CC BY
40Железнодорожное машиностроение
УДК 629.45
ИННОВАЦИОННАЯ КОНСТРУКЦИЯ ВАГОНА-ПЛАТФОРМЫ ДЛЯ КОНТРЕЙЛЕРНО-КОНТЕЙНЕРНЫХ ПЕРЕВОЗОК
INNOVATIVE DESIGN OF THE FLAT WAGON FOR CONTAINER AND PIGGYBACK TRANSPORTATION
DOI: 10.24411/9999-046A-2020-11013
Ашуркова С. Н., Россия, г. Брянск,
Брянский государственный технический
университет, преподаватель;
swetiknk@yandex.ru
Ashurkova S. N., Teacher,
Bryansk State Technical University (BSTU),
Bryansk
В работе предложена оригинальная конструкция вагона-платформы для контрейлерно-контейнерных перевозок с пониженным полом на длине базы, отличающаяся от ранее спроектированных платформ укороченной хребтовой балкой, новым профилем боковых продольных балок, установкой раскосов и оригинальной конструкцией фитинговых упоров. Оценка правильности выбора параметров несущей конструкции платформы подтверждена удовлетворительными результатами расчета рамы на прочность по регламентированным расчетным нагрузкам и расчетным режимам, также оценена усталостная долговечность конструкции в динамической постановке методами компьютерного моделирования.
In the work, an original design of a platform car for contrailer-container transportation with a lowered floor along the base length is proposed, which differs from previously designed platforms with a shortened spine beam, a new profile of side longitudinal beams, installation of diagonal structural element and an original design of fitting supports. Evaluation of the correct choice of the parameters of the supporting structure of the platform is confirmed by satisfactory results of the calculation of the frame for strength according to the regulated design loads and design conditions, the fatigue durability of the
structure in dynamic setting by computer simulation methods was also evaluated.
Ключевые слова: вагон-платформа, контрейлерные перевозки, контейнерные перевозки, компьютерное моделирование, прочность, динамика, усталостная долговечность
Keywords: flat wagon, piggyback transportation, container transportation, computer modeling, strength, dynamics, fatigue life
В настоящее время на дорогах России складывается достаточно сложная обстановка, одной из причин которой является рост перевозок грузов автомобильным транспортом на значительные расстояния. При этом используются большегрузные автопоезда, что приводит к загруженности автомобильных дорог и повышает аварийность. Одним из методов решения данной проблемы с обеспечением продуктивности и всепогодности перевозок является использование смешанных перевозок автомобильным и железнодорожным транспортом — контрейлерных перевозок. При этом используются преимущества каждого вида транспорта. На отечественном рынке перевозок данная технология практически не используется, одной из причин которой является ограниченность специального подвижного состава, в связи с чем создание инновационной конструкции вагона-платформы, обеспечивающей повышение эффективности использования контрейлерных технологий на российских железных дорогах, является актуальной задачей [1—3].
Исследование мирового опыта эксплуатации контрейлерно-контейнерных вагонов-платформ позволяет сделать вывод о присущих им недостатках, снижающих эффективность перевозок: повышенная масса тары, низкие прочностные параметры, большой порожний пробег, ограниченность использования на сети европейских железных дорог.
На основании проведенного анализа предложена инновационная конструкция вагона-платформы для контрейлерно-контейнерных перевозок. Целью модернизации конструкции является исправление существующих недостатков за счет применения новой конструкции рамы вагона-платформы, а также применения усовершенствованных устройств для крепления контейнеров.
Геометрия профиля, из которой состоят продольные и поперечные балки разработанной платформы, выбиралась на
основе опыта проектирования аналогичных рам с учетом инерционных и геометрических характеристик профилей. Рама разработанного вагона имеет укороченную хребтовую балку. Передача продольных усилий в раме от хребтовой балки осуществляется через боковые продольные балки переменного по высоте сечения посредством установленных в консольной части рамы специализированной системы раскосов. Боковые продольные балки выполнены из двутаврового профиля с односторонней верхней полкой, что сохраняет полезную ширину платформы с обеспечением ее минимальной массы. Для обеспечения рациональной схемы передачи вертикальной нагрузки от тяжеловесных контейнеров на боковые несущие балки рамы предложена оригинальная конструкция откидных фитинговых упоров. Конструкция дополнительно упрочнена вспомогательными продольными балками рамы [4].
Оценка правильности выбора параметров несущей конструкции платформы по значению максимальных напряжений, действующих на конструкцию, выполнена с использованием детализированной конечноэлементной модели рамы вагона-платформы в среде системы инженерного анализа NX Advanced Simulation [5—7].
Расчет платформы на прочность осуществлялся в соответствии с требованиями нормативной документации для наиболее значимых вариантов загрузки, это загрузка платформы автопоездом, двумя 20-футовыми контейнерами и одним 40-футовым контейнером. Удовлетворительное соответствие результатов расчетов, получаемых на основе упрощенного аналитического метода расчета рамы вагона и методом конечных элементов, реализованным в программном комплексе, подтверждает адекватность разработанной модели.
Дополнительно оценка параметров ходовой динамики, определяющая безопасность эксплуатации предложенной конструкции вагона, выполнена с использованием динамической модели
вагона-платформы (рисунок). Разработка модели и оценка динамических параметров конструкции выполнялась в среде программного комплекса «Универсальный механизм». Моделирование динамики движения вагона выполнено с учетом реальных неровностей железнодорожного пути при прохождении прямых, кривых участков пути и стрелочных переводов [8].
В качестве критериев оценки параметров ходовой динамики приняты параметры, значения которых ограничены ГОСТ 33211—2014. Полученные результаты расчета, удовлетворяющие нормативным требованиям, свидетельствуют об адекватности предложенной конструкции.
Посредством твердотельного моделирования кроме параметров ходовой динамики определены динамические силы, действующие на несущую конструкцию рамы вагона в соответствии с вариантами движения вагона.
Оценка напряженно-деформированного состояния рамы вагона-платформы проводилась в наиболее нагруженных зонах сварки несущих элементов рамы.
В результате расчета конструкции в динамической постановке были получены графики изменения напряжений в рассматриваемых сварных швах. Усталостная долговечность оценивалась по напряжениям, возникающим от воздействия совокупности эксплуатационных нагрузок с использованием линейной гипотезы суммирования усталостных повреждений [9]. Полученные результаты расчета показывают, что усталостная долговечность рассматриваемой конструкции вагона-платформы обеспечена при среднесуточном пробеге в 350 км/сут., что подтверждает надежность предложенной конструкции.
Применение предложенной конструкции вагона позволит снизить стоимость жизненного цикла и себестоимость вагона и получить дополнительный экономический эффект при эксплуатации.
Список литературы
1. Кузов вагона-платформы: пат. 189711 Рос. Федерация № 2018120796; заявл. 05.06.18; опубл. 30.05.19.
2. Рама вагона-платформы и вагон-платформа: пат. 2643322 Рос. Федерация № 2016131401; заявл. 29.07.16; опубл. 31.01.18.
3. Барбарич С. С. О создании специализированного вагона-платформы для контрейлерных и контейнерных перевозок на «пространстве 1520» // Вагоны и вагонное хозяйство. 2013. № 1(33). — С. 34—36.
4. Модернизация узлов подвижного состава железных дорог: монография / Д. Я. Антипин, В. И. Воробьев, О. В. Из-меров [и др.]. — Брянск: БГТУ, 2018. — 276 с.
5. Антипин Д. Я., Расин Д. Ю., Шорохов С. Г. Методика разработки трехмерных моделей технических средств железнодорожного транспорта: учебное пособие. — Брянск: БГТУ, 2016. — 340 с.
6. NX Advanced Simulation: практическое пособие / П. С. Гончаров, И. А. Артамонов [и др.]. — М.: МДК Пресс, 2014. — 112 с.
7. Гончаров П. С. NX Advanced Simulation. Инженерный анализ. — М.: ДМК Пресс, 2012. — 504 с.
8. Мануева М. В., Кобищанов В. В., Антипин Д. Я. Анализа динамической нагруженности вагона-платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров при продольных соударениях / Совершенствование транспортных машин: сборник научных трудов. — Брянск, 2018. — С. 189—192.
9. Антипин Д. Я., Мануева М. В., Ионкина А. Д. Влияние особенностей эксплуатации контрейлерных вагонов-платформ на усталостную долговечность их несущих конструкций / Современные инновации в науке и технике: сборник научных трудов 7-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием; Отв. редактор А. А. Горохов. 2017. — С. 19—21.
