Введение к работе
Актуальность работы. Вагоны на железнодорожном транспорте являются ключевым звеном, так как они выполняют главную роль в перевозке грузов и пассажиров. При создании новых железнодорожных вагонов, определении индивидуального срока эксплуатации вагонов существует необходимость в проведении динамических испытаний для получения достоверной информации о техническом состоянии вагона. К такому типу испытаний в частности относятся испытания на соударение вагонов и испытания на ограниченный ресурс. Для проведения этих испытаний в настоящее время используются стенды-горки, которые представляют собой горизонтальный рельсовый путь, состыкованный с наклонным участком длиной ~ 45 м, на который поднимают с помощью лебедки вагон-боек. Стенд-горка занимает большую площадь, что делает затруднительным его сооружение в пределах вагоноремонтных заводов, вагонных депо, на производственных площадях небольших компаний-перевозчиков, возникновение которых является характерной чертой проводимой реформы железнодорожного транспорта РФ.
Регулировка силы соударения на стенде-горке производится путем изменения высоты спуска вагона-бойка. Погрешность получения силы требуемого значения по нормативным данным составляет не менее 3%, в реальных условиях погрешность достигает 10%.
Одним из возможных путей решения проблемы является создание стенда, аналогичного по характеру воздействия на испытуемые вагоны со стендом-горкой, но лишенного перечисленных недостатков Здесь сила механического воздействия на автосцепку испытуемого вагона получается с помощью импульсных гидродинамических сил, которые возникают при электрическом разряде в жидкости (электрогидроимпульсный эффект -эффект Юткина), с последующей передачей указанных сил посредством поршня на автосцепку испытуемого вагона
Целью работы является улучшение технологии динамических испытаний вагонов путем использования электрогидроимпульсного стенда, в котором ударное воздействие реализуется с помощью импульсных гидродинамических сил, возникающих при электрическом разряде в жидкости, обоснование выбора основных параметров стенда, разработка предложений конструкции стенда.
Основные задачи исследований Дня достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
-
Теоретический анализ процессов, происходящих при электрическом разряде в жидкости. Обоснованный выбор компоненты ударного воздействия для использования в динамических испытаниях вагонов.
-
Разработка математической модели и инженерной методики расчетов процессов, происходящих при расширении парогазовой полости при электрическом разряде в жидкости и обоснование оптимальных значений основных параметров стенда.
-
Разработка инженерной методики для расчета характеристик ударной волны, возникающей при электрическом разряде в жидкости, с последующей экспериментальной проверкой.
Методика исследований. При решении указанных задач использовались методы теории электрических цепей, динамики твердого тела, импульсных электрических разрядов в жидкости, техники высоковольтного эксперимента, аналитико-численные методы с использованием пакета Matlab и специально разработанных программ
Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Доказано, что с помощью электрогидроимпульсного эффекта существует конструктивная возможность получения силового воздействия на испытуемый вагон регламентируемой амплитуды и длительности, что позволит создать стенд с улучшенными массо-габаритными показателями, а также с высокой точностью получения ударной силы
-
Разработаны математическая модель процесса, происходящего во время расширения парогазовой полости при электрическом разряде в жидкости, и инженерная методика расчета характеристик данного процесса.
-
С помощью разработанной методики исследовано влияние основных параметров стенда на его силовые характеристики.
-
Исследован способ управления силовыми характеристиками стенда с помощью изменения массы поршня и эластичной перегородки, установленной в разрядной камере.
-
Разработана инженерная методика расчета характеристик ударной волны. Предложены конструктивные способы гашения ударной волны.
-
По результатам исследований предложены и обоснованы режим и конструкция электрогидроимпульсного стенда, обеспечивающего варьирование импульса силы, воздействующего на испытуемый вагон, в диапазоне от 52,2 кН-с до 313,3 кН-с При этом значение ударной силы находится на уровне ,F=3,5 МН при длительности импульса 0,01-0,1 с.
Практическое значение. Основные положения работы могут быть использованы для: расчетов электромагнитных и гидродинамических процессов, выбора элементов конструкции, расчетов разрядных камер, разработки способов управления силовыми характеристиками электрогидроим-пульсных установок, предназначенных для получения механических импульсных сил требуемого значения и заданной длительности
Использование результатов работы. Отдельные результаты работы были использованы в АООТ Октябрьский вагоноремонтный завод при установлении реального текущего состояния вагона и прогнозировании срока службы.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на IV Всероссийской научно-технической конференции «Политранспортные системы» (г. Красноярск, КГТУ, 2006 г), на XVII Международной Интернет-конференции молодых ученых и студентов по
современным проблемам машиноведения (г. Москва, ИМАШ РАН, 2005), а также на заседаниях кафедры «Теоретические основы электротехники» ПГУПС
Публикации. По результатам и материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ, получено 2 патента на полезную модель и одно положительное решение на выдачу патента на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Содержит 148 страниц основного машинописного текста, 3 таблицы, 73 рисунка и 3 приложения. Библиографический список включает 98 наименований.
