Введение к работе
Актуальность темы. В условиях рынка и постоянного реформирования желез-юдорожный транспорт нуждается в непрерывном внедрении новых технических іешений, которые позволят существенно повысить его конкурентоспособность и ффективность. Одним из путей снижения продольной нагруженности вагона явля-тся совершенствование автосцепного устройства, а в частности — применение со-ременных высокоэффективных поглощающих аппаратов (амортизаторов удара).
В процессе проектирования для определения показателей работы аппаратов в іяде случаев применение экспериментальных исследований дорогостояще и трудо-мко. К тому же эксперимент невозможен для прогнозирования нагруженности при [ерспективиых условиях эксплуатации. Для решения данной прикладной проблемы іелесообразно прибегать к разработке математических моделей аппаратов и исполь-ованиго их при имитационном моделировании режимов эксплуатации, заменяя на-урные испытания вычислительным экспериментом.
Существует ряд трудов, посвященных математическому моделированию рабо-ы поглощающих аппаратов, построению математических моделей вагонов (поез-ов) различной степени сложности. Актуальным являются комплексные исследова-ия в этой области в связи с появлением новых конструкций амортизаторов удара, ребуется разработка и уточнение математических моделей новых и существующих оглощающих аппаратов. Кроме того, нуждается в корректировке методика имита-ионного моделирования условий эксплуатации вагонов в плане современных тен-енций грузовых перевозок. Развитие современной вычислительной техники позво-яет создавать специальные программные комплексы, использующие эффективные исленные методы для расчета динамических процессов в поезде.
Таким образом, работы, направленные на построение математических моделей эвременных амортизаторов удара, адекватно описывающих динамические процес-л ударного сжатия, и проведение расчетов характеристик аппаратов являются ак-^альными.
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка математи-;ских моделей современных поглощающих аппаратов автосцепки и создание про->аммного комплекса для расчета их характеристик. Для реализации цели работы вставлены и решены следующие задачи-.
Построение математических моделей современных амортизаторов удара и кнтификация параметров на основе экспериментальных исследований.
Разработка методики имитационного моделирования, включающей уточнен-)е статистическое распределение масс грузовых вагонов, создание математических эделей вагонов и цистерн для расчетов различных эксплуатационных режимов.
Разработка проблемно-ориентированного программного комплекса для рвения задач продольной динамики подвижного состава. Выбор эффективных чис-:нных методов расчета и анализа динамических процессов при оценке нагружен->сти вагона.
Моделирование нагруженности поглощающих аппаратов с учетом различ-JX условий эксплуатации и использованием разработанного программного ком-іекса. Разработка алгоритма определения энергетической нагруженности аморти-горов в эксплуатации.
5. Комплексное исследование продольной динамики поезда и проведение сраї нительного анализа характеристик поглощающих аппаратов по различным показ* телям (энергетической нагруженности, критериям эффективности, коэффициента запаса устойчивости от выжимания и др.).
Методика исследований. С использованием экспериментальных данных учетом особенностей физических принципов действия сформированы математич( ские модели современных поглощающих аппаратов. Нелинейные системы дифф< ренциальных уравнений, описывающих нестационарные динамические процессь решаются с использованием современных численных методов. Алгоритмы реализс ваны в специализированном программном комплексе, разработанном на кафедр «Динамика и прочность машин» БГТУ при непосредственном участии автора.
Обработка экспериментальных данных ведется методами математической ст< тистики с привлечением измерительной аппаратуры и специализированных прс грамм.
Научная новизна работы:
Разработаны и идентифицированы математические модели современных пс глощающих аппаратов с учетом экспериментальных данных и данных эксплуат! ции. При построении математических моделей учтены особенности реальных физі ческих процессов ударного сжатия новых полимерных и эластомерных материалов.
Разработана методика имитационного моделирования условий эксплуатаци вагона: на основе современных данных рассчитано новое статистическое распреді ление масс вагонов; смоделированы различные эксплуатационные режимы (движі ниє на переломах, выжимание вагона).
Разработан проблемно-ориентированный программный комплекс, позволяк щий моделировать динамические процессы при трогании, торможении поезда и м; невровых операциях.
С использованием методики имитационного моделирования рассчитаны m казатели работы современных поглощающих аппаратов на различных типах груз< вых вагонов для различных эксплуатационных режимов, разработан алгоритм и oi ределена энергетическая нагруженность аппаратов в эксплуатации. Оценена устоі чивость легковесных вагонов от выжимания.
Практическая ценность работы:
-Разработанный программный комплекс, использующий математические мі дели современных поглощающих аппаратов, позволяет проводить различные вид расчетов при проектировании новых конструкций амортизаторов и оценки сущее вующих.
-Результаты исследований использованы при разработке конструкции гидр< полимерного поглощающего аппарата ГП-120А, а также фрикционно-полимерної поглощающего аппарата с объемным распором; подана заявка на изобретение ] 2008139710 приоритет 06.10.2008.
-Построенное статистическое распределение масс грузовых вагонов позволж уточнить продольную нагруженность вагона в эксплуатации.
-Результаты расчета могут быть использованы при выборе конструкции амо] тизатора, а также для обоснования целесообразности применения различных амо] газаторов удара.
-Материалы исследований использованы при проведении НИОКР по государ-лъенным контракту №4361р/6551, заключенному с Фондом содействия развитию лалых форм предприятий в научно-технической сфере, и договорам с рядом промышленных предприятий: ООО «ПК «Бежицкий сталелитейный завод», ЗАО «Тер-лотрон-завод», ОАО «Ливгидромаш».
Достоверность результатов. Достоверность результатов подтверждается обоснованным выбором адекват-1ых математических моделей, удовлетворительной сходимостью расчетных и экс-териментальных данных, полученных автором лично и другими исследователями, ірименением эффективных численных методов расчетов.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на
11 международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы
развития вагоностроения» (г. Брянск, 2006 г), IV межрегиональной научно-
технической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии,
інергетика и экономика» (г. Смоленск, 2007 г.), Пятой международной научно-
ірактической конференции «Исследование, разработка и применение высоких тех-
юлогий в промышленности» (г. Санкт-Петербург, 2008 г.), IV международной на
учно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития вагонострое-
шя» (г. Брянск, 2008 г), Международной научно-практической конференции «Наука
і производство - 2009» (г. Брянск, 2009 г.), Международной научно-практической
;онференции «Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической
юдготовки производства на промышленных предприятиях» (г. Брянск, 2009 г.), 10-
>й международной научно-технической интернет -конференции «Новые материалы
і технологии в машиностроении» (г. Брянск, 2009 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, включая
12 статей, 1 тезисы докладов, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах, ре-
:омендуемых ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, за-лючения, списка литературы из 128 источников. Общий объем диссертации со-тавляет 141 страницу, включая 92 рисунка и 23 таблицы.
