CC BY
39
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
РУХОМИЙ СКЛАД ЗАЛ1ЗНИЦЬ I ТЯГА ПО1ЗД1В
УДК 629.463.65
М. I. ГОРБУНОВ1*, О. В. ФОМИ2, А. О. ЛОВСЬКА3, В. В. КОВАЛЕНКО4
1 Каф. «Залiзничний, автомобiльний транспорт та тдйомно-транспортш машини», Схдаоукрашський нацюнальний ушверситет iменi В. Даля, пр. Центральний, 59-а, Северодонецьк, Укра!на, 93400, тел. +38 (095) 309 10 39, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-8556-3392
2Каф. «Вагони та вагонне господарство», Державний унiверситет шфраструктури i технологш, вул. Кирилiвська, 9, Ки!в,
Украгна, 04071, тел. +38 (067) 813 97 88, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0003-2387-9946
3Каф. «Вагони», Украшський державний унiверситет залiзничного транспорту, пл. Фейербаха, 7, Харкв, Укра1на, 61050,
тел. +38 (057) 730 10 35, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-8604-1764
4Каф. «Залiзничний, автомобiльний транспорт та тдйомно-транспортш машини», Схщноукрашський нацюнальний ут-
верситет iменi В. Даля, пр. Центральний, 59-а, Северодонецьк, Украша, 93400, тел. +38 (095) 142 90 74,
ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0003-1706-2710
КОМПЛЕКСНИЙ РОЗРАХУНОК ВИКОНАННЯ КРИШКИ ЛЮКА НАП1ВВАГОНА З Р1ЗНОТИПНИХ МАТЕР1АЛ1В 13 ПРОМ1ЖНИМ Ш-ПОД1БНИМ ОБВ'ЯЗУВАННЯМ
Мета. Запропоноване дослiдження спрямоване на визначення показник1в мiцностi кришки люка ушверса-льного напiввагона, виконаного з промiжним Ш-подiбним обв'язуванням iз рiзнотипних матерiалiв, за експлу-атацiйних схем навантажень. Методика. Для досягнення зазначено! мети створена принципово нова констру-кцiя кришки люка напiввагона, особливютю яко! е те, що вона складаеться з двох листов, що по периметру вза-емодiють через Ш-подiбне обв'язування. Простiр, який утворюють листи та обв'язування, а також периметр кришки люка заповнет пружною (пружно-в'язкою) речовиною. Побудована просторова модель запропонова-но! конструкци кришки люка, проведений розрахунок и мiцностi. Розрахунок здiйснений за методом сшнчен-них елементiв у середовищi програмного забезпечення CosmosWorks. Результати. Отримано показники мщ-ностi вдосконалено! конструкци кришки люка за експлуатащйних схем Г! навантаження. До уваги взятi основнi схеми навантаження кришки люка натввагона вщповщно до нормативних документiв, а також додатков^ До додаткових вiднесено: iмiтацiя розкриття кришки люка пiд час експлуатащйних навантажень - безторсшний (без урахування роботи торсiону (-iв) неодночасний (спочатку на один iз упорiв) удар кришки люка об упори промiжних балок рами вагона з максимальним кутом вiдкриття; неодночасне вщкриття закидок - спирання кришки люка завантаженого вагона на одну закидку за один кронштейн (випадок, коли вже вибили одну закидку, а шшу ще не встигли); тдгягування (закриття) кришки люка вивантаженого вагона ломиком. Встановле-но, що мщшсть кришки люка забезпечуеться. Наукова новизна. Розроблена модель мщносп вдосконалено! конструкци кришки люка унiверсального напiввагона дозволяе отримати показники и мiцностi за експлуатащйних схем навантажень. Результати проведених дослщжень можуть бути використаш пiд час проектування несучих конструкцш кузовiв унiверсальних напiввагонiв нового поколшня з полiпшеними техтко-економiчними показниками. Практична значимiсть. Урахування отриманих результата сприятиме забезпе-ченню мiцностi конструкцшних елементiв кузовiв напiввагонiв пiд час експлуатацл.
Ключовi слова: напiввагон; кришка люка; удосконалена конструкцiя; моделювання мщносп; експлуата-цiйнi навантаження; еквiвалентнi напруження
Вступ
Розвиток зовшшньоеконом1чних зв'язюв Укра!ни як транзитно! держави значною м1рою залежить вщ транспортно! галуз1, провщною
складовою яко! е зал1зничний транспорт. Для забезпечення безперебшного перев1зного про-цесу в розпорядженш зал1зниць мае бути справний рухомий склад.
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
За останш роки парк вантажних вагошв ПАТ «Укрзал1зниця», а також промислових ш-дприемств мало оновлювався через нестачу ф> нансових ресуршв. Тому на сьогодш значна частина вагошв залежно вщ типу i призначення в середньому на 80 % вичерпала термiн служ-би, встановлений нормативно-техшчними документами.
Вiдомо, що найбiльш затребуваним типом вагонiв в експлуатаци е унiверсальнi нашвваго-ни. Анатз статистичних даних спрацювання нашввагошв дозволив зробити висновок, що значна частка пошкоджень припадае на кришки люкiв.
Для ефективностi функцiонування нашввагошв необхщною е розробка заходiв щодо удо-сконалення кришок лююв як одного з найбiльш навантажуваних елементiв несучо! конструкци кузова тд час експлуатаци.
Особливостi оптишзаци виконання стiйок та обв'язки кузова нашввагона шдвищено! ванта-жопiдйомностi наведенi в робой [4]. Анатз проведений стосовно глуходонного напiввагона.
Дослщження мiцностi знiмного даху нашв-вагона описане в статп [3]. Виконаш розрахун-ки на мiцнiсть даху в програмному комплексi FEMAP дозволили зробити висновок про дощ-льшсть прийнятих рiшень.
Аналiзу мiцностi удосконалено! несучо! конструкци кузова напiввагона присвячена робота [12]. Розрахунки проведет для випадку його перевезення на залiзничному поромi морем.
Моделювання мщност несучих конструкцiй кузовiв вантажних вагошв iз урахуванням за-стосування в них у якост несучих елемеипв труб круглого перерiзу викладене в працях [9, 18].
Питання проектування рухомого складу для перевезення великовагових вантажiв розглянутi в статтi [7]. Дослщження динамiки та мiцностi здшснене за допомогою сучасних засобiв про-грамного забезпечення ProMechanica та CosmosWorks. Пiд час проектування несучо! конструкци транспортера проведене досл> дження щодо можливосп його виконання з рiз-нотипних матерiалiв.
Вплив показникiв тертя мiж кузовом та вiз-ком на динамiчнi показники руху вагона досл> джений у статтi [16]. Моделювання проводило-
ся з використанням математичних методiв роз-рахунку за допомогою програмного комплексу DYNRAIL.
Дослщжения динамши вагона з використанням методiв мультитiла наведенi у [13]. Розра-хунок проведений у програмному забезпеченш MSC Adams.
У роботi визначений вплив конструкцшних особливостей колiсних пар на рух транспортних засобiв тд час проходження кривих в^^з-кiв коли [10].
Конструкцiйнi особливосп напiввагонiв проаналiзованi в статтi [14], розглянут переваги та недолши перспективних конструкцiй на-пiввагонiв, а також тенденци !х удосконалення.
Дослщження мiцностi несучо! конструкци модифiкованого вантажного вiзка наведенi в роботi [8]. Щд час побудови моделi мщност до уваги прийнятi нормативнi величини наван-тажень вiдповiдно до нормативних докуменпв.
Стаття присвячена аналiзу теоретичних та експериментальних дослiджень мiцностi кузо-вiв вагонiв [5]. Теоретичнi розрахунки проведет за методом сюнченних елемеипв, а експе-риментальнi за допомогою випробувань.
Дослiдження мiцностi зварювальних швiв у несучих конструкцiях кузовiв вагонiв за методами математичного моделювання описане в робот [6].
У статтi наведений розрахунок статично й динамiчно напруженого стану несучих конс-трукцiй вагонiв [15], а також представлен ре-зультати вiбрацiйного аналiзу вантажного та пасажирського вагонiв.
Однак у розглянутих роботах не придшяетъ-ся уваги дослщженню показникiв мiцностi кришок розвантажувальних лююв нашввагошв. якi як елементи несучо! конструкци кузова сприймають найбiльшi навантаження пiд час експлуатаци.
Окрiм цього, у роботах [11, 17] визначеш перспективи використання нових прогресивних матерiалiв, проте у них не порушуеться питання впровадження цих матерiалiв у конструкцш-нi елементи кузовiв вантажних вагонiв.
Мета
Основною метою дослщження е визначення показникiв мщност кришки люка ушверсаль-ного нашввагона, виконано! з рiзноманiтних
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету з^зничного транспорту, 2018, № 3 (75)
MaTepianiB i3 промiжним Ш-подiбним обв'язуванням, тд дieю eксплуaтaцiйних нава-нтажень. Поставлена мета передбачае розв'язання наступних завдань:
1. Побудова просторово! комп'ютерно! мо-дeлi удосконалено! констpукцi! кришки люка нашввагона.
2. Дослщження мщносп удосконалено! констpукцi! кришки люка нашввагона тд час eксплуaтaцiйних навантажень.
Методика
Дослщження мiцностi кришки люка типово! констpукцi! дозволили зробити висновок, що
а - а
максимальш екывалентш напруження за де-яких схем ïï навантаження в умовах експлуатаци перевищують допустим!. Це зумовлюе не-обхщшсть удосконалення кришки люка нашввагона.
Для забезпечення мщносп кришки люка пропонуемо створити ïï принципово нову конс-трукщю з р1знотипних матер1атв з1 стандарт-ним кршленням (рис. 1), елементи я^' викона-ш наступним чином:
- полотно кришки люка виконане з верх-нього та нижнього лиспв, проснр м1ж якими заповнений пружною (пружно-в'язкою) речо-виною;
б — b
Рис. 1. Просторова комп'ютерна модель удосконалено!' конструкци кришки люка нашввагона: а - вид знизу; б - вид зверху; в - розмщення пружного елемента в кришц люка
Fig. 1. Spatial computer model of the improved hatch cover design of the gondola car: a - bottom view; b - top view; c - placement of an elastic element in the hatch cover
в — c
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
- верхнiй гофрований лист мае товщину
2,5 мм;
- нижнш гофрований лист - 2,5 мм. Його гофри вщдзеркалюють гофри верхнього листа на допустимих дшянках;
- обв'язування виконане з Ш-подiбного профшю, гнутого з листа товщиною 5 мм, i за-повнене пружною (пружно-в'язкою) речовиною по периметру кришки люка, а також у середнш частинi. Його висота адаптована до встанов-лення елементiв стандартного кршлення до хребтово! балки та нижньо! обв'язки напiвваго-на;
- петлi кришки люка (елементи взаемоди з хребтовою балкою) крiпляться до кришки люка зварюванням (не заклепкове з'еднання);
- кронштейны кршляться до нижньо1 обв'язки боковых стш типово1 конструкци.
Для визначення оптимального значення жо-рсткост кришки люка натввагона до уваги взяте найбшьше 11 навантаження шд час екс-плуатаци, а саме падшня на не1 вантажу масою 150 кг з висоти 3 000 мм [1, 2].
Результати
На шдстав1 проведених розрахунюв отри-мано графоанал1тичну залежшсть (рис. 2), з яко1 можна зробити висновок, що мщшсть кришки люка забезпечуеться за умови жорстко-ст пружного елемента у вертикальному напря-мку 18 000 (Н/м)/м2.
я 400
ы
л
-IMI
■л
ь 300
250
200
150
100
50
а
\
V.
ч межа з абезпеч ення ы цноси
10
15
20
25
30
3 5 40 10\ (НУмУм1
Рис. 2. Залежнiсть максимальних еквiвалентних напружень у кришщ люка HaniBBaroHa вiд жорсткосл розмiщеного пружного елемента
Fig. 2. Maximum equivalent stresses in the hatch cover of the gondola car and the rigidity of the placed elastic element relationship
Модель мщност кришки люка наведена на рис. 3, а. Для розрахунку застосований метод сюнченних елеменпв. Розрахунок проведений у середовищi програмного забезпечення Со8-
Кришка люка була закршлена за вушка петель. Враховувалося, що вона навантажена вла-сною вагою. Матерiал конструкци - сталь марки 09Г2С зi значенням межi плинностi 345 МПа.
Сюнченно-елементна модель кришки люка наведена на рис. 3, б. В якост сюнченних елеменпв використанi iзопараметричнi тетраедри. Оптимальна кшьюсть елементiв сiтки визначе-
на за допомогою графоанал1тичного методу, кшьюсть елеменпв склала 115 171, вузл1в -36 363. Максимальний розм1р елемента с1тки дор1внюе 80 мм, мшмальний - 16 мм, макси-мальне сшввщношення боюв елеменпв -2,75^ 105, вщсоток елеменпв з1 сшввщношенням боюв менше трьох - 26, бшьше десяти - 5,81.
Результати розрахунку наведет на рис. 4, 5.
Максимальш екв1валентш напруження ви-никають у петлях, а також кшцевих частинах гофр, розмщених ¡з боку петель, та складають близько 220 МПа. Максимальш перемщення у вузлах конструкци зафшсоваш у затрних кронштейнах та складають близько 13 мм, мак-
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
симальш деформаци склали 5,91 -10 1 . Тобто за задано! схеми навантаження мщшсть кришки люка забезпечуеться [1, 2].
Також проведене визначення показниюв м> цност кришки люка удосконалено! конструкцi! пiд дieю статичних навантажень.
Максимальнi еквiвалентнi напруження вiд ди на кришку люка за !! площею рiвномiрно
розподшеного навантаження Рв = 69,9 кН ви-никають у петлях, а також кшцевих частинах гофр, розмщених iз боку петель, та складають близько 150 МПа. Максимальш перемiщення у вузлах конструкци зафшсоваш у запiрних кронштейнах, вони становлять близько 13 мм. Максимальш деформаци склали 5,34 -10-1.
б — b
wm
»шШШЕШШ^^ВШШ
щ
Ш^мтштШ
а — а
Рис. 3. Моделювання мiцностi удосконалено! ко нструкци кришки люка HaniBBaroHa: а - модель мщностц б - сшнченно-елементна модель
Fig. 3. Simulation of the strength of the improved hatch cover design of the gondola car: a - model of strength; b - finite element model
Щд дieю розподшеного в центрi кришки люка за площею 25х25 см навантаження Рв = 50 кН максимальш е^валентш напруження складають близько 130 МПа. Вони ви-никають у петлях та кшцевих частинах гофр, розмщених iз боку петель. Максимальш пере-
а — а
63.8 МПа
218,4 МПа
мщення у вузлах конструкци вiдбуваються у запiрних кронштейнах i дорiвнюють близько 10 мм. Максимальш деформаци склали 6,87 -10-1.
Отже, за заданих схем навантаження мщшсть кришки люка забезпечуеться.
б — b ---
Рис. 4. Результата розрахунку вдосконалено! конструкци кришки люка натввагона пiд дieю на не! ударного навантаження:
а - напружений стан; б - перемщення у вузлах
Fig. 4. Results of calculation of the improved hatch cover design of the gondola car at buffing loading effect: a - stress state; b - moving in nodes
Розрахунок мщност кришки люка удосконалено! конструкци на втому тд дiею циктч-них ударних навантажень (500 циклiв) також дозволив зробити висновок про дотримання
показникш мщносп в межах допустимих.
Окрiм основних схем експлуатацшних навантажень удосконалено! конструкци кришки люка, до уваги взят додатковк
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету зaлiзничнoro транспорту, 2018, № 3 (75)
1) iмiтaцiя розкриття кришки люка тд час вивантаження вантажу - безторсшний (без ура-хування роботи торсюну (-iв) неодночасний (спочатку на один i3 упoрiв) удар кришки люка об упори прoмiжних балок рами вагона з мак-симальним кутом вiдкриття;
2) неодночасне вщкриття закидок - спиран-ня кришки люка завантаженого вагона на одну закидку за один кронштейн (випадок, коли вже вибили одну закидку, а шшу ще не встигли);
3) шдтягування (закриття) кришки люка ви-вантаженого вагона ломиком.
Рис. 5. Розподшення максимальних еквiвaлентних напружень у поперечному перетиш верхнього листа кришки люка (зона розмщення к1нцевих частин гофр) тд дieю ударного навантаження
Fig. 5. Distribution of maximum equivalent stresses in transverse crossing the top leaf of the hatch cover (area of placement of corrugation end portions)
at buffing loading effect
Установлено, що максимальш екв1валентш напруження тд час безторсшного неодночас-ного удару кришки люка об упори прoмiжних балок рами вагона виникають у петлях та скла-дають близько 120 МПа. Максимальш перем> щення у вузлах конструкци зафшсоваш в заш-
рному крoнштейHi, що рoзмiщений з жного боку вщ удару, складають
дефoрмaцii
4 мм. 8,5 -10-2
Мaксимaльнi (рис. 6).
протиле-близько склали
б — b
Рис. 6. Результати розрахунку вдoскoнaленoi' конструкци кришки люка натввагона в момент безторсшного неодночасного удару об упори прoмiжних балок рами вагона:
а - напружений стан; б - перемщення у вузлах
Fig. 6. Results of calculation of the improved hatch cover design of the gondola car at the moment of torsion-free non-simultaneous impact on the supports of the intermediate car frame beams:
a - stress state; b - moving in nodes
а — а
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету зал1зничного транспорту, 2018, N° 3 (75)
У випадку безторсшного одночасного удару кришки люка об упори пром1жних балок рами вагона максимальш екв1валентн1 напруження виникають у кшцевих частинах середшх гофр, розмщених ¡з боку петель, вони дор1внюють близько 60 МПа. Максимальш перемщення у вузлах конструкци вщбуваються в середнш частит верхнього листа з боку розмщення зашр-них кронштейшв i складають близько 3 мм. Максимальш деформацп склали 6,7 • 10-2.
У раз1 неодночасного вщкривання закидок (спирання кришки люка завантаженого вагона на одну закидку за один кронштейн) максима-льш екв1валентн1 напруження виникають у кшцевих частинах гофр, розмщених ¡з боку петель (по д1агонал1 до затрного кронштейна, мехашзм якого знаходиться у закритому поло-женш), i складають близько 200 МПа (рис. 7).
а — а
Максимальш перемщення у вузлах конструкци зафшсоваш у зош розмщення затрного кронштейна, мехашзм якого знаходиться у закритому положенш, та складають близько 14,4 мм. Максимальш деформацп склали 5,2 -10-1.
У випадку тдтягування (закриття) кришки люка вивантаженого вагона ломиком максимальш е^валентш напруження виникають у петлях i складають близько 75 МПа. Максимальш перемщення у вузлах конструкци зафшсоваш в зош розмщення зашрних кронштейшв i складають 5,1 мм. Максимальш деформацп склали 2,24 -10-2.
Отже, мщшсть кришки люка за додаткових схем навантажень забезпечуеться.
б — b
Рис. 7. Результата розрахунку мщносп кришки люка натввагона тд час неодночасного вщкривання закидок:
а - напружений стан; б - перемщення у вузлах
Fig. 7. Results of the calculation of the hatch cover strength of the gondola car at non-simultaneous opening of door latches:
a - stress state; b - moving in nodes
Наукова новизна та практична значимкть
Розроблена модель удoскoнaленoi конструкци кришки люка ушверсального натввагона дозволяе отримати показники ii мщносп за експлуатацшних схем навантажень. Результати проведених дослщжень можуть бути викорис-тaнi пiд час проектування несучих кoнструкцiй кузoвiв унiверсaльних нашввагошв нового по-кoлiння з полшшеними технiкo-екoнoмiчними показниками.
Урахування отриманих результaтiв сприя-
тиме забезпеченню мiцнoстi кoнструкцiйних елеменнв кузoвiв нaпiввaroнiв пiд час експлуа-тaцii.
Висновки
На пiдстaвi проведених дослщжень можна зробити висновки:
1. Зaпрoпoнoвaнi заходи щодо вдосконален-ня кoнструкцii кришки люка ушверсального натввагона забезпечують ii мщшсть за експлуатацшних схем навантажень.
2. Розрахунок показав, що показники мщносп удосконалено!' конструкци кришки люка за
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету зaлiзничнoro транспорту, 2018, № 3 (75)
експлуатацшних схем навантажень забезпечу-ються. Притому максимальш екв1валентш на-пруження виникають у момент падшня на не! вантажу масою 150 кг з висоти 3 000 мм i скла-дають близько 220 МПа, тобто не перевищують допустим!.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. ГОСТ 33211-2014. Вагоны грузовые. Требования к прочности и динамическим качествам. - Введ. 2014-12-22. - Москва : Стандартинформ, 2016. - 54 с.
2. Кирильчук, О. А. Исследование прочности конструкции съемной крыши для полувагонов / О. А. Кирильчук, Д. А. Шатунова // Вагонный парк. - 2016. - № 5/6 (110/111). - С. 50-53.
3. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). -Москва : ГосНИИВ : ВНИИЖТ, 1996. - 319 с.
4. Пешков, А. В. Поиск рационального конструктивного исполнения стоек и обвязки кузова глуходонно-го полувагона увеличенной грузоподъемности / А. В. Пешков, М. Р. Тохчукова // Трансп. Рос. Федерации. - 2011. - № 2 (33). - С. 65-68.
5. Analysis of the results of theoretical and experimental studies of freight wagon fals / S. Slavchev, K. Georgieva, V. Stoilov, S. Purgic // Facta Universitatis. - 2014. - Vol. 13. - Iss. 2. - P. 91-98.
6. Antipin, D. Ya. Justification of a Rational Design of the Pivot Center of the Open-Top Wagon Frame by means of Computer Simulation / D. Ya. Antipin, D. Yu. Racin, S. G. Shorokhov // Procedia Engineering. -
2016. - Vol. 150. - Р. 150-154. doi: 10.1016/j.proeng.2016.06.738
7. Divya Priya, G. Modeling and analysis of twenty tonne heavy duty trolley / G. Divya Priya, A. Swarnakumari // Intern. J. of Innovative Technology and Research. - 2014. - Vol. 2, No. 6. - P. 15681580.
8. Dizo, J. Structural Analysis of a Modified Freight Wagon Bogie Frame / Jan Dizo, Jozef Harusinec, Miroslav Blatnicky // MATEC Web of Conferences. - 2017. - Vol. 134 : 18th Intern. Scientific Conference - LOGI
2017. - Р. 00010. doi: 10.1051/matecconf/201713400010
9. Fomin, O. V. Improvement of upper bunding of side wall of gondola cars of 12-9745 model / O. V. Fomin // Metallurgical and Mining Industry. - 2015. - Vol. 7, No. 1. - P. 45-48.
10. Impact of wheelset steering and wheel profile geometry to the vehicle behavior when passing curved track / V. Hauser, O. S. Nozhenko, K. O. Kravchenko, M. Loulova, J. Gerlici, T. Lack // Manufacturing Technology. - 2017. - Vol. 17, No. 3. - P. 306-312.
11. Lovska, A. A. Peculiarities of computer modeling of strength of body bearing construction of gondola car during transportation by ferry-bridge / A. A. Lovska // Metallurgical and Mining Industry. - 2015. - No. 1. -P. 49-54.
12. Multi-body Simulations of Railway Wagon Dynamics / K. Wojcik, J. Malachowski, P. Baranowski, L. Mazurkiewicz, K. Damaziak, W. Krason // J. of KONES. Powertrain and Transport. - 2015. - Vol. 19. -Iss. 3. - P. 499-506. doi: 10.5604/12314005.1138164
13. Myamlin, S. V. Design Review of Gondola Car / S. V. Myamlin, I. U. Kebal, S. R. Kolesnykov // Наука та прогрес транспорту. - 2014. - № 6 (54). - С. 136-145. doi: 10.15802/stp2014/33773
14. Numerical static and dynamic stress analysis on railway passenger and freight car models / C. Baykasoglu, E. Sunbuloglu, S. E. Bozdag, F. Aruk, T. Toprak and A. Mugan // International Iron & Steel Symposium, 0204 April 2012, Karabuk, Turkiye. - Karabuk, 2012. - P. 579-586.
15. Research into surface properties of disperse fillers based on plant raw materials / Yu. Danchenko,
V. Andronov, A. Kariev, V. Lebedev, E. Rybka, R. Meleshchenko, D. Yavorska // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. - 2017. - Vol. 5. - Iss. 12 (89). - P. 20-26. doi: 10.15587/1729-4061.2017.111350
16. Research of friction indices influence on the freight car dynamics / S. Myamlin, L. Neduzha, A. Ten, A. Shvets // TEKA. Commission of motorization and energetics in agriculture. - 2013. - Vol. 13, No. 4. -P. 159-166.
17. Research of the intermolecular interactions and structure in epoxyamine composites with dispersed oxides / Yu. Danchenko, V. Andronov, E. Barabash, T. Obigenko, E. Rybka, R. Meleshenko, A. Romin // Eastern-
3. Упровадження запропоновано! конструк-цп кришки люка натввагона в експлуатащю дозволить зменшити кшьюсть пошкоджень ку-зов1в i сприятиме тдвищенню ефективносп використання нашвваготв.
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету зaлiзничнoro транспорту, 2018, № 3 (75)
European Journal of Enterprise Technologies. - 2017. - Vol. 6. - Iss. 12 (89). - P. 4-12. doi: 10.15587/17294061.2017.118565
18. The influence of implementation of circular pipes in load-bearing structures of bodies of freight cars on their physico-mechanical properties / O. V. Fomin, A. O. Lovska, O. A. Plakhtii, V. P. Nerubatskyi // Науковий в1сн. НГУ. - 2017. - N 6. - P. 89-96.
Н. И. ГОРБУНОВ1*, А. В. ФОМИН2, А. А. ЛОВСКАЯ3, В. В. КОВАЛЕНКО4
'*Каф. «Железнодорожный, автомобильный транспорт и подъемно-транспортные машины», Восточноукраинский национальный университет имени В. Даля, пр. Центральный, 59-а, Северодонецк, Украина, 93400, тел. +38 (095) 309 10 39, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-8556-3392
2Каф. «Вагоны и вагонное хозяйство», Государственный университет инфраструктуры и технологий, ул. Кирилловская, 9, Киев, Украина, 04071, тел. +38 (067) 813 97 88, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0003-2387-9946 3Каф. «Вагоны», Украинский государственный университет железнодорожного транспорта, пл. Фейербаха, 7, Харьков, Украина, 61050, тел. +38 (057) 730 10 35, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-8604-1764 4Каф. «Железнодорожный, автомобильный транспорт и подъемно-транспортные машины», Восточноукраинский национальный университет имени В. Даля, пр. Центральный, 59-а, Северодонецк, Украина, 93400, тел. +38 (095) 142 90 74, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0003-1706-2710
КОМПЛЕКСНЫЙ РАСЧЕТ ВЫПОЛНЕНИЯ КРЫШКИ ЛЮКА ПОЛУВАГОНА ИЗ РАЗНОТИПНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПРОМЕЖУТОЧНОЙ Ш-ОБРАЗНОЙ ОБВЯЗКОЙ
Цель. Предложенное исследование направлено на определение показателей прочности крышки люка универсального полувагона, исполненного с промежуточной Ш-образной обвязкой из разнотипных материалов при эксплуатационных схемах нагружения. Методика. Для достижения поставленной цели создана принципиально новая конструкция крышки люка полувагона, особенностью которой является то, что она состоит из двух листов, которые по периметру взаимодействуют через Ш-образную обвязку. Пространство, которое образуют листы и обвязка, а также периметр крышки люка, заполнены упругим (упруго-вязким) веществом. Построена пространственная модель предложенной конструкции крышки люка, проведен расчет ее прочности. Расчет осуществлен по методу конечных элементов в среде программного обеспечения CosmosWorks. Результаты. Получены показатели прочности усовершенствованной конструкции крышки люка при эксплуатационных схемах ее нагружения. К вниманию взяты основные схемы нагружения крышки люка полувагона соответственно нормативным документам, а также дополнительные. К дополнительным отнесены: имитация раскрытия крышки люка при эксплуатационных нагружениях - безторсионный (без участия работы торсиона (-ов) неодновременный (сначала на один из упоров) удар крышки люка по упорам промежуточных балок рамы вагона с максимальным углом открывания; неодновременное открывание закидок - опирание крышки люка загруженного вагона на одну закидку за один кронштейн (случай, когда уже выбили одну закидку, а другую еще не успели); подтягивание (закрывание) крышки люка выгруженного полувагона ломиком. Установлено, что прочность крышки люка обеспечивается. Научная новизна. Разработанная модель прочности усовершенствованной конструкции крышки люка универсального полувагона позволяет получить показатели ее прочности при эксплуатационных схемах нагружения. Результаты проведенных исследований могут использоваться при проектировании несущих конструкций кузовов универсальных полувагонов нового поколения с улучшенными технико-экономическими показателями. Практическая значимость. Использование полученных результатов будет способствовать обеспечению прочности конструкционных элементов кузовов полувагонов в эксплуатации.
Ключевые слова: полувагон; крышка люка; усовершенствованная конструкция; моделирование прочности; эксплуатационная нагруженность; эквивалентные напряжения
HayKa Ta nporpec TpaHcnopTy. BicHHK flmnponeTpoBChKoro Ha^oHaahHoro yrnBepcHTeTy 3&m3HHnHoro TpaHcnopTy, 2018, № 3 (75)
M. I. HORBUNOV1*, O. V. FOMIN2 A. O. LOVSKA3, V. V. KOVALENKO4
1 Dep. «Railway and Road Transport, Handling Equipment», Volodymyr Dahl East Ukrainian National University, Tsentralnyi Av., 59 a, Severodonetsk, Ukraine, 93400, tel. +38(095) 309 10 39, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-8556-3392
2Dep. «Cars and Carriage Facilities», State University of Infrastructure and Technologies, Kyrylivska St., 19, Kyiv, Ukraine,
03049, tel. +38 (067) 813 97 88, e-mail [email protected], ORCID 0000-0003-2387-9946
3Dep. «Cars», Ukrainian State University of Railway Transport, Feierbakh Sq., 7, Kharkiv, Ukraine, 61500,
tel. +38 (057) 730 10 35, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-8604-1764
4Dep. «Railway and Road Transport, Handling Equipment», Volodymyr Dahl East Ukrainian National University, Tsentralnyi Av., 59 a, Severodonetsk, Ukraine, 93400, tel. +38 (095) 142 90 74, e-mail [email protected], ORCID 0000-0003-1706-2710
COMPLEX CALCULATION OF HATCH COVER OF GONDOLA CAR FROM POLYTYPIC MATERIALS WITH INTERMEDIATE S-SHAPE STRAPPING
Purpose. The proposed study is aimed at determining the strength indicators of the hatch cover of universal gondola car with intermediate S-shaped strapping made of polytypic materials under operational loading schemes. Methodology. To achieve this goal, it has been proposed to create a fundamentally new hatch cover design for a gondola car. A feature of the hatch cover is that it consists of two leaves, which along the perimeter interact through the S-shaped strapping. The calculation was carried out using the finite element method implemented in the software environment of CosmosWorks. Findings. The strength indicators of the improved hatch cover design are obtained under operating schemes of its loading. The basic schemes of loading the hatch cover of the gondola car in accordance with the normative documents have been adopted, as well as additional ones. To the additional the following are classified as: simulating the opening of the hatch cover during operating loading - the torsion-free (without operation of the torsion (s)) non-simultaneous impact on the supports of the intermediate car frame beam with the maximum opening angle; non-simultaneous opening of the door latches - the hatch cover of the loaded car is supported by door latch for one bracket (the case when one has already knocked out one door latch and the other has not yet had time); pulling (closing) the hatch cover of the unloaded gondola car with a crowbar. It is established that the strength of the hatch cover is ensured. Originality. A developed strength model of the improved hatch cover design of the universal gondola car makes it possible to obtain indicators of its strength under operational loading schemes. The results of the carried out research can be used at designing of bearing designs of bodies of universal gondola cars of new generation with the improved technical and economic indicators. Practical value. The results of the research will contribute to ensuring the strength of the structural elements of the gondola car bodies in operation.
Key words: gondola car; hatch cover; improved design; strength modeling; operational loading; equivalent stresses
REFERENCES
1. Vagony gruzovye. Trebovaniya k prochnosti i dinamicheskim kachestvam, 54 GOST 33211-2014 (2016). (in Russian).
2. Kirilchuk, O. A., & Shatunova, D. A. (2016). Issledovanie prochnosti konstruktsii semnoy kryshi dlya poluva-gonov. Vagonnyy park, 5-6 (110/111), 50-53 (in Russian).
3. Normy dlya rascheta i proektirovaniya vagonov zheleznykh dorog MPS kolei 1520 mm (nesamokhodnykh). (1996). Moscow: GosNIIV: VNIIZhT. (in Russian)
4. Peshkov, A. V., & Tokhchukova, M. R. (2011). Poisk ratsionalnogo konstruktivnogo ispolneniya stoek i ob-vyazki kuzova glukhodonnogo poluvagona uvelichennoy gruzopodemnosti. Transport Rossiyskoy Federatsii, 2 (33), 65-68. (in Russian).
5. Slavchev, S., Georgieva, K., Stoilov, V., & Purgic, S. (2015) Analysis of the results of theoretical and experimental studies of freight wagon fals. Facta Universitatis, 13 (2), 91- 98. (in English).
6. Antipin, D. Y., Racin, D.Y, & Shorokhov, S. G. (2016). Justification of a Rational Design of the Pivot Center of the OpenTop Wagon Frame by means of Computer Simulation. Procedia Engineering, 150, 150-154. doi: 10.1016/j.proeng.2016.06.738 (in English).
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
7. Divya, P. G., & Swarnakumari, A. (2014). Modeling and analysis of twenty tonne heavy duty trolley. International Journal of Innovative Technology and Research, 2 (6), 1568-1580. (in English)
8. Jan Dizo, Jozef Harusinec, & Miroslav Blatnicky (2017). Structural analysis of a modified freight wagon bogie frame. MATEC Web of Conferences:18th International Scientific Conference, 134, 00010, 1- 8. doi: 10.1051/matecconf/201713400010 (in English).
9. Fomin, O. (2015). Improvement of upper bundling of side wall of gondola cars of 12-9745 model. Metallurgical and Mining Industry, 7(1), 45-48. (in English)
10. Hauser, V., Nozhenko, O. S., Kravchenko, K. O., Loulová, M., Gerlici, J., & Lack, T. (2017). Impact of wheelset steering and wheel profile geometry to the vehicle behavior when passing curved track. Manufacturing Technology, 17, 3, 306-312. (in English).
11. Lovska, A. A. (2015). Peculiarities of computer modeling of strength of body bearing construction of gondola car during transportation by ferry-bridge. Metallurgical and Mining Industry, 1, 49-54. (in English)
12. Wójcik, K., Malachowski, J., Baranowski, P., Mazurkiewicz, L., Damaziak, K.., & Krason, W. (2015). Multi-body Simulations of Railway Wagon Dynamicson. Journal of KONES. Powertrain and Transport, 19(3), 499506. doi: 10.5604/12314005.1138164 (in English)
13. Myamlin, S. V., Kebal, I. U., & Kolesnykov, S. R. (2014). Design review of gondola car. Science and Transport Progress, 6(54), 136-145. doi: 10.15802/stp2014/33773 (in English)
14. Baykasoglu, C., Sunbuloglu, E., Bozdag, S. E., Aruk, F., Toprak, T., & Mugan, A. (2012). Numerical static and dynamic stress analysis on railway passenger and freight car models. International Iron & Steel Symposium (02-04 April 2012, Karabük, Türkiye), 579-586.
15. Danchenko, Y., Andronov, V., Kariev, A., Lebedev, V., Rybka, E., Meleshchenko, R., & Yavorska, D. (2017). Research into surface properties of disperse fillers based on plant raw materials. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(12) (89), 20-26. doi: 10.15587/1729-4061.2017.111350 (in English)
16. Myamlin, S. L., Neduzha, A., Ten, A., & Shvets, A. (2013). Research of friction indices influence on the freight car dynamics. TEKA. Commission of Motorization and Energetics in Agriculture, 13(4), 159-166. (in English).
17. Danchenko, Y., Andronov, V., Barabash, E., Obigenko, T., Rybka, E., Meleshenko, R., Romin, A. (2017). Research of the intermolecular interactions and structure in epoxyamine composites with dispersed oxides. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12) (89), 4-12. doi: 10.15587/17294061.2017.118565 (in English).
18. Fomin, O. V., Lovska, A. O., Plakhtii, O. A., Nerubatskyi, V. P. (2017). The influence of implementation of circular pipes in load-bearing structures of bodies of freight cars on their physico-mechanical properties. Scientific Bulletin of National Mining University, 6, 89- 96. (in English).
Статтярекомендована до публ1кацИ'д.т.н., проф. С. В. Мямл1ним (Украгна)
Надшшла до редколеги: 01.03.2018
Прийнята до друку: 04.06.2018
