Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Постановка задачи исследования 8
1.1 Обзор и анализ исследований по совершенствованию конструкций вагонов-платформ 8
1.2 Постановка задач исследования 15
2. Разработка методики выбора конструктивной схемы и параметров несущей конструкции вагона-платформы для перевозки контейнеров 18
2.1 Обзор и классификация вагонов-платформ для перевозки контейнеров и их элементов 18
2.2 Разработка алгоритма выбора конструктивной схемы и параметров конструкции вагона-платформы 27
2.3 Формирование уточненной методики приложения внешних силовых воздействий к конструкции вагона-платформы 33
2.4 Формализация исходных технических требований к конструкции вагона-платформы 38
2.5 Исследование особенностей применения метода конечных элементов при выборе параметров конструкции рамы 43
2.6 Разработка методики формирования схемы несущей конструкции и определения основных размеров вагона-платформы 52
2.7 Разработка методики определения параметров балок рамы вагона-платформы 61
2.8 Разработка методики определения параметров узлов соединения балок рамы 73
2.9 Выводы 79
3. Расчетное исследование длиннобазного вагона-платформы для перевозки двух 40 футовых контейнеров 81
3.1 Выбор конструктивной схемы и параметров несущей конструкции 81
3.2 Определение нагрузок на конструкцию вагона-платформы 87
3.3 Выбор и обоснование геометрических размеров балок рамы вагона-платформы 90
3.4 Выбор и обоснование конструкции узлов соединения балок рамы 95
3.5 Расчетное обоснование принятых технических решений 100
3.6 Выводы 106
4. Экспериментальная проверка эффективности разработанной методики выбора параметров конструкции вагона-платформы 107
4.1 Разработка методики экспериментального исследования прочности конструкции вагона-платформы 107
4.2 Экспериментальное обоснование выбранных параметров конструкции вагона-платформы 112
4.3 Оценка достоверности результатов полученных при использовании расчетной и экспериментальной методик 124
4.4 Анализ опыта эксплуатации вагонов-платформ нового типа 127
4.5 Выводы 130
5. Характеристика результатов внедрения и оценка экономической эффективности работы 131
5.1 Результаты внедрения на Российских вагоностроительных заводах 131
5.2 Оценка экономической эффективности внедрения нового вагона-платформы модели 13-1281 133
5.3 Выводы
Заключение 136
7. Список использованных источников
- Постановка задач исследования
- Формализация исходных технических требований к конструкции вагона-платформы
- Определение нагрузок на конструкцию вагона-платформы
- Оценка достоверности результатов полученных при использовании расчетной и экспериментальной методик
Введение к работе
Актуальность работы
В современных условиях роста промышленного производства в Российской Федерации все большее значение приобретает эффективность работы железнодорожного транспорта Основными преимуществами этого вида транспорта перед другими при обеспечении конкурентной цены являются высокая скорость доставки грузов, оперативность погрузочно-разгрузочных работ, сохранность груза Наибольший эффект от этих преимуществ достигается при использовании технологии перевозки в контейнерах Начиная с конца 90-х годов, контейнерные перевозки являются одним из самых динамично развивающихся секторов железнодорожного транспорта При этом постоянно увеличивающаяся доля экспортно-импортных и транзитных грузопотоков привела к увеличению объемов использования 40-футовых крупнотоннажных контейнеров в таких перевозках до 85% Это, в свою очередь, требует создания новых усовершенствованных вагонов-платформ увеличенной длины Таким образом, исследования, направленные на создание нового типа длиннобазного вагона-платформы, являются актуальными и вытекают из первоочередных задач, стоящих перед железнодорожным транспортом страны
К настоящему времени накоплен значительный опыт постройки и эксплуатации универсальных и контейнерных платформ, длиннобазных вагонов для лесных грузов и перевозки автомобилей Однако, при создании длиннобазных платформ для перевозки двух 40 футовых контейнеров вагоностроители встретили ряд трудностей Создание такого вагона требует проведения исследований по уточнению силовых воздействий с учетом взаимодействия контейнеров и конструкции рамы, разработки уточненных расчетных схем и модернизации общего алгоритма проектирования с учетом конструктивных особенностей контейнерных платформ Таким образом, необходимо создание уточненной методики выбора конструктивной схемы и параметров конструкции длиннобазной платформы нового типа.
Целью работы является выбор конструктивной схемы и параметров несущей конструкции длиннобазного вагона-платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров на основе разработанной уточненной методики
Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие основные задачи
1 Обоснованы исходные технические требования к новому типу вагона-платформы, включающие кроме действующих нормативных
требований к конструкции вагона, требования системы контейнерных перевозок и эксплуатации подвижного состава,
-
Сформирован комплекс прикладных методик, позволяющих определять размеры рамы и выбирать схему несущей конструкции в соответствии с размерами перевозимых контейнеров, распределением габаритного пространства вагона, требованиями эксплуатации и технологии изготовления;
-
Разработаны методики выбора и обоснования типа сечения, толщин составных частей, геометрии вырезов и расположения диафрагм балок рамы, учитывающие особенности длиннобазного вагона-платформы и специфику внешних силовых воздействий при перевозке контейнеров,
-
Сформированы методики обоснованного выбора конструктивного исполнения, формы подкрепляющих элементов и их размеров для узлов соединения балок рамы вагона-платформы с учетом геометрической концентрации напряжений,
-
Проведена апробация разработанной методики, включающей алгоритмы, рекомендации и расчетные схемы, при разработке конструкции длиннобазного вагона-платформы для перевозки двух 40 футовых контейнеров,
-
Выполнены экспериментальные исследования образца вагона-платформы с целью определения достоверности результатов использования разработанной методики и проверки обоснованности предложенных конструкторских решений,
-
Проведена оценка экономического эффекта применения разработанных методик при создании вагона-платформы нового типа
Решение поставленных задач проводилось путем комбинирования методов моделирования, аналитических методов, численного моделирования с применением метода конечных элементов и проведения натурных экспериментов
Научная новизна работы заключается в следующем
-
Определены конструктивные признаки, на основе которых предложена классификация и сформирована обобщенная конструктивная схема, позволяющие производить обоснованный выбор конструктивных параметров длиннобазного вагона - платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров на всех этапах проектирования
-
Сформирован комплекс прикладных методик, позволяющий производить исследования зависимости показателей прочности, жесткости и массы несущей конструкции рамы длиннобазной платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров и, на их основе, выбирать рациональные параметры
-
Разработана параметризированная конечно-элементная модель конструкции рамы длиннобазной платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров с сеткой переменного шага, учитывающая декомпозицию на балки рамы и узлы их соединения, позволяющая производить уточненные исследования параметров их напряженного состояния и устойчивости
-
Получены зависимости показателей прочности, жесткости, запаса усталостной прочности и массы несущей конструкции от геометрических размеров балок рамы и параметров узлов соединения, позволяющие производить выбор рациональных параметров длиннобазной железнодорожной платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров.
Практическая значимость и реализация работы
-
Разработанный комплекс прикладных методик позволяет производить выбор рациональной конструктивной схемы и параметров несущей конструкции длиннобазного вагона-платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров
-
Сформированные уточненные конечно-элементные расчетные модели позволяют, при решении задачи выбора параметров, сократить затраты времени и повысить общее качество проектирования несущей конструкции вагона-платформы.
3. Полученные зависимости позволяют обоснованно выбирать параметры несущей конструкции вагона-платформы в целом, балочных элементов рамы и узлов их соединения для всего спектра эксплуатационных нагрузок
-
Выполненная разработка конструкции и расчетно-экспериментальное обоснование ее параметров при создании вагона-платформы нового типа позволяет получить экономический эффект не менее 266 тыс. руб. на один вагон в год.
-
Результаты работы использованы при разработке конструкций двух моделей и одной модификации вагонов-платформ для перевозки крупнотоннажных контейнеров производства ОАО «Рузхиммаш» и ЗАО «Промтрактор-Вагон»
Достоверность полученных результатов подтверждается результатами экспериментальных исследований вагона-платформы: относительное расхождение экспериментальных и расчетных напряжений составляет* 7% при действии статических нагрузок, 12-14% при динамических нагрузках. Получен патент на полезную модель хребтовой балки вагона-платформы
Обоснованность разработанных рекомендаций подтверждается положительными результатами эксплуатационных испытаний
В диссертационной работе изложены научно обоснованные технические разработки по созданию конструкции вагона-платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров, имеющие существенное значение для экономики железнодорожного транспорта страны
Апробация работы Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференции ФГУП «УВЗ» (2006 г), в БГТУ (2007 г), на неделях науки ПГУПС (2006 гг.), на научно-технических совещаниях Департамента вагонного хозяйства ОАО «РЖД» (2004-2006 гг.), на производственно-технических совещаниях завода ОАО «Рузхиммаш» (2004-2006 гг)
Публикации Основные положения диссертации опубликованы в семи печатных работах, отдельные разделы теоретических исследований приведены в двух отчетах о научно-исследовательских работах Получено свидетельство на полезную модель
Структура и объем работы Диссертация включает введение, пять глав, заключение и изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 51 таблицу и 59 иллюстраций. Список использованных источников насчитывает 110 наименований.
Постановка задач исследования
Работы по совершенствованию комплексных методов выбора и обоснования параметров несущей конструкции на основе анализа функционального назначения, определяющего конструктивные признаки разрабатываемых вагонов, а также устройств и систем вагонов-платформ, проводились в меньшей степени. Создание специализированных вагонов нового поколения, отвечающих современным требованиям, во многом определяется техническим совершенством несущих конструкций этих вагонов, что неразрывно связано с совершенствованием методов их проектирования, расчетов, и экспериментального исследования. В настоящее время в процессе проектирования конструкций, при прочностных расчетах применяют упрощенные методы определения нагрузок, как например в «Нормах » [65]. Определение динамических нагрузок производится, как правило, простым введением коэффициента динамики без учета специфики динамических процессов, жесткости конструкции кузова, возможности возникновения резонансных явлений в конструкции, в то время как при исследовании динамики подвижного состава рассматриваются подробные, с высокой степенью сложности и детализации динамические математические модели. В нормативных документах и справочной литературе не достаточно подробно изложены вопросы нагрузок от контейнеров и динамических нагрузок при эксплуатации длиннобазных платформ контейнеровозов, что вынуждает при определении параметров конструкции прибегать к нормативному, экспериментальному или экспертному подходу к определению нагрузок, действующих на металлоконструкцию. Такие подходы не соответствуют современным требованиям по срокам и стоимости проектирования в условиях современной жесткой конкурентной борьбы между вагоностроительными предприятиями.
В практической работе отмечена необходимость научно-обоснованной методики выбора параметров конструкции вагона в виде алгоритма. Алгоритм должен отображать требования к конструкции, все возможные сочетания эксплуатационных нагрузок, позволять варьировать схемы несущей конструкции, давать возможность детально исследовать балочные и узловые элементы с использованием современных прикладных программных продуктов.
Необходимо дополнить нормативные требования в части определения расчетных значений динамических нагрузок на конструкцию вагона-платформы для контейнеров данными, полученными на основе анализа экспериментальных исследований.
Повышение достоверности обоснования параметров конструкции можно достичь при использовании методики, объединяющей результаты разработки методик оптимизации конструкции, исследований прочностных параметров и уточнения нагрузок на длиннобазный вагон-платформу.
На основании обзора исследований можно констатировать, что: - к настоящему времени накоплен большой опыт в решении достаточно сложных задач конструирования, расчета и эксплуатации подвижного состава; - в подавляющем большинстве работ рассмотрены отдельные вопросы оптимизации, прочности, динамики или нагрузок от перевозимого груза; - менее изученными являются методы выбора параметров несущей конструкции и особенно узлов соединения элементов; - растущий спрос на вагоны-платформы для перевозки контейнеров увеличенного размера требует разработки нового подвижного состава. 1.2 Постановка задач исследования
Проведенный обзор научных трудов показал, что за последние 25 лет были проведены многочисленные исследования, направленные на совершенствование конструкции грузовых вагонов, в том числе и вагонов-платформ для перевозки контейнеров. Основное внимание уделялось вопросам повышения эксплуатационной надежности и безопасности перевозок, а также снижению материалоемкости конструкции. Проводились работы, направленные на снижение динамического воздействия на конструкцию вагона и перевозимый груз, улучшение технико-экономических параметров вагонов-платформ, увеличение номенклатуры перевозимых грузов.
Обзор научных работ позволил констатировать, что, несмотря на проведенные работы по созданию и совершенствованию конструкции специализированных вагонов, в настоящее время отсутствует разработанная методика, обосновывающая выбор параметров конструкции вагонов-платформ для перевозки контейнеров. Необходима разработка методики, охватывающей весь комплекс проблем, связанных с формированием исходных требований, выбором основных схемных решений, геометрических размеров и прочностных характеристик конструкции вагона-платформы на основании современных требований систем железнодорожных контейнерных перевозок и эксплуатации подвижного состава на российских железных дорогах.
В связи с этим из обширной проблемы создания подвижного состава для контейнерных перевозок, для достижения сформулированной цели в рамках данной работы были поставлены и решены следующие задачи: - формирование исходных технических требований к новому типу вагона-платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров погрузочной длиной 80 футов, включающих как требования системы контейнерных перевозок и эксплуатации подвижного состава, так и требования нормативных документов; - разработка алгоритма выбора и обоснования схемы и габаритных размеров несущей конструкции длиннобазного вагона-платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров, позволяющего формировать конструкцию и ее элементы в соответствии с исходными техническими требованиями к вагону; - разработка алгоритма выбора и обоснования параметров балочных элементов конструкции, учитывающего особенности длиннобазного вагона-платформы для перевозки контейнеров; - разработка алгоритма выбора и обоснования конструкции и геометрических размеров узлов соединения балочных элементов; - разработка конструкции вагона-платформы для перевозки двух 40 футовых контейнеров на основании разработанных алгоритмов; - экспериментальные исследования образца разработанного вагона-платформы с целью определения достоверности результатов использования разработанной методики. Решение поставленных задач производилось с использованием специально разработанной методики путем комбинирования численного моделирования, аналитических методов и натурных экспериментов и включало следующие этапы: - обзор и классификация вагонов-платформ для перевозки контейнеров и их элементов для определения множества вариантов конструкции на основе обзора существующего подвижного состава для перевозки контейнеров; - формирование критериев, определяющих соответствие конструкции исходным техническим требованиям к вагону-платформе для перевозки контейнеров на основании анализа научно-технической и нормативной литературы, а также требований эксплуатирующих организаций к современному железнодорожному подвижному составу для работы на сети российских железных дорог;
Формализация исходных технических требований к конструкции вагона-платформы
Разработанная в разделе 2.4 система критериев и разделение конструкции на функциональные уровни позволили производить выбор решения и его проверку на соответствие исходным техническим требованиям на каждом шаге алгоритма. Предложенный алгоритм позволяет учитывать на каждом этапе такие особенности вагона-платформы нового типа, как неопределенность исходных технических требований в связи с отсутствием опыта эксплуатации, специфические нагрузки от перевозимых контейнеров, балочную конструкцию рамы. В соответствии с разработанным алгоритмом, определение конструктивной схемы и параметров элементов конструкции вагона-платформы производится в следующей последовательности.
Формируется блок исходных требований к конструкции, который включает как требования эксплуатации и нормативных документов, так и требования, обусловленные технологическими возможностями изготовителя.
На основании анализа размеров перевозимых контейнеров и расчета габарита определяются исходные данные для выбора основных габаритных размеров. Далее рассматриваются возможные конструктивные схемы рамы и производится выбор по критерию соответствия исходным техническим требованиям. Конструкция выбранного варианта разрабатывается до уровня балочного элемента.
Нагрузки, действующие на вагон-платформу, определены на основании анализа возможных схем погрузки контейнеров, внешние динамические и статические нагрузки - в соответствии с нормативными документами [65] с учетом особенностей динамического воздействия контейнеров на вагон-платформу.
Для определения соответствия конструкции исходным техническим требованиям при решении задачи выбора параметров ее элементов была выработана система критериев. Часть критериев соответствует нормируемым, остальные критерии приняты дополнительно и являются необходимыми условиями соответствия конструкции исходным техническим требованиям.
Далее производится выбор геометрических размеров балочных элементов конструкции. Тип балки определяют по классификационным признакам, линейные размеры исходя из габаритных размеров конструкции. Производится деление балки на функциональные зоны и выбирается тип сечения для каждой зоны. Определение толщины элементов сечения балки производится для каждой функциональной зоны отдельно на основании расчетной проверки соответствия конструкции исходным техническим требованиям по выработанным критериям.
Для выбора конструкции и геометрических размеров узлов соединения балочных элементов выбирают тип узла соединения в соответствии с разработанной классификационной таблицей. Определяют габаритные размеры и толщины элементов соединения для каждого узла. Выбор производится на основании расчетной проверки соответствия конструкции исходным техническим требованиям по выработанным критериям.
После определения параметров всех элементов, производится контрольная проверка конструкции в целом. В случае соответствия разрабатывается конструкторская документация на вагон-платформу и изготавливается опытный образец. В случае несоответствия конструкции исходным требованиям производится их пересмотр и процесс выбора параметров повторяется.
Последним шагом алгоритма является комплекс стационарных и ходовых испытаний, а также эксплуатационные испытания при которых производится экспериментальная проверка соответствия конструкции исходным техническим требованиям. При выявлении несоответствия, конструкция подлежит доработке и повторным испытаниям.
Анализ работ по созданию новых конструкций вагонов-платформ показал, что при создании их несущей конструкции значительную роль играют применяемые технологии: способы изготовления деталей, подготовка к сборке несущей конструкции в целом, последовательность сборки, применяемые способы сборки, учет особенностей применения сварочных материалов, применение специальных способов снятия остаточных напряжений.
Учет всех этих факторов на этапе расчета затруднителен, поэтому требуется этап опытной оценки параметров конструкции - в первую очередь усталостных характеристик, определяющих срок службы. Для этого в алгоритме предусмотрен этап 6 - экспериментальная проверка конструкции. Этот этап предусматривает проведение ресурсных испытаний конструкции вагона в целом либо его узлов. В отдельных случаях эти испытания могут быть заменены или дополнены эксплуатационными испытаниями. По результатам ресурсных или эксплуатационных испытаний уточняются условия эксплуатации новых вагонов-платформ и определяется их срок службы.
Разработанный алгоритм позволяет производить выбор конструктивной схемы и параметров элементов конструкции нового типа вагона-платформы на основе разработанных классификационных признаков в соответствии с условиями эксплуатации. Минимальное количество циклических операций при выборе параметров позволяет снизить затраты ресурсов на разработку конструкции.
Определение нагрузок на конструкцию вагона-платформы
Из результатов расчета следует, что выбор габарита накладывает ограничения как на типы перевозимых контейнеров, так и на высоту опорной поверхности контейнеров. Проведенное исследование показывает, что при формировании исходных требований к длиннобазной платформе для перевозки контейнеров следует избегать применение габарита подвижного состава меньше ТІ из за неоправданного уменьшения высоты погрузочной площадки контейнеров и, как следствие - высоты рамы.
Выполненные расчеты также показывают, что при габарите подвижного состава до ТІ включительно перевозка контейнеров в два яруса нецелесообразна из-за ограничения типов перевозимых контейнеров по высоте.
Габаритное пространство вагона-платформы используется для размещения конструкции и перевозимых контейнеров. Габаритное пространство условно может быть разделено на грузовую зону, пространство отведенное для ходовых частей, устройств и оборудования и габаритное пространство несущей конструкции. Схема использования габаритного пространства вагона приведена на рисунке 2.6.8. 1- Грузовая зона 5- Подножки и поручни 2- Ходовые части 6- Устройство крепления контейнеров 3- Ударно-тяговое устройство 7- Габаритное пространство вагона 4- Тормозное оборудование 8- Габаритное пространство несущей конструкции Рис. 2.6.8 - Схема использования габаритного пространства вагона. Обозначим множества: А - габаритное пространство вагона (7), В -грузовая зона (1), С - вагон, D - неиспользуемое пространство. Введем обозначения для подмножеств множества С (функциональные системы вагона): С1 - несущая конструкция (8), С2 - ходовые части (2), СЗ -ударно-тяговое устройство (3), С4 - тормозное оборудование (4), С5 -подножки и поручни (5), С6 - устройство крепления контейнеров (6). Множества А,В,С и D такие, что: CUBUD=A, (2.6.2) BHD=0, ВПС=0, CDD=0 (2.6.3) Из соотношений 3 и 4 следует, что C=A\(BUD)=(A\B)\D (2.6.4) Множества С1 С6 составляют множество С, т.е. Uq = C (2.6.5) Выпишем выражение для С1 через остальные множества : C,=C\(UCI) = (A\(BUD))\(UCI) (2.6.6) Эта формула может быть использована при объектно ориентированном программировании при необходимости автоматизации процесса определения размеров несущей конструкции вагона-платформы для контейнеров.
Приведенная схема показывает, что несущая конструкции вагона-платформы может быть размещена как ниже грузовой зоны, так и по сторонам от грузовой зоны. Обзор вагонов для перевозки контейнеров (раздел 2.1) показал, что используются оба варианта. При размещении несущей конструкции ниже грузовой зоны максимальная высота балок рамы ограничена и составляет: flmax — Топоры " Wm;n (Z.O. I)
При размещении несущей конструкции ниже и по сторонам от грузовой зоны ограничение по высоте не является лимитирующим. В то же время размещение конструкции по сторонам от грузовой зоны может ограничивать доступ и визуальный обзор устройства крепления контейнеров.
Разработанная в данном разделе обобщенная конструктивная схема рамы вагона-платформы для перевозки контейнеров позволила формировать схему несущей конструкции. Полученные зависимости обосновывают возможность создания вагона-платформы для перевозки двух 40- футовых контейнеров в один ярус. Установленная взаимосвязь между линейными размерами конструкции, габаритом подвижного состава и размерами перевозимых контейнеров позволяет производить выбор линейных размеров несущей конструкции.
Необходимость перевозки крупнотоннажных контейнеров увеличенной длины создала предпосылки для разработки вагонов-платформ с увеличенной длиной рамы. Как было установлено в результате обзора и классификации, основными несущими элементами в конструкции рамы длиннобазного вагона-платформы являются продольные балки. При разработке методики определения параметров несущей конструкции вагона-платформы увеличенной длины, возникла необходимость углубленных исследований взаимного влияния параметров балочного элемента на его массовые и прочностные характеристики.
В данном разделе была разработана методика определения геометрических размеров и формы балочных элементов конструкции рамы вагона-платформы, обеспечивающая соответствие вагона-платформы исходным техническим требованиям при минимальном весе металлоконструкции.
По результатам обзора вагонов платформ было установлено, что наибольшее распространение получили балочные элементы таврового и коробчатого сечения. Ферменные конструкции продольных балок применялись только в двухосных платформах. Балочный элемент может иметь постоянное сечение по длине или состоять из нескольких зон различного функционального назначения и конструктивного исполнения. В продольной балке вагона-платформы можно выделить характерные зоны, приведенные на рисунке 2.7.1:
Оценка достоверности результатов полученных при использовании расчетной и экспериментальной методик
В данной главе проведено экспериментальное исследование конструкции длиннобазного вагона-платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров. Исследование проводилось с целью экспериментального обоснования выбранных параметров конструкции и проверки эффективности разработанной методики. Экспериментальное исследование проводилось в соответствии с разработанными методиками комплексного определения показателей прочности, жесткости и устойчивости элементов конструкции. Комплекс экспериментальных исследований состоял из трех этапов: статических испытаний на прочность, испытаний на прочность при соударении и ходовых прочностных испытаний. Испытания вагона-платформы модели 13-1281 с различными схемами загрузки контейнеров проводились испытательным центром «Инженерного Центра Вагоностроения» с участием автора. Проведенное сопоставление расчетных и экспериментальных данных, позволило установить достаточную для практического использования сходимость результатов расчетов и эксперимента. Проведенный комплекс экспериментальных проверок позволяет сделать вывод о эффективности разработанной методики.
Целью экспериментального исследования являлась проверка соответствия конструкции разработанного вагона-платформы исходным техническим требованиям а также оценка достоверности результатов, полученных при использовании разработанной методики выбора параметров конструкции. Оценка достоверности проводилась на основании сравнительного анализа результатов численного моделирования и экспериментальных данных. В данной работе изложена часть экспериментального исследования, относящаяся к проверке соответствия несущей конструкции вагона-платформы нормативным требованиям. Экспериментальные исследования несущей конструкции проводилось на натурном образце вагона-платформы модели 13-1281, изготовленном на ОАО «Рузхиммаш».
Для получения данных о напряжениях и деформациях в конструкции была разработана комплексная методика, регламентирующая проведение всех видов испытаний. Целью разработки методики экспериментального исследования конструкции являлось формирование документа, определяющего получение полных и достоверных результатов.
При разработке методики исследования конструкции были учтены требования действующей нормативной документации [74,109,110]. Экспериментальная проверка на соответствие исходным техническим требованиям проводилась по критериям, определенным в разделе 2.4 данной работы. Из всех критериев были отобраны те, которые определяют соответствие разработанной несущей конструкции рамы требованиям к вагону-платформе в целом. Такими критериями являются: - прочность; - усталостная прочность; - устойчивость сжатых элементов конструкции; - жесткость; В комплекс испытаний были включены следующие виды испытаний, соответствующие характерным в эксплуатации нагрузкам: - статические испытания; - динамические испытания на прочность при соударении; - ходовые прочностные.
В соответствии с п. 2.4 данной работы показателем усталостной прочности принят коэффициент запаса усталостной прочности п. В настоящее время разработаны методики определения запаса усталостной прочности методом косвенных измерений, при котором экспериментальное определение (7aN и стаЭ производится раздельно с последующим расчетным определением коэффициента запаса п. При этом о также определяется расчетом на основании динамических напряжений в конструкции С; дин либо произведением статического напряжения на коэффициент динамики:
В экспериментальном исследовании показатели усталостной прочности рассматривались в части напряжений в конструкции, которые были получены при статических и динамических испытаниях. Исследование фактического предела выносливости элементов металлоконструкции oaN в рамках данной работы не проводилось.
Виды испытаний, испытательные нагрузки и определяемые показатели приведены в таблице 4.1.1.
Статические Вертикальная статическая нагрузка от веса груза. Статическая нагрузка от веса груза равного полной грузоподъемности вагона при различных схемах погрузки контейнеров. Напряжения в контрольных точках. Прогиб в середине рамы. Продольная статическая сжимающая и растягивающая нагрузка. Статическая нагрузка растягивающими 1,0, 2,0 МН и сжимающими 1,0, 2,5 МН усилиями по оси автосцепок. Напряжения вконтрольных точках.Визуальныйконтрольустойчивостисжатых элементовконструкции.
Ремонтные нагрузки. Статические ремонтные нагрузки от подъема груженого и порожнего вагона-платформы домкратами. Напряжения в контрольных точках.
Динамические на прочность при соударении Продольная нагрузка от удара вагона. Динамическая нагрузка при соударении с силой до 3,8 МН. Напряжения в контрольных точках.
Ходовые прочностные Динамические нагрузки при движении вагона. Скорость при ходовых прочностных испытаниях до 120 км/ч., вес устанавливаемых контейнеров, схемы погрузки контейнеров. Напряжения в контрольных точках. Каждому критерию соответствует показатель, определяемый при проведении испытаний. Для критериев прочности и усталостной прочности показателем являются напряжения. Для критерия жесткости показателем являются упругие деформации. Для устойчивости элементов конструкции показателем является отсутствие деформаций.
Выполненный в главе 3, комплекс теоретических исследований напряжений и деформаций конструкции вагона-платформы позволил определить балочные элементы и узлы соединения, в которых возникают повышенные напряжения что, в свою очередь, определило расположение контрольных точек установки датчиков напряжений. Идентичное расположение контрольных точек при теоретических и экспериментальном определении напряжений позволило провести сравнение их результатов и оценку достоверности разработанной методики. Разработанная схема контрольных точек приведена на рисунке 4.1.1.
