Введение к работе
Актуальность и формулировка проблемы. Успешное выполнение задач по удовлетворению потребностей народного хозяйства и населения во всех видах железнодорожных перевозок требует значительного увеличения скоростей движения и массы поездов, повышения интенсивности использования подвижного состава и создания новых современных конструкций вагонов и локомотивов с улучшенными технико-экономическими характеристиками и повышенной надежностью в эксплуатации.
Одним из перспективных направлений совершенствования конструкций вагонов является создание конструктивных элементов из высокоэластичных вязкоупругих материалов. Применение конструкції;': из резины и резшюкордных материалов позволяет улучшить эксплуатационные качества и снизить металлоёмкость подвійного состава. На яелезнодорояном транспорте применяются различные типы конструкций из высокоэластичных материалов. В мягких контейнерах перевозится значительное количество сыпучих и кидках грузов. Широко используются резинотехнические изделия для уплотнения окон и дверей вагонов, соединений тормозных магистралей и др. На пассажирском подвижном составе широкое распространение получили гибкие конструкции ограблений кежвагонннх переходов типа "суфле". С использованием высокопрочных рэзиЕОкордшх гибких оболочек создано пневматическое подвешивание современных скоростных поездов. Перспективным является применение Еысокоэластичных покрытий для герметизации вагонов с целью обеспечения сохранности при перевозках угля, зерна, руды а других сыпучих грузов. Герметизация гидравлических демпферов с помощью гибких элементов из Еысокоэластичных материалов значительно увеличивает межремонтный срок их эксплуатации. Сфера применения конструктивных элементов из
Еязкоупругкх Еьсокоэластпчнкх материалов на подвижном составе непрерывно расширяется и технико-экономические расчеты показывают их эффективность в десятки миллионов рублей.
Однако существующие методі: расчета элементов вагонов из высо-коэластичнкх материалов основаны на простейших Математических моделях, не учптываюдих специфических особенностей эксплуатации, характерных для железнодорожного подвижного состава. Они не позволяют с достаточнок точностью оценивать прочностные и деформационные качества подобных конструкций, не учитывают характер структуры и ряд особенностей материалов, из которых они изготавливаются.
В сеязи с этим основная цель диссертации состоит в решении научной проблемы, заключающейся в теоретическом обобщении и разработке метода расчета нагруженности и прочности элементов вагонов из вязкоупругкг. Еысокоэластичных материалов и получении на их основе новых технических решений и практических рекомендаций, используемых при создании нового и модернизации существующего подымного состава с улучшенными технике—экономическими характеристиками и уменьшенной металлоемкостью.
Обшач методика работы. Методологической основой работы является современное представление о прочности конструктивных элементов вагонов из вязкоупругих высокоэластичных материалов. Для определения их напряженно-деформированного состояния использовались метод конечных элементов и дельта-метод. Проверка результатов теоретических исследований осуществлялась экспериментально на физических моделях, стендах и в эксплуатационных испытаниях с использованием теории подобия и планирования эксперимента.
Научная новизна. Комплексно решена проблема создания метода расчета нагруженности и прочности элементов вагонов из вязко-упругих высоко:-ластичных материалов. Получены следующие научные результаты
1. Установлено, что все многообразие оболочечшх элементов
из Ексокоэластичных материалов можно разделить на две основные группы: осесш.метричной п произвольной форм. Предложены обобщен-нке расчетные схемы оболочечшх элементов вагонов как составных механических систем в виде снлыЪона, элемента чулочного типа, резервуара п баллона.
-
Разработана уточненная методика расчета конструктивных элементов вагонов из высокоэластичных материалов, основанная на теории вязкоупругости, методе конечных элементов, дельта-методе и позволяющая решать задачи определения нагру.тенности, формы и параметров оболочек с учетом температурно-временных зависимостей, анизотропии, влияния агрессивных сред и внешних воздействий высоких энергий на прочностные и деформативнке свойства материалов.
-
Составлен алгоритм расчета однослойных и многослойных армированных элементов вагонов осесикметричной и произвольной форм, как составных механических систем. Получены определяющие уравнения и матрицы упругих и силовых характеристик конечных элементов, учитывающие влияние температуры, агрессивгой среды и внешних воздействий енсоких энергий.
-
Изучены особенности работы гидравлических гасителей колебаний с силъфонкым уплотнением. Ксследованы процессы циркуляции рабочей яидкости е полости сильфона и предложены схемы уплотнении гидравлических гасителей колебаний вагонов.
-
Созданы методики расчета нагрузкенности и прочности оболочечшх элементов Батонов осесикметричной формы (сильфонных уплотнений гидравлических гасителей колебаккй и оболочек гидрофрик-циокных поглощающих аппаратов), учитывающие большую геометрическую нелинейность, условия крепления, армирования и вязкоупругость материалов. Установлено влияние формы, толщины, схем армирования, крепления и физико-механических свойств магериатов гибких племен-
тов ка их прочность.
-
Разработаны методики расчета напряженно-деформированного состояния оболочечшх элементов вагонов произвольной формы (бал-лонов-суііле пасса-хирских вагонов, оболочек крепления грузов в вагонах). Исследована прочность этих конструкций при различных условиях погружения.
-
Предложены схемы крепления грузов в вагонах с применением пкевмооболочек.
Практическая ценность работы. Разработанный в диссертации метод позволяет на стадии проектирования или модернизации подвійного состава производить выбор рациональных пара-метров конструктивных элементов вагонов из высокоэластичных материалов та основе прогнозирования их нагрукенности и прочности при минимальных затратах кроме ни и средств на экспериментальную доводку. В результате проведенных г. диссертации исследований созданы сильфонше уплотнения гидравлических гасителей колебаний, позволяющие их полностью герметизировать и в 5-=-6 раз повысить межремонтный период эксплуатации. Разработаш-ше схемы армирования гибких элементов гидровставок поглощающих аппаратов и баллонов-суфле пассажирских Батонов увеличили их ресурс. Предложенные в диссертации схемы крепления грузов в вагонах с применением пневмооболочечных элементов снизили их динамическую нагруженность. Созданные для проведения исследований стенды повышают точность результатов экспериментов и сокращают затраты и время на ходовые испытания.
Реализация работы. Исследования проводились в соответствии с заказали ПО "УралЕагонзавод", ПО "Тверской вагоностроительный завод", ПО "Брянский машиностроительный завод", Свердловской железной дороги, Ленинградского метрополитена, Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта и Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского
института проблем хранения материалов.
На основе проведенных исследований на Свердловской к.д. и Ленметрополитене проводится модернизация гидравлических ггсптелеГг колебаний путем установки сплыТ.оншх уплотнеігаіі. Лля осуществления модернизации гидравлических гасителей колебаний разработаны и внедрены в вагонном депо Свердловск-Пассата рский технология, спе-цпалыше стенды и оборудование.
ПО "Тверской вагоностроительный завод" построены опытные партии вагонов, оборудованные гидравлическим; гасителями колебали": с сильфошшм уплотнением и баллонами-суфле усовершенствованной конструкции.
На ПО "УралЕагонзаЕод" и ПО "Брянский машиностроительный завод" кашли применение гибкие армированные элементы осеелмметрич-ной формы при создании гидрофрикционшх поглощавших аппаратов пга-4 и ІШКГ-ІІ0.
3 диссертации имеются акты внедрения рекомендаций и практического использования результатов работы ПО "УралЕагонзавод", ПО "Брянский машиностроительный заЕод", ПО "Тверской вагоностроительный завод", Свердловской я.д., Ленметрополитеном, ТПО "Лен-электротранс", Всесоюзным научно-исследовательсетл институтом хелезподорожного транспорта с общим ожидаемым экономическим эффектом I млн. 564 тыс. руб.
Апробация работы. По теме диссертации сделаны п одобрены доклада: на Всесоюзных конференциях "Проблемы механики наземного транспорта", Днепропетровск, 1980 г., 1988 г., на юбилейной научно-технической конференции "Проблемы развития вагоностроения',' посвященной 50-летию ВНИИВа, Москва, 1983 г., на научно-технической конференции "ПоЕЫиение надежности, совершенствование технического обслуживания и ремонта вагонов", Свердловск, 1984, на научно-технической конференции "Роль молодых ученых и специалис-
8 тов в развитии научно-технического прогресса на транспорте",
Свердловск, 1987 г., на научно-практической конференции ЛИИЖТа, Октябрьской .-елезной дороги и Ленметрополитена, посвященной 180-летию ЛИЖТа, Ленинград, 1989 г., на научно-техническом семинаре "Резиновые технические изделия автомобильной техники и пути обеспечения их надежности на машинах длительного хранения", Челябинск, 1991 г., на научно-технических семинарах кафедр "Вагоны и вагонное хозяйство" ЛИЖГа, МИИТа, ДИИТа, УЭШТа, 1983 г.
Публикации. Основные научные результаты работы опубликованы е 28 печатных работах, I авторском свидетельстве, 7 положительных решениях по заявкам, а также е II научно-исследоЕательских отчетах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 разделов, заключения, списка литературы и приложения. Основной текст диссертации содержит 307стр., из них Ц стр.таблиц,/<^стр. рисунков, список литературы /67наименований на /О стр., приложения на /У стр.
