Введение к работе
Полувагоны предназначаются для перевозки большой номенклатуры индустриальных грузов, в том числе сыпучих, навалочных, машин, оборудования, металлопроката и т.д.
Рост механизации погрузочно-разгрузочных работ и возрастающая частота повреждения торцевых дверей полувагонов, связанная с увеличением эксплуатационных нагрузок, " а таете увеличение парка специализированных грузовых вагонов для перевозки техники и оборудования, явились причиной постепенного перехода в последние годы на выпуск полувагонов с торцевыми стенами.
Однако процесс создания оптимальной конструкции торцевой стены с точки зрения прочности, металлоемкости и технологичности как для эксплуатирующихся, так и для перспективных большегрузных вагонов далеко не закончен. .
На торцевые стены приходится 29-33% всех неисправностей кузовов полувагонов, что указывает не только на нарушения в процессе перевозок, но и недостаточный запас прочности,- не соответствующей все возрастающей динамике использования полувагона.
Одним из наиболее тяжелых режимов работы для грузовых вагонов являются маневровые соударения. При этом скорости роспуска вагонов на сортировочных горках превышают 10 км/ч, достигая в отдельных случаях 16 км/ч . Продольные силы в этом случае значительно выше расчетных нормативных величин 3,0 МН. Торцевые стены при соударениях груженых полувагонов испытывают максимальные воздействия по сравнению с другими эксплуатационными операциями, поэтому значения показателей нагруженности торцевых стен при соударениях полувагонов являются основными и критериальными при оценке прочности стен в процессе проектирования. В связи с этим актуальной становится задача исследования динамического напря-
- 4 -женного состояния торцевой стены и узлов сопряжения ее с рамой и кузовом.
Учитывая многократность проведения натурных испытаний при отработке конструкции торцевой стены и связанные с этим значительные материальные затраты, существенное значение имеет в данной ситуации использование расчетных моделей.
В настоящее время при проектировании расчетная оценка прочности торцевых стен вагонов от нагрузок, вызванных давлением сыпучего груза при соударениях вагонов, в соответствии с нормативными требованиями для вагоностроения носит приближенный характер и не отражает динамического взаимодействия стены и груза.
На основании изложенного, цель работы заключается в выборе рациональных форм и параметров элементов торцевой стены путем исследования на математических моделях ее динамической нагружен-ности при маневровых соударениях.
Научная новизна.
-
Разработана математическая модель системы "полувагон-торцевая стена-сыпучий груз", учитывающая упругие колебания стержневых элементов торцевой стены , упруго-вязкие свойства сыпучего груза и автоколебательные процессы поглощающего аппарата , и предложен способ расчета динамических напряжений в элементах торцевой стены, реализующий кинематическое задание возмущающего воздействия от соударения".
-
Исследован характер изменения нагрузок и напряженного состояния торцевой стены от действия сыпучего груза при соударениях полувагонов.
3. Выполнена оценка влияния геометрии сечений элементов
конструкции и их сопряжений на напряженно-деформированное состо
яние торцевой стены.
Практическая ценность.
1. Разработано математическое и программное обеспечение ли-
- 5 -іамических расчетов торцевой стены, позволяющее выполнить интег-)альную оценку нагруженности элементов торцевой стены при соударении полувагонов, определить характер воздействия сыпучего груза, проанализировать влияние свойств поглощающих аппаратов на іагруженность торцевой стены . Программный комплекс, реализующий методику расчета, разработан применительно к ПЭВМ IBM PC и внед-зен на ПО " Уралвагонзавод".
-
Предложена конечно-элементная расчетная модель кузова и торцевой стены для исследования НДС торцевых стен и кузовов полувагонов модели 12-141 и 12-132 .
-
Произведена уточненная оценка НДС торцевых стен и разра-Эотаны практические рекомендации по совершенствованию конструкции, позволяющие снизить уровень напряжений и рационально использовать металл. Рекомендации использованы на ПО "Уралвагонзавод" при проектировании полувагона модели 12-132 и полувагона с безремонтной конструкцией кузова.
-
Получены теоретические и экспериментальные данные нагру-женности торцевой стены , которые были использованы в Уральском отделении ВНИИЖГа с целью обоснования выбора режимов ускоренных стендовых, испытаний при разработке методики ресурсных испытаний полувагонов.
-
Создан автоматизированный комплекс программно-аппаратных средств для проведения испытаний рельсовых экипажей на соударение.
Апробация работы .
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на XXXVI научно-технической конференции ХабИИЖТа (1989г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизированные системы испытаний объектов железнодорожного транспорта ", г. Омск (1991г.); на 8-й конференции " Проблемы механики железнодорожного транспорта" г. Днепропетровск (1992г.),на заседании кафедр "Вагоны и
вагонное хозяйство" УЭМИИТа (1991,1993) и ОМИИТа (1993).
Публикации.
Основные положения диссертации опубликованы в шести печатных работах.
Структура и объем работы.
диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Объем составляет 164 страницы и содержит 58 рисунков, 5 таблиц, 2 приложения, списка литературы из 74 наименований.