалася мiнiмiзацiя металоемностi вузла. Цiльова функщя мае вигляд:
F(x)=x1x2 x3,
де x1, x2, x3 - вщповщно довжина, ширина та висота частини вузла, яка оптимiзуеться, мм
Критерш оптимальностi:
F(x) ^min .
При обмеженнях:
1) ^ <м,
де &р - розрахунковi напруження, МПа. Розрахунковi напруження ар будуть визначатися:
М р а„ =— + —. р Ж Б
2) ,
де - мшмально припустима висота вузла.
В даному випадку Ит1п=40 мм (з умови конф^ураци гака ланцюгово! стяжки).
3) П-2,
де п - запас мiцностi вузла.
Для дослiдження НДС вузла для закрiплення гака ланцюгово! стяжки на вагонi був проведений розрахунок його на мщшсть за енергетичною теорiею, при цьому кшьюсть елементiв сiтки склала 8531, вузлiв - 13829.
Розрахункова схема вузла наведена на рисунку 2, результати розрахунку на рисунку 3.
Рисунок 2 - Розрахункова схема вузла для закршлення гака ланцюгово!
стяжки на вагот
При цьому закршлення вузла моделювалося як жорстке зашдмлення за його опорт частини, а навантаження приймалося як рiвномiрнорозподiлене вiд гака ланцюгово! стяжки за зоною контакту з вузлом.
153 649 216,0
140 845 200,0
I 128 041 176,0
. 115 237 160,0
. 102 433 136,0
629120,0
76 825 096,0
64 021 080,0
51 217 060,0
38 413 040,0
25 609 020,0
12 805 001,0
Рисунок 3 - Напружений стан вузла для закршлення гака ланцюгово!
стяжки на вагош
З проведених розрахунюв можна зробити висновок, що в умовах взаемоди гака ланцюгово! стяжки з вузлом при навантаженш його робочо! частини, а саме радiальноl напрямно! для гака ланцюгово! стяжки та цилшдрично! частини максимальш е^валентш напруження простежуються в зош радiального приливу, який пов'язуе робочу частину з опорною, та мають величину близько 150 МПа, що меньше допустимих для завданих марок сталей (09Г2Д та 09Г2С), в перехщнш частит та допомiжнiй напруження мають незначну величину - 10 МПа. Максимальш перемщення у вузлi складають 0,02 мм, деформацп - 5,740-4 мм в зош радiального приливу. Запас мщносл конструкцп дорiвнюе 2,12. Тобто при завданих силових навантаженнях вузла для закршлення гака ланцюгово! стяжки забезпечуеться його мщшсть та надшшсть роботи.
Для дослщження НДС вщповщних зон шкворнево! балки пiввагона при розмщенш на нiй вузла для закршлення гака ланцюгово! стяжки в умовах морського хвилювання було побудовано ll просторову модель у вщповщност з альбомом креслень шввагона моделi 12-757 побудови ВАТ "КВБЗ" та проведений розрахунок на мщшсть. Оскшьки в дiйсностi шкворнева балка знаходиться в постшнш взаемоди з шшими конструкцiйними елементами вагона, то в розрахунках !х дiю було замiнено зв'язками у вiдповiдних зонах.
Кшьюсть елементiв сiтки склала 14792, вузлiв - 29265.
Напружений стан шкворнево1 балки з урахуванням розмщення на нш вузлiв для закрiплення гакiв ланцюгових стяжок в умовах бортово1 качки як випадку найбшьшо1 навантаженостi конструкци представлений на рисунку 4.
З проведених розрахунюв можна зробити висновок, що напруження в шкворневiй балщ знаходиться в межах допустимих i дорiвнюють 190 МПа, перемiщення в вузлах складае 0,7 мм, деформащя 7,740-4 мм. Запас
von Mises )
1189 639 360,0'
1 та-вайгйда.сг"
H. 158 032-^00,0' . 142 229'5$1Д H 1-26 426 240,0 . 110 622 960,0 . 94 819680,0 . 79 016 400,0 В . ,63 Jä312Ö',О . 47 409 340,0
I-.31 606 560,0 l'itl.03-280,Ü^
,Э:.о
Рисунок 4 - Напружений стан шкворнево! балки шввагона при взаемодп з ланцюговими стяжками при модершзаци спецiальними вузлами для закршлення в умовах бортово! качки судна
Для тдвищення жорсткостi перетину шкворнево! балки пiввагона в зош розмiщення вузла для закрiплення гака ланцюгово! стяжки пропонуеться оснащення його тдсилюючими дiафрагмами (рисунок 5).
Розрахунок шкворнево! балки на мiцнiсть з урахуванням и пiдсилення показав, що напруження в умовах бортово! качки складають близько 153 МПа, перемщення в вузлах 0,6 мм, деформащя 6,23-10-4 мм, запас мщност дорiвнюе 2,12.
Mi цносп конструкци становить 2.
а) I
ц
Рисунок 5 - Пiдсилення шкворневого перетину пiввагона 1 - тдсилююча накладка; 2 - з'еднувальна накладка; 3 - вузол для закршлення гака ланцюгово! стяжки; 4 - вертикальний лист шкворнево!
балки
а) тдсилююча кутова дiафрагма; б) розмщення шдсилюючо! кутово! дiафрагми в шкворневш балцi пiввагона
Таким чином, при встановленш в шкворневий перетин шдсилюючих кутових дiафрагм стае можливим зменшити напруження в конструкци майже на 20% при незначному збшьшенш металоемност шкворнево! балки - 6,6 кг.
Для перевiрки дотримання кутiв розмщення ланцюгово! стяжки вiдносно вагона було промодельовано закршлення и за вузол взаемоди з кузовом та встановлено, що кути розмiщення ланцюгово! стяжки у просторi вiдповiдають зазначеним в [7].
Висновки. З проведених теоретичних дослщжень стае можливим стверджувати, що при закршленш вагошв вiдносно палуб залiзнично-поромних суден з використанням юнуючих технологiй i технiчних засобiв, напруження в вузлах закрiплення кузовiв перевищують допустимi для марок сталей 09Г2Д i 09Г2С.
Тому, на кафедрi "Вагони" УкрДАЗТ був розроблений пристрш для взаемоди вагонiв з ланцюговими стяжками залiзничних поромiв. Аналiз НДС вагонiв при взаемоди з пристроями закрiплення !х вiдносно палуби судна за новою технолопею в умовах морського хвилювання показав, що напруження в елементах конструкци не перевищують допустимi i тим
самим забезпечуеться збереження вагошв при експлуатаци ix в мiжнародному залiзнично-водному сполученнi i шдвишуеться ефектившсть експлуатаци комбшованого транспорту.
Список лтератури
1. Международная паромная переправа Илличевск - Варна / А.Е.Суколенов, Э.Захариев, И.Г.Гутин и др.; Под ред. А.Е.Суколенова. - М.: Транспорт, 1989. - 103 с.
2. Шмаков М.Г. Специальные судовые устройства. Л.: Судостроение, 1975. - 344
с.
3. Прохоренко В.П. SolidWorks 2005. Практическое руководство. - М.: ООО "Бином - Пресс", 2006. - 512 с.: ил.
4. Алямовский А.А. SolidWorks/COSMOSWorks 2006 - 2007. Инженерный анализ методом конечных элементов. - М.: ДМК, 2007. - 784 с., ил. (Серия "Проектирование").
5. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). - М.: ГосНИИВ - ВНИИЖТ, 1996. - 319 с.
6. Вiзняк Р.1., Ловська А.О. Дослщження напружено-деформованого стану кузовiв тввагошв при перевезенш ix зaлiзничними поромами/Зб. наук. праць. Харюв: ХарДАЗТ. - 2009. - Вип. 111 - с. 189 - 197.
7. Наставление по креплению генеральных грузов при морской перевозке для т/х "Герои Плевны". CARGO SECURING MANUAL for m/v "Geroi Plevny" № 2512.
УДК 629.4.083.:629.463
Волошин Д.I., к.т.н. (УкрДАЗТ) Салiвон Ю.С., асшрант (УкрДАЗТ)
ДОСЛ1ДЖЕННЯ СИСТЕМИ РЕМОНТУ ТА ТЕХН1ЧНОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ ВАНТАЖНИХ ВАГОН1В З ВИКОРИСТАННЯМ ЛОГ1СТИЧНИХ ПРИНЦИП1В
Постановка проблеми. За останш роки в результат нестабильно! економiчноi ситуаци в держaвi на зaлiзницяx Украши склалися негaтивнi тенденци:
- зменшилися об'еми перевезення вaнтaжiв та пaсaжирiв;
- збiльшилaся конкуренцiя вiдносно шших видiв транспорту;
- знизилися платоспроможшсть попиту на перевезення;
