Введение к работе
Актуальность работы.
Важную роль в развитии экономики Российской Федерации играет эффективная работа железнодорожного транспорта. Значительный объем и номенклатура перевозимых грузов приходится на полувагоны, которые на сегодняшний день являются самым массовым видом подвижного состава. В последние годы, в связи с ростом экономики страны и стабильным увеличением объемов перевозки грузов топливно-энергетической промышленности, все большее распространение получают специализированные полувагоны с глухим кузовом, предназначенные для разгрузки на вагоноопрокидывателе. Использование таких полувагонов приводит к повышению эффективности перевозочного процесса, обеспечению надежной сохранности грузов, максимальной механизации погрузо-разгрузочных операций и сокращению эксплуатационных расходов за счет упрощения конструкции.
На протяжении последних десятилетий специализированные полувагоны подвергались многочисленным модернизациям. Однако накопленный опыт эксплуатации показывает, что устаревшие конструкции их кузовов не в полной мере соответствуют современным требованиям эффективности перевозочного процесса, а также надежности при действии эксплуатационных нагрузок, в том числе при погрузке/разгрузке.
Таким образом, исследования направленные на совершенствование специализированных полувагонов являются актуальными и вытекают из первоочередных задач, стоящих перед железнодорожным транспортом страны.
Целью работы является разработка комплекса методик уточненного исследования прочностных характеристик и параметров, направленных на совершенствование конструкции кузова специализированного полувагона.
В диссертационной работе для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие основные задачи:
-
Выполнены обзор существующих конструкций полувагонов, анализ структуры и состояния парка, оценка повреждений полувагонов.
-
Разработана обобщенная конструктивная схема специализированного полувагона.
-
Сформирована уточненная методика и алгоритм выбора технико-экономических параметров специализированного полувагона.
-
Предложены алгоритмы и методики выбора параметров элементов конструкции специализированного полувагона.
-
Уточнены методики расчета прочности полувагона.
-
Разработаны уточненные расчетные модели кузова специализированного полувагона и его узлов.
-
Выполнена апробация разработанных расчетных параметризованных моделей, методик и алгоритмов.
-
Проведены экспериментальные исследования для верификации расчетных моделей, методик и алгоритмов и выполнена проверка эффективности разработанных конструкторских мероприятий.
-
Сделана оценка экономического эффекта от применения разработанных методик и алгоритмов совершенствования конструкции специализированного полувагона, а также внедрения результатов работы.
Решение поставленных задач проводилось путем комбинирования аналитических методов, численного моделирования и проведения натурных экспериментов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Сформированы алгоритмы и методики выбора параметров боковой стены и узла соединения верхних обвязок кузова специализированного полувагона, отличающиеся возможностью производить совершенствование конструкции с учетом особенностей соединения и технологии изготовления стальных и алюминиевых деталей.
-
Предложена зависимость распределения воздействия сыпучего груза на торцевую стену полувагона по высоте при соударении вагонов, и экспериментально определены нагрузки, возникающие при разгрузке на вагоноопрокидывателе, позволяющие уточнить результаты расчета прочностных характеристик.
-
Разработаны уточненные расчетные модели кузова, боковой стены и узла соединения верхних обвязок специализированного полувагона, отличающиеся возможностью производить исследование напряженно-деформированного состояния с учетом характерных особенностей их конструкции и контактного взаимодействия несущих элементов.
-
Теоретически и экспериментально обосновано применение шарнирного соединения верхних обвязок боковой и торцевой стен в конструкции кузова специализированного полувагона.
Практическая значимость и реализация работы:
-
Разработанная методика совершенствования конструкции специализированного полувагона позволяет осуществлять выбор рациональных технико-экономических параметров, в комплексе с геометрическими параметрами элементов кузова, и сократить сроки проектирования.
-
Сформированные параметризованные расчетные модели боковой стены и узла соединения верхних обвязок полувагона, учитывающие конструктивные, функциональные и технологические взаимосвязи их элементов, позволяют повысить общее качество проектирования при решении задачи выбора их рациональных параметров.
-
Предложенные методики расчета полувагона, при действии инерционной нагрузки сыпучего груза и при разгрузке на вагоноопрокидывателе, позволяют повысить достоверность расчета прочности полувагона.
-
Получены зависимости массы тары и прочностных характеристик от геометрических параметров элементов конструкции кузова специализи-
рованного полувагона, позволяющие выбирать рациональные параметры на всех этапах проектирования.
Достоверность полученных результатов подтверждается сопоставлением результатов расчетных и экспериментальных данных: для максимальных значений напряжений расхождение не превышает 10 % при действии статических и ударных нагрузок и нагрузок от вагоноопрокидывате-ля. Обоснованность разработанных рекомендаций подтверждается положительными результатами испытаний. В диссертационной работе изложены научно обоснованные технические решения, направленные на совершенствование кузова специализированного полувагона, имеющие существенное значение для экономики железнодорожного транспорта страны.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты» ПГУПС (2009 г.); на неделе науки ПГУПС (2010 г., 2011 г.); на научно-технических совещаниях ООО «Инженерный центр вагоностроения» (2009-2012 гг.); на заседании секции «Грузовые и пассажирские вагоны» ученого совета ОАО «ВНИИЖТ» (2012 г.).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах, 3 из которых опубликованы в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК для публикации научных результатов диссертационных исследований. По результатам внедрения выполненных исследований получено 2 патента на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация включает в себя введение, 6 глав, заключение, 2 приложения и изложена на 166 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц и 72 иллюстрации. Список использованных источников насчитывает 121 наименование.
