Введение к работе
Актуальность темы. Железнодорожные грузоперевозки занимают важное место в транспортной системе Российской Федерации. Увеличение объемов перевозок в последние годы привело, соответственно, к повышению масс грузовых вагонов и поездов. Увеличились и скорости соударения вагонов при маневровых операциях на сортировочных горках. Все это существенно повысило уровень продольных сил, действующих на вагоны, и, как следствие, привело к увеличению количества их поступлений в ремонт.
Основным элементом конструкции вагона, обеспечивающим снижение уровня действующих на него продольных сил в эксплуатации, является амортизатор удара - поглощающий аппарат автосцепки. В настоящее время на отечественном железнодорожном транспорте разрабатываются и внедряются новые более эффективные поглощающие аппараты автосцепки, в конструкциях которых предусмотрено использование рабочих элементов из полимерных и эла-стомерных материалов. Аналогичная ситуация наблюдается и за рубежом, где также внедряются такие аппараты.
Опыт эксплуатации поглощающих аппаратов с деталями из полимерных и эластомерных материалов показывают, что характеристики аппаратов существенно зависят от ряда эксплуатационных факторов: температуры окружающей среды, скорости нагружения, релаксации полимеров и др. Влияние указанных факторов на эффективность работы новых поглощающих аппаратов до сих пор изучено недостаточно. Особенно остро стоит вопрос о влиянии температуры окружающей среды на работу элементов из полимеров и характеристики аппаратов. Так же не исследовано влияние релаксации полимерных элементов и скорости их нагружения на работу поглощающих аппаратов. Недостаточно изучено влияние фактора износа деталей аппарата на его характеристики.
Учет влияния эксплуатационных факторов важен с точки зрения создания новых перспективных поглощающих аппаратов автосцепки, а также позволяет более точно оценить продольную нагруженность грузового вагона и эффективность работы поглощающих аппаратов. В связи с этим исследования, направленные на изучение влияния эксплуатационных факторов на эффективность работы современных поглощающих аппаратов автосцепки, являются актуальными.
Целью работы является оценка влияния эксплуатационных факторов на эффективность работы поглощающих аппаратов автосцепки.
Для достижения цели исследования были поставлены и решены следующие задачи:
-
Проведен комплекс статических и динамических испытаний поглощающих аппаратов и их элементов с целью оценки влияния эксплуатационных факторов.
-
Разработаны уточненные математические модели поглощающих аппаратов, учитывающие эксплуатационные факторы. Проведена идентификация параметров моделей и проверена их адекватность по данным испытаний.
-
Смоделированы и рассчитаны маневровые и поездные режимы при воздействии эксплуатационных факторов.
-
Исследованы показатели работы поглощающих аппаратов с учетом эксплуатационных факторов.
-
Используя полученные данные, откорректированы статистические распределения нагрузок, действующих на вагон в процессе эксплуатации.
-
Разработана и реализована методика расчета параметрической надежности поглощающего аппарата с учетом эксплуатационных факторов.
Методика исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования, реализуемые на современных ЭВМ, методы теории вероятности и математической статистики.
Для оценки влияния эксплуатационных факторов и идентификации параметров математических моделей проведен ряд экспериментов при участии автора. Регистрация, анализ и обработка экспериментальных данных выполнена математико-статистическими методами с использованием современной измерительной аппаратуры и программных комплексов.
Расчет параметрической надежности основан на использовании статистического моделирования и теории экстремальных функций.
Научная новизна исследований, приведенных автором и выносимых на защиту, заключается в следующем:
-
Разработаны уточненные математические модели современных поглощающих аппаратов, учитывающие влияние температурного фактора, скорости, релаксации полимеров и времени эксплуатации.
-
Дана оценка влияния эксплуатационных факторов на эффективность работы поглощающих аппаратов при маневровых соударениях и переходных режимах движения поезда.
-
Разработана методика расчета параметрической надежности поглощающих аппаратов, отличительной особенностью которой является учет эксплуатационных факторов и установление связи показателя надежности со временем эксплуатации.
На защиту выносятся;
-
Математические модели поглощающих аппаратов, учитывающие эксплуатационные факторы.
-
Методика моделирования эксплуатационной нагруженное вагона.
-
Результаты расчетов влияния факторов эксплуатации на работу поглощающих аппаратов при маневровых операциях и переходных режимах движения поезда.
-
Уточненное статистическое распределение продольных усилий, действующих на грузовой вагон.
-
Методика расчета параметрической надежности поглощающего аппарата с учетом эксплуатационных факторов.
Практическая ценность.
1. Использование разработанных в диссертации математических моделей и расчетных данных позволяет сократить сроки проектирования современных по-
глощающих аппаратов за счет снижения объема экспериментальных исследований.
-
Результаты работы могут быть использованы при расчетах нагруженно-сти различных типов вагонов и поглощающих аппаратов.
-
Рассчитана параметрическая надежность поглощающего аппарата ПМКП-110 при воздействии различных эксплуатационных факторов.
-
Методика расчета параметрической надежности может быть использована как для существующих, так и для перспективных поглощающих аппаратов.
Достоверность результатов обеспечивается корректной постановкой задачи исследования, обоснованностью математических моделей, применением известных математических методов; подтверждается качественными и количественными согласованиями результатов теоретических и экспериментальных исследований, полученных лично автором и другими исследователями.
Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Наука и производство-2009» (г. Брянск, 2009), II и III международных научно-практических конференциях «Достижения молодых учёных в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» (г. Брянск, 2010 и 2011), III Региональной научно-практической конференции молодых исследователей и специалистов «Проведение исследований по приоритетным направлениям современной науки для создания инновационных технологий» (г. Брянск, 2011), XXIII Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов (г. Москва, 2011), а также на научных семинарах кафедры «Динамика и прочность машин» ФГБОУ ВПО «БГТУ» (г. Брянск, 2009 - 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы, включающего 151 наименование. Общий объем диссертации составляет 131 страницу, включая 87 рисунков, 16 таблиц и 1 приложения на двух страницах.
