Содержание к диссертации
Введение
1. Обоснование целесообразности контрейлерных перевозок с использованием специализированных вагонов-платформ 6
1.1. Анализ эффективности контрейлерных перевозок 6
1.2. Существующие варианты реализации контрейлерных перевозок 13
1.3. Анализ конструкций рам вагонов-платформ 21
1.4. Постановка задачи исследований 26
2. Выбор структуры и параметров вагона-платформы для контрейлерных перевозок 23
2.1. Метод конечных элементов как основа анализа несущей способности рамы 23
2.2. Обоснование целесообразности ферменных конструкций обвязок рамы платформы 27
2.3. Оценка несущей способности вариантов конструкций рам платформы ферменного типа 33
2.3.1. Рассматриваемые варианты нагружениярамы вагона-платформы 33
2.3.2. Описание пластинчато-стержневых схем вариантов рамы вагона-платформы 40
2.3.3. Анализполученных результатов и выбор рациональной конструктивной схемы 45
2.4. Уточненный анализ напряженно-деформированного состояния рамы вагона платформы с использованием детализированной пластинчатой схемы 57
2.5. Оценка устойчивости верхнего пояса фермы 63
Выводы по главе 66
3. Анализ динамической нагруженности рамы вагона-платформы 67
3.1. Обоснование применения для расчетов программного комплекса «универсальный механизм» 67
3.2. Описание математической модели тележки вагона-платформы 70
3.3. Описание твердотельных математических моделей вагона-платформы 74
3.4. Описание гибридной динамической модели вагона-платформы 80
3.5. Особенности использования программного комплекса «Универсальный механизм для исследования динамики вагона-платформы 85
3.6. Анализ влияния учета упругих свойств рамы вагона-платформы на параметры его ходовой динамики 89
3.7. Анализ влияния учета упругих свойств колес и подвески автопоезда на динамические показатели вагона платформы 100
3.8 Верификация яинамическихмоделей йвижения вагонов. 104
Оценшдинамическшпсраметржва 106
Оценка динамической погруженности вагона-платформы в гроцгссе движения 114
Выводыпо главе 117
4. Анализ усталостной долговечности рамы вагона платформы для контейнерных перевозок 120
4.1. Обзор исследований в области оценки усталостной долговечности сварных несущих конструкций 118
4.2. Оценка усталостной долговечности сварных несущих конструкций на основе модели многоцикловой усталости и учета напряженного состояния от действия динамических нагрузок при движении 119
4.3. Результаты исследования усталостной долговечности сварной несущей конструкции рамы вагона-платформы 126
Выводы по главе 132
5. Экономическое обоснование эффективности создания отечественной длиннобазной платформы для контрейлерных перевозок 133
5.1. Постановка задачи 133
5.2. Определение удельных затрат транспортировки грузов автопоездом и контрейлерной перевозкой 134
5.2.1. Автомобильная перевозка 134
5.2.1.1. Определение нормативной продолжительности рейса 134
5.2.1.2. Расчеты затрат в рублях 136
5.2.1.3. Затраты в иностранной валюте 140
5.3. Контрейлерная перевозка 143
5.3.1. Расчет производительности платформы .143
532. Расчет измерителей 144
533.Расчет удельных затрат на перевозку автопоезда по железной дороге 147
5.2. Приближенная яцеена ссбеетоимооти спроектированной платформы 149
5.3. Расчет экономического эффекта в сфере эксплуатации спроектированной платформы при контрейлерных перевозках 150
Выводы по главе 152
Основные результаты и выводы 153
Список литературы
- Существующие варианты реализации контрейлерных перевозок
- Описание пластинчато-стержневых схем вариантов рамы вагона-платформы
- Особенности использования программного комплекса «Универсальный механизм для исследования динамики вагона-платформы
- Оценка усталостной долговечности сварных несущих конструкций на основе модели многоцикловой усталости и учета напряженного состояния от действия динамических нагрузок при движении
Введение к работе
Актуальность задачи. Комбинированные автомобильно-
железнодорожные перевозки являются одним из перспективных способов сухопутной транспортировки грузов. В мировой практике первые международные перевозки автопоездов с грузом на специализированных железнодорожных платформах состоялись более 30 лет назад. На регулярной основе подобные перевозки осуществляются на протяжении уже более 20-ти лет. Во многих европейских странах контрейлерные поезда уже стали частью логистических схем доставки грузов. Причем в ряде случаев контрейлерная перевозка является неотъемлемой частью маршрута из-за действующих ограничений экологического и иного характера, касающихся автомобильных перевозок.
Контрейлерная перевозка сочетает оперативность и маневренность автомобильного транспорта с надежностью и безопасностью железнодорожного. Основное отличие от привычных автоперевозок заключается в том, что автопоезд передвигается на далекое расстояние не по шоссе, а по железной дороге со скоростью товарного поезда. По прибытию в пункт назначения железнодорожного состава автопоезд своим ходом доставляет груз до заказчика, что обеспечивает принцип доставки "от двери до двери". Данный вид перевозок позволяет совмещать маневренность автомобильного транспорта с преимуществами железнодорожного, такими как низкая себестоимость перевозки, безопасность и экологичность.
С учетом перечисленных выше преимуществ актуальной является разработка специализированного подвижного состава железных дорог, обеспечивающего как контрейлерные перевозки, так и наиболее популярные в настоящее время контейнерные перевозки.
Цель диссертационной работы - обоснование на основе математического моделирования методики выбора структуры и параметров рамы длиннобазного вагона-платформы для перевозки автопоездов и крупнотоннажных контейнероа
Общая методика исследований. Теоретические исследования базируются на использовании современных методов математического моделирования систем динамики тел, метода конечных элементов.
На первом этапе выполняется определение габаритных размеров и рациональной конструктивной схемы рамы длиннобазной платформы с различными вариантами расположения продольных обвязок в виде ферм. Выбор рациональной структурной схемы рамы осуществляется с использованием пластинчато-стержневых схем метода конечных элементов.
На втором этапе разрабатывается детализированная пластинчатая конечно-элементная модель рамы платформы, оценивается её прочность, изгибная жесткость и устойчивость сжатых элементов верхнего пояса ферм.
На третьем этапе на основе разработанных конечноэлементных моделей формируются динамические модели рамы вагона-платформы при различных вариантах нагружения, и выполняется оценка его динамических показателей. Проводится оценка влияния учета упругих свойств рамы вагона-платформы на показатели ходовой динамики. Определяются динамические усилия, действующие на раму вагона-платформы в процессе движения.
На четвертом этапе оценивается усталостная долговечность предложенной конструкции рамы платформы. Динамические усилия прикладываются к ко-нечноэлементной модели, и производится ее расчет методом конечных элементов в динамической постановке. На основе полученных результатов производится расчет усталостной долговечности наиболее нагруженных сварных соединений рамы.
Научная новизна работы.
-
Разработаны пластинчато-стержневые и пластинчатая конечноэлемент-ные модели вариантов рам платформы.
-
Разработана математическая модель длиннобазного четырехосного вагона-платформы с рациональной конструкцией рамы для анализа динамики.
-
Выполнена оценка влияния упругости рамы длиннобазной платформы на показатели её ходовой динамики.
-
Проведен анализ влияния учета упруго-диссипативных свойств подвески и шин автопоезда и полуприцепа на динамические характеристики вагона-платформы.
Достоверность полученных результатов основывается на работах предшествующих отечественных и зарубежных исследователей в области применения метода конечных элементов, анализа динамики подвижного состава с помощью программного комплекса «Универсальный механизм» и оценки усталостной долговечности сварных несущих конструкций на основе методики Се-ренсена-Когаева.
Практическая значимость результатов исследований.
-
Разработана оригинальная конструкция вагона-платформы для перевозки автопоездов и крупнотоннажных контейнеров, которая может применяться для организации контрейлерных перевозок. Получен патент на полезную модель RU 69001 Ш.
-
Предлагаемая методика выбора структуры и параметров платформы для перевозки автопоездов и крупнотоннажных контейнеров может применяться при разработке длиниобазных вагонов-платформ и других видов грузового подвижного состава железных дорог.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены на III Международном студенческом форуме "Образование, наука, произ-водство"(Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова 2006), на 18-й, 19-ой и 20-й международных интернет-конференциях молодых ученых и студентов по проблемам
машиноведения (МИІШУС-2006, 2007, 2008),( г.Москва, ИМАШ им.А.А. Бла-гонравова РАН), на 67-ой международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» (Днепропетровск, ДИИТ , 2007), на 7-th European conference of young research and science workers «TRANSCOM - 2007» (Словакия, г. Жилина), на 9-й и 10-й научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» (г. Москва, МИИТ, 2008 и 2009 г.г.) на 2-й всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (г.Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009 г.), на международной научно-практической конференции «Наука и производство» (Брянск, БГТУ 2009), на III и IV всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы и перспективы развития вагоностроения» (г.Брянск, БГТУ, 2006,2008 гг.).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 18 печатные работы, из них 4 в издании, рекомендованном ВАК РФ, получен патент на полезную модель RU 69001 U1.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из пяти глав, введения, заключения, списка использованных источников из 134 наименований. Общий объем диссертации составляет 167 страниц, включает 88 рисунков, и 24 таблицы в текстовой части.
Существующие варианты реализации контрейлерных перевозок
Основными преимуществами описанного выше способа доставки грузов являются; - существенно уменьшаются сроки доставки груза; - уменьшение аварийности на автомобильных дорогах: по данным европейской полиции, поездка в автомобиле более чем в 2,5 раза опаснее, чем по железной дороге; - упрощение таможенных процедур [5]. Сокращается время простоя машин при прохождении границы: нет очередей в пунктах пропуска автопоездов, привычно отнимающих много суток у перевозчиков, оформление документов проводится начальником поезда; - снижение вредного воздействия на экологию. Сравнительный анализ европейских экологов показал, что при одинаковом грузопотоке (в тоЕно-километрах) почти в 30 раз сокращаются выбросы в окружающую среду; - уменьшение расхода моторесурса автотранспорта и экономия топлива; - снижение нагрузки на автомобильные дорога [6]; - конкурентоспособные ставки; - обеспечение стабильной доставки грузов в отдаленные районы страны; - создание комфортных условий сопровождающему персоналу; - снижение криминальных рисков при перевозке грузов.
С учетом перечисленных выше преимуществ целесообразна разработка современного подвижного состава железных дорог, обеспечивающего как контрейлерные перевозки, так и наиболее популярные в настоящее время контейнерные перевозки.
Разработка указанного подвижного состава в первую очередь связана с необходимостью анализа отечественных и мировых образцов зарубежной техники ддя реализации контейнерных и контрейлерных перевозок.
В мире на сегодняшний день существует значительное количество вариантов реализации контрейлерных перевозок [7]. Все виды подразделяются на два основных типа: роудрейлеры (от roadrail) и контрейлеры. Их принципиальное отличие заключается в способе транспортировки автопоезда или полуприцепа. Ниже рассмотрены подробнее эти типы транспортировки. Роудрейлеры. Данный тип перевозок основан на транспортировке специально оборудованных автомобильных полуприцепов по железной дороге без использования железнодорожных платформ. Первый вариант основан на использовании специализированных железнодорожных тележек (рис 1.6), обеспечивающих опирание на них полуприцепов, имеющих усиленную раму и оборудованных специальными опорными устройствами. Состав формируется из полуприцепов, установленных на два типа тележек: опорные тележки 1 (рис. 1.7), обеспечивающие опирание одновременно двух полуприцепов и концевые 2, оборудованные автосцепным устройством.
Процесс установки автопоезда на железнодорожные тележки Второй вариант - бимодальные перевозки основываются на использовании полуприцепов, оборудованных как автомобильными, так и железнодорожными колесными парами. Для движения по автомобильной дороге железнодорожные пары поднимаются, и полуприцеп движется на автомобильных колесных парах, для движения по железной дороге автомобильные колссные пары поднимаются и опускаются железнодорожные.
Контрейлеры. По виду автотранспортные средства делятся на полуприцепы и полные автопоезда (седельный тягач и полуприцепом). Также контрейлерные перевозки делятся на сопровождаемые и несопровождаемые. К несопровождаемым относится перевозка полуприцепов, к сопровождаемым - перевозка полных автопоездов.
Перевозка полных автопоездов обеспечивается специальным видом железнодорожного подвижного состава, что вызвано вписыванием в габарит подвижного состава платформы с установленным на ней полуприцепом, имеющем высоту до 4 м. Обеспечение вписывания связано с необходимостью понижения высоты погрузочной площадки. Данное понижение может быть достигнуто с использованием различных конструктивных решений. Подобные технические решения разделяются на систему «Движущееся шоссе» и технологию с использованием специальных платформ со стационарной пониженной площадкой (карманом).
Система «движущееся шоссе» обеспечивает перевозку полностью укомплектованных автотранспортных средств (полные автопоезда) на специализированных платформах, оснащённых нестандартными колёсными парами (рис. 1.8, 1.9), имеющими меньщий диаметр.
Стационарная пониженная площадка имеет платформу с усиленной рамой и карманом в полу (рис. 1.10), в котором размещаются автомобильные колёсные пары полуприцепа и тягача. Глубину кармана определяет габарит погрузки. :;U: Ш
Перевозка полуприцепов. Для данного типа контрейлерных перевозок полуприцепы не должны оснащаться дополнительным оборудованием для транспортировки, а также иметь какие-либо прочие особенности по отношению к типовым. По типу подвижного состава этот вид контрейлерных перевозок разделяется на два подвида: со стационарной пониженной площадкой и с мобильной пониженной площадкой.
Конструкция платформы со стационарной пониженной площадкой аналогична платформе для перевозки полных автопоездов, но имеет меньшую потребную площадь стационарной пониженной площадки, так как В кармане должны размещаться только колеса полуприцепа (рис. 1.11), что значительно сокращает длину вагона.
Платформа со стационарной пониженной площадкой 13-9004 с установленным полуприцепом Отличительной особенностью платформ с мобильной пониженной площадкой является наличие специального устройства, обеспечивающего подъём или поворот погрузочной площадки (система Moбаlohr [8], Франция) (рис. 1.12). В случае подъема мобильной площадки платформа принимает вид универсальной платформы. При повороте погрузочной площадки обеспечивается возможность заезда на неё автопоезда своим ходом. Данные конструкции позволяют значительно сократить время на выполнение грузовых операций.
Описание пластинчато-стержневых схем вариантов рамы вагона-платформы
Ферма; 1 - пояса, 2 - узловые соединения, 3 - раскосы. Фермы являются основой многих стержневых систем и разнообразны по назначению. Исторически первые ферменные контракции использовались в строительстве зданий и сооружений. Первые ферменные конструкции выполнялись из дерева и являлись несущими каркасами стен, покрытий зданий (стропильные, подстропильные фермы), междуэтажных перекрытий. В последствие с развитием металлургии фермы выполнялись в основном стальными с клепаными и со сварными соединениями. При этом стальные фермы получили широкое распространение в мостостроении. До настоящего времени активно проектируются и используются мостовые сооружения ферменного типа. В конце 19 - начале 20 века ферменные конструкции начали активно использоваться при проектировании транспортных средств: рам первых автомобилей, кузовов вагонов с деревянной обшивкой, фюзеляжей и крыльев первых самолетов. Впоследствии ферменные несущие конструкции транспортных средств были вытеснены подкрепленными несущими оболочками. В настоящее время основной областью применения ферм является мостовые сооружения, подъемно-транспортные машины (краны), космическая техника (несущие конструкции солнечных батарей, ферменные платформы для размещения оборудования МКС), стальные строительные конструкции (ферменные башни и вышки, опоры ЛЭП, ферменные нефтяные платформы, рекламные сооружения). В последнее время ферменные конструкции начинают вновь использоваться в качестве несущих элементов транспортных средств там, где требуется иметь длиннопролетные несущие конструкции высокой жесткости, имеющие минимальную массу.
Ферма работает на изгиб от внешней вертикальной нагрузки, как правило, приложенной в узлах. Благодаря этому в элементах фермы возникают осевые растягивающие и сжимающие усилия [46]. В этом случае материал используется более выгодно, при этом уменьшается собственный вес конструкции и снижается нагрузка, что, в свою очередь, позволяет дополнительно уменьшать поперечные сечения. Поэтому при одинаковой нагрузке ферма всегда получается более легкой, чем балка сплошного поперечного сечения. Также важным преимуществом ферм перед сплошными металлическими конструкциями является более высокая жесткость фермы при схожих размерах поперечного сечения балки.
Научное понятие "ферма" впервые сформулировано Максвеллом в 1864 г. Под фермой понималась система линий, соединяющих известное количество точек. Жесткой фермой именовалась система, расстояние между точек которой не может быть изменено без изменения длины одной или нескольких линий, соединяющих эти точки. Роль раскосов в ферменных конструкциях перед этим отмечена в работе "Manuel of civil engineering" (1862) У. Д. Ранкиным [47]
Развитием плоских ферм занимались известные русские инженеры Ф. С. Ясинский и В. Г. Шухов. Ф. С. Ясинский исследовал аналитические и графические способы расчета ферм, положил в основу своего способа "сомкнутых сечений", чем обобщил способ "вырезания узлов". Известный в то время прием расчета ферм Геннеберга он обобщил методом "замены связей" [48].
В 90-х годах XIX в. В. Г. Шухов исследовал фермы для перекрытия зданий и применил критерий наименьшего расхода материала для ферм. В своем труде [49] он дал аналитический расчет ферм, позволяющий определять усилия в элементах ферм, веса этих элементов и наиболее выгодное геометрическое расположение всех частей ферм, при котором вес употребленного материала будет наименьшим. Раскрыв сущность напряженного состояния стропильной фермы, Шухов показал, что при равномерно распределенной нагрузке та ферма будет наиболее выгодной и на нее пойдет меньше материала, для которой изгибающий момент будет равен нулю, и что ферма, имеющая параболическую форму верхнего пояса, отвечает поставленной задаче.
О. Мор исследовал статически чеопределимые фермф и массчитывал их путем удаления липших стержней и заменой их действия единичными силами.
В Германии Э. Винклер [50] в 70-х годах XIX в. продолжал исследования стержневых систем различных очертаний. Для расчета ферм Винклер пользовался веревочным многоугольником.
X. С. Головин в работе [51] предложил использовать подходы, основанные на работе внутренних сил и равновесии узлов ферменных и решетчатых конструкций. Им предложено использование теоремы наименьшей работы для получения точного расчета упругих систем наиболее быстрым способом.
На современном этапе изучением ферменных конструкций занимался ряд ученых. Проблемами применения ферменных конструкций в перекрытиях зданий и сооружений, а также оценки их прочности посвящена работа А.Г. Хрущева [52]. Вопросы оптимального проектирования предварительно напряженных ферменных конструкций отражены в трудах Я.И. Олькова и И.С. Холопова [53]. Рекомендации по проектированию и выбору оптимальных параметров ферменных конструкций с применением труб различного сечения приведены в работе Е.Ю. Давыдова [54].
С использованием рекомендаций приведенных выше трудов в работе предложено три варианта конструктивного исполнения продольных обвязок ферменного типа рамы вагона-платформы. Первый вариант предполагает развитие фермы продольной обвязки рамы в верхнем направлении (рис 2.2, а). Второй вариант предусматривает расположение ферменной продольной рамы в нижней плоскости (б). В третьем варианте ферменная конструкция продольной обвязки рамы симметрично развита в верхнем и нижнем направлении (в).
Особенности использования программного комплекса «Универсальный механизм для исследования динамики вагона-платформы
Результаты анализа напряженно-деформированного состояния рам платформ приведены в табл. 2.9 и 2.10, в виде величин нормальных напряжений по сечениям основных и наиболее нагруженных несущих элементов. Вертикальные прогибы рамы в среднем сечении представлены в табл. 2.11.
Как видно из приведенных результатов расчета на прочность предлагаемых конструктивных схем несущей конструкции рамы платформы, напряжения, действующие в основных несущих элементах всех трех вариантов, превыщают допускаемые «Номами...». При этом наименьшие напряжения возникают в конструкции с двумя фермами. Наибольшие напряжения возникают в несущей конструкции платформы с нижним расположением фермы. Анализируя конструкцию с точки зрения технологичности изготовления и массы, наиболее рациональной конструктивной схемой является схема с верхним расположением фермы, поскольку конструкция платформы данной схемы обладает меньщей массой и трудоемкость изготовления по сравнению с платформой с двумя фермами. При этом при сохранении массы конструкции и технологичности изготовления в конструкции с верхним расположением фермы действующие напряжения оказываются ниже на 62 % чем у платформы с нижним расположением ферм. Также недостатком конструкции с нижним расположением фермы является сложность обеспечения прочности, так как уровень напряжений зависит от высоты фермы, которая ограничена условием вписывания платформы в габарит по нижнему очертанию. Недостатком рамы с верхним расположением ферменных конструкций является усложнение проведения погрузки контейнеров автопогрузчиком, связанное со снижением видимости фитинговых опор, находящихся за стойками и раскосами ферм. Исходя из вышеперечисленных преимуществ и недостатков конструкций с различными вариантами расположения ферм, а также сравнения уровней возникающих нормальных напряжений и величин вертикальных прогибов рам в среднем сечении, принята конструктивная схема с верхним расположением фермы.
На основе анализа напряженно-деформированного состояния несущей конструкции рамы платформы с верхним расположением фермы в её конструкцию были внесены изменения, направленные на усиление конструкции и снижение действующих напряжений.
Были усилены сечения верхних поясов ферм с трубы коробчатого сечения 120x160 мм и толщиной 7 мм до коробчатого сечения, полученного путем сварки двух горячекатаных швеллеров №33 ГОСТ 8240-97. Изменена геометрия ферменных конструкций (ферма переменной высоты, максимальной в среднем сечении) (рис. 2.17). Изменены сечения крайних поперечных подкрепляющих балок на пониженной части рамы с коробчатого сечения 120x160 толщиной 7 мм на горячекатаный швеллер № 27 ГОСТ 8240-97. Усилена боковая балка рамы, выполненная из швеллера №30, в месте соединения со шкворневой балкой путем подварки аналогичного профиля. Стойки фермы выполнены из горячекатаного швеллера № 18.
В соответствии с предложенными вариантами по усилению несущей конструкции рамы в пластинчато-стержневую конечноэлементную модель были внесены соответствующие изменения. Результаты оценки прочности усиленной конструкции представлены в таблице 2.12 в виде значений напряжений в несущих элементах рамы, возникающих от действия нагрузок I и III расчетных режимов «Норм...» (в скобках указаны номера точек сечения, в которых действуют указанные напряжения). Анализируя напряжения в несущей конструкции рамы платформы, представленные в таблице 2.12, можно сделать вывод, что нормальные напряжения, возникающие в несущих элементах, не превышают допускаемых [59] и прочность конструкции обеспечена. При этом масса усиленной несущей конструкции рамы с максимальной высотой фермы 975 мм составила 10,8 т, максимальный статистический прогиб в середине кузова равен 40 мм.
Оценка усталостной долговечности сварных несущих конструкций на основе модели многоцикловой усталости и учета напряженного состояния от действия динамических нагрузок при движении
Анализируя результаты моделирования, приведенные на графиках (рис. 3.36-3.42) и в табл. 3.2, можно сделать следующие выводы о динамических параметрах вагона-платформы с различными вариантами загрузки.
Все динамические параметры вагона-платформы для всего рассматриваемого диапазона скоростей не выходят за допускаемые нормативными документами пределы. Исключением является превышение горизонтальных ускорений рамы порожнего и груженного автопоездом вагона- платформы в среднем сечении при движении в кривых со скоростями более 100 км/ч и коэффициента безопасности в отношении вкатывания колеса на рельс для варианта загрузки автопоездом на скоростях более 110 км/ч.
Анализируя соотношения динамических параметров вагона-платформы для разных вариантов загрузки, можно констатировать:
Вертикапьные ускорения рамы вагона-платформы в среднем сечении. При движении по прямому участку пути и в кривых на всем диапазоне скоростей, а также при прохождении стрелочного перевода наибольшие ускорения наблюдаются при порожнем режиме движения, наименьшие - при загрузке двумя 40-футовыми контейнерами.
Горизонтальные (поперечные) ускорения кузова в среднем сечении Тенденция соотношения между ускорениями для разных вариантов загрузки сохраняется аналогичной вертикальным ускорениям. Наибольшие ускорения наблюдаются при порожнем режиме движения, наименьшие - при загрузке двумя 40-фуговыми контейнерами.
Рамные силы. При движении по прямому участку пути большие величины фиксируются для варианта загрузки тремя 20-футовыми контейнерами, наименьшие - для варианта загрузки двумя 40-футовыми контейнерами. При движении в кривых наибольшие рамные силы возникают при загрузке тремя 20-футовыми контейнерами, наименьшие - в порожнем режим. При прохождении стрелочного перевода наибольшие усилия фиксируются для варианта загрузки автопоездом, наименьшие - при порожнем режиме движения.
Силы отжатия рельса. При движении по прямым участкам пути и в кривых наибольшие силы возникают для варианта загрузки платформы тремя 20-фуговыми контейнерами, наименьшие - при порожнем режиме движения. При прохождении стрелочного перевода наибольшие усилия возникают для варианта загрузки тремя 20-футовыми контейнерами, наименьшие - при порожнем режиме движения.
Коэффициент безопасности от вкатывания колеса на рельс. Наименьшие значения коэффициента безопасности получены для варианта загрузки вагона-платформы автопоездом, наибольшие - для варианта загрузки тремя 20-футовыми контейнерами.
Анализируя в общем полученные резулътаты, можно сделатъ вывод о том, что худшие динамические параметры фиксируются для порожнего режима движения и варианта загрузки вагона-платформы тремя 20-футовыми контейнерами.
Оценка динамической нагруженности выполняласъ методами математического моделирования с исполъзованием описанных выше гибридных динамических моделей. Рассматривалосъ движения вагона платформы по реалъным неровностям пути с учетом прямых, кривых участков пути и стрелочных переводов, а также скоростей движения в диапазоне 20-120 км/ч.
При моделировании определялисъ временные зависимости изменения усилий, действующих на раму вагона-платформы при движении. Рассматривались спектры усилий, действующих на раму: - от надрессорного бруса тележки в зоне пятника и в зоне сколъзунов (в случае их возникновения при наклоне кузова); - от контейнеров в зонах фитинговых опор; - от автопоезда в зонах пятен контакта колес автопоезда с рамой и в зонах опирания колесных упоров. В каждой зоне контакта определялисъ по шесть осциллограмм нагрузок, соответствующим шести степеням свободы, ограниченным в указанных зонах.
Схема динамических усилий, действующих на раму вагона-платформы: 1 - в зонах пятников и скользупов; 2 - в зонах фитинговых опор; 3 - в зонах взаимодействия колес автопоезда с рамой Для анализа дальнейшего использования в расчетах осциллограммы ггооходили фильтрацию по частоте с отсечением усилий с частотой выше 20 Гц.
На рис. 3.44 в качестве примера представлены осциллограммы изменения динамических напряжений во времени, соответствующие 20 с. движения вагона-платформы с различными вариантами загрузки по прямому а) участку пути со скоростью 90 км/ч.
Вертикальные динамические усилия, действующие на раму вагона платформы при движении по прямому участку пути со скоростью 90 км/ч: а — на фитинговую опору от 20-футового контейнера; б - на фитинговую опору от 40-футового контейнера; в - на зону опирания колеса полуприцепа автопоезда Полученные осцилограммы динамических напряжений в дальнейшем прикладываются к соответствующим узлам динамической модели вагона-платформы и определяются зависимости изменения напряжений в несущей конструкции рамы во времени.
Разработаны твердотельные и гибридные математические модели движения вагона-платформы по реальным неровностям пути с учетом макро-и микронеровностей для трех вариантов загрузки.
Проведен анализ влияния упруго-диссипативных свойств рамы на параметры ходовой динамки и динамическую нагруженность вагона-платформы. Для модели с абсолютно жесткой рамой значения ускорений и коэффициента безопасности от вкатывания колеса на рельс оказываются заниженными, а рамная сила и силы отжатия рельсов завышенными. Расхождение в результатах достигает 30%.
На основе рассмотрения трёх вариантов моделирования опирания автопоезда на раму вагона-платформы получено, что при движении учет упруго-диссипативных характеристик шин и подвески автопоезда приводит к увеличению расчетных величин рамных сил и ускорений и уменьшению сил отжатия рельса и коэффициентов безопасности (до 40%).
Верификация динамических моделей проведена с помощью данных натурных поездных испытаний. Оценка параметров ходовой динамики вагона-платформы для трех вариантов его загрузки показала, что они не превышают допускаемых величин. В результате моделирования движения вагона определены спектры динамических усилий, действующих на раму платформы от тележек и груза в процессе движения.
