CC BY
1
The article considers the solution of the problem of improving the organization and management of cargo and passenger transportation in the transport company on the basis of the system of coordination of orders for passenger transfer. Such types of transfer as individual transfer, group transfer, VIP-transfer and business-transfer are considered. For the formation of the tariff for passenger transfer in the transport company the corresponding model is developed, taking into account the peculiarities of different types of transfer. A specialized Internet site is presented, the functionality of which allows the client to choose a transfer route of interest, the necessary additional services, to find out the cost of transfer; the owners of the company - to carry out automated receipt of orders with a preliminary calculation of the cost of transfer, online customer support, including the use of Telegram bots.
Key words: transport logistics, transportation tariff, transfer.
Vladimirov Nikita Andreyevich, student, nillnikOl0454@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Shaforost Alexandr Nikolaevich, candidate of technical science, docent, akar06@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Vitchuk Pavel Vladimirovich, candidate of technical science, docent, vitchuk@bmstu. ru, Bauman Moscow State Technical University (Kaluga Branch),
Tolokonnikov Alexandr Sergeevich, candidate of technical science, docent, tolokonnikov@list. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Gorynin Alexey Dmitrievich, candidate of technical science, docent, lexuss-22@mail. ru, Russia, Tula, Tula State
University
УДК 629.4.027.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-4-329-330
МОДЕРНИЗАЦИЯ УПРУГОЙ СВЯЗИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С РАМОЙ ТЕЛЕЖКИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Н.А. Ефимов, А.С. Тычков
Предлагается устройство универсального торообразного эластичного амортизатора для улучшения динамических характеристик подвижного состава. В настоящее время эластичный резиновый материал заменяется полиуретаном. Полиуретан обладает гистерезисным демпфированием, оказывающим влияние на динамические свойства электрического подвижного состава. Проведены численные исследования напряжено-деформированного состояния полиуретанового универсального амортизатора по оптимизации его геометрических параметров и механических характеристик. Выведена аналитическая формула для определения его жёсткости в зависимости от его осевой деформации сжатия, которая была подтверждена экспериментальными исследованиями. Результаты экспериментальных исследований показали, что коэффициент механических потерь при снижении коэффициента формы полиуретановых образцов и их твердости уменьшается, что необходимо учитывать при проектировании новых рекомендуемых амортизаторов.
Ключевые слова: торообразный эластичный амортизатор, полиуретан, жёсткость, гистерезисные потери, демпфирование.
В настоящее время современные системы подвески оснащены амортизаторами различных конструкций, которые регулируют колебательные движения кузова подвижного состава, снижают и равномерно распределяют ударные нагрузки и поддерживают заданные значения в тяговом режиме. Используются упругие пружинные опоры. В процессе эксплуатации эти колебательные системы подвергаются воздействию различных инерционных динамических возмущаюшдх сил. Для их амортизации в России и за рубежом широко используются резинометаллические, т.е. упругие эластичные блоки [1].
Если тяговый электродвигатель (ТЭД) имеет осевую опору, то его крепление на раме тележки является упругим: опора ТЭД и редуктора служит для восприятия момента реакции при кручении корпуса ТЭД и редуктора относительно оси колесной пары во время движения. В настоящее время на электрических рельсовых транспортных средствах с тяговым приводом первого класса используется технически и конструктивно простое шарнирное крепление в виде маятниковой подвески, с помощью которой ТЭД крепится к раме тележки. Роль шарнира выполняет резинометаллический блок (РМБ), содержащий две резиновые шайбы (рис.1).
По сути, демпфирующие материалы — это полимеры (высокомолекулярные соединения) с высокими упругими свойствами и вязкостью, состав которых может быть подобран таким образом, чтобы обеспечить высокие демпфирующие свойства для определенного диапазона частот и температур. К эластомерам относятся каучук, резина, полиуретан и термопластичные эластомеры, которые используются в современном техническом оборудовании [2].
Практика эксплуатации показывает, что подвески ТЭД с редуктором являются очень "слабыми "узлами тележки [3]. Во время движения эти опоры работают в условиях сильных нагрузок и постоянной вибрации. Недостатком данного устройства является низкая долговечность упругих элементов РМБ.
Для решения проблемы высоких нагрузок, действующих на тележку, разработаны более эффективные кольцевые упругие демпфирующие блоки. Это амортизаторы с нелинейными характеристиками, значительно снижающие риск возникновения резонансных режимов.
5 - стальная шайба верхняя; 6 - кронштейн ТЭД; 7 - крепежный болт; 8 - втулка; 9 - ролик; 10 - кронштейн
рамы тележки; 11 - ТЭД
В то же время улучшенные жесткостные характеристики опор повышают эксплуатационную надежность тягового привода и снижают объем ремонтов отцепочных. По данным исследований ВНИИЖТ на высоких скоростях поводок на основе нового амортизатора "блок Дергачевых" улучшает плавность хода вагонов на 8% [4]. Основой данного блока является кольцевой элемент с эллиптическим сечением из резины или другого эластомера (рис.2).
Рис. 2. Схема «блок Дергачёвых»
Заключенный в определенный объем, он работает весьма специфически, что объясняется его образом действия. Это означает, что даже если нагрузка увеличивается в пять раз, увеличение напряжения составляет ме-нее10%. Амортизатор, подобно живому организму, пытается минимизировать энергию деформации, оптимально распределяя напряжение по всему сечению. По этой причине "блок Дергачевых" может использоваться в амортизаторах любой конструкции. Высокая долговечность и стабильные эксплуатационные характеристики позволяют ощутимо снизить затраты.
Сегодня резиновые сайлент-блоки, втулки и подушки опор и подвесок подвижного состава заменяются на полиуретановые. Полиуретан — это синтетический полимерный эластичный материал, по своим техническими свойствами, значительно превосходящими настоящую техническую резину. В связи с этим было проведено численное исследование напряженно-деформированного состояния полиуретанового универсального кольцевого амортизатора и оптимизация его геометрических параметров. Для исследования использовался многоцелевой конечно-элементный программный комплекс ANSYS Multiphysics [5]. Для этого была построена геометрическая осесиммет-ричная модель кольцевого торообразного амортизатора с различными геометрическими параметрами поперечного сечения: круглого, наклонного и вертикального эллипсов. В расчетах для выделения рассматриваемых объектов их сечения были взяты с одним значением поперечной площади [6]. Исследуемые эластичные амортизаторы — это кольцевые ЭМЭ с образующей геометрической фигурой формы круга диаметром d, вертикальных и наклонных эллипсов с полуосями a и b, ограниченные сверху и снизу опорами. Верхняя опора по действием нагрузки Р выполняет пошаговые осевые перемещения, деформируя амортизатор, а нижняя опора жестко закреплена. Предварительно задаются характеристики материалов: торообразные амортизаторы из полиуретана марки СКУ-7Л, модуль упругости E1=10 МПа, коэффициент Пуассона PRXY1=0,499; опоры из углеродистой стали, модуль упругости E2=2-105 МПа, коэффициент Пуассона PRXY2=0,3. Двухмерная упругая статическая нелинейная задача решалась в осесимметрич-ной постановке. Использовался восьмиузловой двухмерный упругий конечный элемент объёмного НДС SOLID 183, с выбранной толщиной TNK. Производится выставление контактных точек, моделируется крепление и перемещение подвижных элементов модели и выполняется программное решение задачи [7].
Блок-схема программы численных исследований по определению параметров амортизаторов размещена на рисунке 3.
В результате численных исследований получены зависимости жесткости рассматриваемых эластичных металлических блоков с различными сечениями от осевой сжимающей деформации, которые представлены на рис.4.
Данные исследований показали, что жесткость кольцевых полиуретановых металлических блоков с круглым поперечным сечением при повышении нагрузки круто возрастает при довольно высоких 30-35% допустимых для них деформациях. Так как полиуретан обладает высокими техническими характеристиками, определёнными демпфирующими свойствами, то применение рассматриваемых амортизирующих устройств может обеспечить нормативные перемещения элементов конструкции ходовой части, улучшение динамических свойств тележки, повышение плавности движения подвижного состава и их надёжности [8].
Результаты численных исследований напряженно-деформированного состояния нового упругого кольцевого полиуретанового амортизатора с различными сечениями: круглым, наклонным и вертикальным эллипсом выявили, что наибольшая нелинейность при высоких нагрузках наблюдается у круглого сечения. Исходя из этого кольцевой упругий элемент с круглым сечением более целесообразно использовать в маятниковой подвеске ТЭД, рис.5
Запуск
Рис. 3. Блок-схема программы численных исследований
Рграниченный круг * Сво&одный круг —*—Элипс №1 наклонный огр
Элипс №2 наклонный огр. Д Элипс №3 наклонный огр. —* Эллипс №3 вертикальный огр. Эли по №4 наклонный огр. ■ Элипс №4 вертикальный огр.
Рис. 4. Характеристики жёсткости кольцевых эластичных амортизаторов с различными сечениями
331
Рис. 5. Маятниковая подвеска ТЭД с ¡парообразным эластичным амортизатором: 1 - кронштейн тягового электродвигателя; 2 - гайка; 3 - шайба стальная; 4 -эластичный торообразный амортизатор; 5 - подвеска;
6 - валик
C = -
Предполагая, что эластомер несжимаем, были получены аналитические уравнения для расчета жесткости упругого кольцевого амортизатора торообразного типа в зависимости от его диаметра, площади кольцевого контакта под нагрузкой и относительной осевой сжимающей деформации:
ES EkDjv b EnDjy sin(arccos(1 - Ad})(1 + Ad)
d - Ad d - Ad 1 - Ad '
где S - нагрузочная площадь, м2; E - статический модуль упругости, Н/м2; Dav - средний диаметр амортизаторов торообразного типа, м; b - поперечный размер кольцевой зоны контакта под нагрузкой, м$ d - диаметр упругого амортизатора, м; Ad =Ad/d-относительная деформация сжатия; Ad - абсолютная сжимающая деформация, м; [arccos (1-
Ad )] = a/2-половина секторного угла круга.
Сегодня на смену эластичным резиновым материалам приходят полиуретановые, благодаря таким свойствам, как износостойкость, достаточная устойчивость к агрессивным средам, диэлектрические свойства и способность работать при достаточно высоком рабочем давлении. Наиболее распространены литьевые полиуретаны марок SKU-7L и SKU-PFL-100. В тоже время полиуретан обладает гистерезисными демпфирующими свойствами. В связи с этим было проведено экспериментальное исследование по определению гистерезисных потерь полиуретановых образцов, которое показало, что коэффициент механических потерь уменьшается с уменьшением геометрии образца и коэффициента твердости полиуретана [9].
Численные и экспериментальные исследования жесткостных и деформационно-силовых характеристик эластичных упругих амортизаторов из полиуретана SKU-7L показали высокую эффективность полиуретановых тороидальных амортизаторов круглого сечения и рекомендуются к внедрению для улучшения конструкции рельсовых транспортных средств и оптимизации их параметров.
Список литературы
1. Chakraborty B.C. Polymers for Vibration Damping Applications / B. C. Chakraborty, D. Ratna // Polymers for Vibration Damping Applications, 2020. P. 1-335.
2. Сердюк Андрей Александрович. Научное обоснование технических решений по повышению ходовых характеристик шахтных локомотивов: Дис... д-ра техн. наук: 05.05.06 / Национальная горная академия Украины. Д., 2000. 353 л.
3. Дергачёв Э.П., Дергачёв Э.Э. Повышение надежности тележки пассажирского вагона // Железнодорожный транспорт. 2002. №10. С.49.
4. Дергачёв Э.П., Дергачёв Э.Э. Снижение динамической нагруженности подвагонного оборудования // Железнодорожный транспорт. 2005. № 10. С. 60-62.
5. ANSYS 2019 R1 -Расчетные возможности //ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2019, 13 с.
6. Белкин А.Е., Даштиев И.З., Лонкин Б.В. Моделирование вязкоупругости полиуретана при умеренно высоких скоростях деформирования. Математическое моделирование и численные методы, 2014. № 3. С.39-54.
7. Finite Element Method Study of the Protection Damping Elements Dynamic Deformation / A. V. Demareva, A. I. Kibets, M. V. Skobeeva [et al.] // Advanced Structured Materials (см. в книгах). 2021. Vol. 137. P. 57-66.
8. Ефимов Н.А., Альмуканов А.А., Ефимов И.Н. Определение жёсткости эластичного торообразного амортизатора // Вестник транспорта поволжья. Вып.5(35). Самара: СамГУПС, 2012. С. 43-49.
9. Ефимов Н.А., Тычков А.С. Эластичные полиуретановые амортизаторы // Современные технологии. системный анализ. моделирование. Иркутский государственный университет путей сообщения. № 4 (76), 2022. С. 206214.
Ефимов Николай Александрович, канд. техн. наук, доцент, [email protected]. Россия, Самара, Самарский государственный университет путей сообщения,
Тычков Александр Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, al2000@rambler. ru, Россия, Самара, Самарский государственный университет путей сообщения
MODERNIZATION OF THE PENDULUM SUSPENSION OF THE TRACTION MOTOR
N.A. Efimov, A.S. Tychkov
The device of a universal torus-shaped elastic shock absorber is proposed to improve the dynamic characteristics of the rolling stock. Currently, the elastic rubber material is being replaced by polyurethane. Polyurethane has hysteresis damping, which affects the dynamic properties of electric rolling stock. Numerical studies of the stress-strain state of a polyurethane universal shock absorber have been carried out to optimize its geometric parameters and mechanical characteristics. An analytical formula has been derived to determine its stiffness depending on its axial compression deformation, which has been confirmed by experimental studies. The results of experimental studies have shown that the coefficient of mechanical losses decreases with a decrease in the coefficient of shape of polyurethane samples and their hardness, which must be taken into account when designing new recommended shock absorbers.
Key words: electric rolling stock, traction motor support, torus-shaped elastic shock absorber, rubber, polyurethane, compression, stiffness, formula, hysteresis losses, damping, research.
Efimov Nikolay Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, efimov.nikolai@mail. ru, Russia, Samara, Samara State University of Railway Engineering,
Tychkov Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, al2000@rambler. ru, Russia, Samara, Samara State University of Railway Engineering
