CC BY
53
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
РУХОМИЙ СКЛАД ЗАЛ1ЗНИЦЬ I ТЯГА ПО1ЗД1В
УДК 629.46.015:531.44
С. В. МЯМЛИ1*, Л. О. НЕДУЖА2*, А. О. ШВЕЦЬ2
1 Каф. «Вагони та вагонне господарство», Дншропетровський нащональний ушверситет затзничного транспорту 1мет академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, 49010, Украша, тел./факс +38 (056) 793 19 03, ел. пошта [email protected]
2*Каф. «Будшельна мехашка», Дншропетровський нащональний ушверситет зал1зничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпропетровськ, 49010, Украша, тел./факс +38 (056) 793 19 03, ел. пошта п1огИеп@гш 2Каф. «Буд1вельна механжа», Дншропетровський нащональний уншерситет затзничного транспорту 1мен1 академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, 49010, Украша, тел./факс +38 (056) 793 19 03
ВИЗНАЧЕННЯ ВПЛИВУ ПОКАЗНИК1В ТЕРТЯ В СИСТЕМ1 «КУЗОВ - В1ЗОК» НА ДИНАМ1КУ ВАНТАЖНОГО ВАГОНА
Мета. Основними вимогами до конструкци вагошв нового поколшня, зпдно Програми оновлення рухомого складу, е вимоги, яю дозволять знизити експлуатацiйнi витрати й шдвишити економчну ефектившсть !х викори-стання з урахуванням досягнень науково-техтчно! думки. У зв'язку з актуальшстю ще! тематики робота присвячена дослвдженню впливу коефiцiенгу тертя в опорному з'еднант «п'ятник - щдп'ятник - ковзуни» вантажних вагонiв на ix основнi динамiчнi показники - коефщенти горизонтально! та вертикально! динамжи, прискорення кузова, рамну силу, коефщент стiйкостi вщ сходу з рейок. Методика. Дослвдження проводилось методом чисельного iнгегрування та математичного моделювання динамчно! завангаженостi вантажного вагону з використанням програмного комплексу «Dynamics of Rail Vihscles» («DYNRAIL»). Результати. Дослiдження показали, що вплив на показники безпеки руху мають не тiльки параметри тертя в опорному з'еднаннi «п'ятник -щдп'ятник - ковзуни» вантажного вагона в порожньому й завантаженому станi з вiзками ЦНИИ-Х3 (модель 18100). Вплив мають також iншi складовi динамiки руху вантажного вагона, а саме: радуси кривих дiлянок колi!, висота зовнiшньо! рейки тощо. Наукова новизна. Автором дослвджено вплив тертя на динамiчну завантажешсть вагона з використанням нових mдxодiв до вирiшення задачi прогнозування динамки рухомого складу. Прогно-зування здшснювалось на значно оновленому теоретичному матерiалi, який охоплюе всю iсторiю розвитку теорi! тертя й включае результати новгттх експериментальних дослiджень iз урахуванням швидкосп руху на прямих i кривих дiлянкаx колi! малого та середнього радiусу. Практична значимiсть. Одержат результати мають практичну спрямованiсть. У xодi виконання теоретичних дослiджень та тсля проведения моделювання з полтшеним методом урахування процесiв тертя отримано залежностi основних динамiчниx показнишв чотиривюного вантажного пiввагона вiд значення коефщента тертя в системi «кузов - вiзок» iз урахуванням швидкостi руху. Результати дослвджень знайшли свое наукове використання в низцi публiкацiй авторiв у спецiальниx та науково-популярних виданнях.
Ключовi слова: вантажнi вагони; ковзуни вiзкiв; швидкiсть руху; прямi та крит дiлянки колi!; динамiчнi показники
Вступ
Зал1зничний транспорт Украши вщ1грае ва-жливу роль у сощально-економ1чному житп нашо! держави та здшснюе великий обсяг пере-в1зно! роботи (його питома вага в загальному
вантажооб1гу складае бшя 85 % - украшсью затзнищ займають четверте мюце в Сврази та шосте мюце в свт за обсягами вантаж1в, що перевозяться, а в пасажирооб1гу - 45 %); на за-л1зничному транспорт працюе 2 % всього пра-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
4%
3%
2% 7%
1% 3%
4%
5%
65%
□ Крит вагони
□ Пiввагони
□ Окати шевози
□ Мшераловози
□ Зерновози
□ Хоппер-дозатори
□ Цементовози
□ Думпкари
□ Платформи ужверсальш
□ Платформи фтнгов1
□ Критi утепленн1
Рис. 1. Структура парку рухомого складу Fig. 1. Structure of rolling stock fleet
цездатного населення держави [13]. Це тдтве-рджуе, що транспортна галузь повинна рухати-ся в напрямку iнновацiйних змiн, пiдвищувати свое значення як важливо! транзитно! тдсис-теми на шляху оновлення не тшьки шфрастру-ктури, а й стратеги вшх складових перевiзного процесу, в тому числi i у взаемозв'язку з шши-ми видами транспорту.
Насамперед, основними напрямками дiяль-ностi залiзнично! галузi е:
- розвиток швидкiсного руху по!здiв;
- пiдвищення рiвня безпеки руху;
- розробка нового рухомого складу i модер-нiзацiя юнуючого парку.
Найбiльший вiдсоток (рис. 1) рухомого складу, який експлуатуеться, припадае на швваго-ни, тому доцшьним е вивчення !х динамiчно! завантаженостi на основi технiчних ршень, розробок, сучасних технологiй, наукових до-слiджень, на якi зорiентована залiзнична галузь Укра!ни [10, 18].
Мета
Як вщомо з попереднiх дослщжень [5, 16, 17, 19], вивчення динамши вантажних вагонiв -це складна теоретична задача, мета яко! - ви-значення допустимих та безпечних, з точки зо-ру взаемоди колеса i рейки, швидкостей руху.
В зв'язку з актуальшстю цiei тематики поставлено завдання щодо дослiдження впливу рiзних факторiв та характеристик технiчного стану ходових частин вантажних вагошв (якi неминуче виникають при i^ експлуатацii) на i^m основнi динамiчнi показники.
Серед них не останню роль вадграе така система як «кузов - вiзок». Тому основна увага в робот придiляеться впливу змши сили тертя мiж кузовом та вiзками.
Теоретичнi дослiдження виконувалися шляхом математичного моделювання динамiчноi навантаженосп вантажного вагона в порож-ньому i завантаженому станi з вiзками ЦНИИ-Х3 (модель 18-100) при рус в прямих та кривих дiлянках колii рiзних радiусiв з установленими швидкостями руху для визначення основних динамiчних показникiв вантажного вагона. Як дослщний розглядався пiввагон.
Математичне моделювання динамiчноi на-вантаженостi вантажного вагона здшснювалося з використанням програмного комплексу «Dynamics of Rail Vehicles» («DYNRAIL») [12, 20], розробленого в Днiпропетровському нащо-нальному ушверситет залiзничного транспорту iм. акад. В. Лазаряна.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&шзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
Методика
Першi дослiдження з вивчення тертя ков-зання були виконаш Кулоном i були повторенi Мореном [1]. Основоположником теори тертя при наявносп мастила е вчений М. П. Петров, подальший розвиток ця теорiя знайшла у пра-цях М.С. Жуковського та iнших дослщниюв.
Як вiдомо, розрiзняють два випадки тертя ковзання:
1) тертя в сташ спокою i, зокрема, тертя на початку руху;
2) тертя в сташ руху.
Коли система перебувае в рiвновазi, сила тиску горизонтально! поверхш на елемент мае рiвнодiючу N нормальну до поверхнi, рiвну i протилежну вазi Р тша з масою (рис. 2, а).
а - а
б - b
Рис. 2. Схематичне зображення сил м1ж тшами з урахуванням тертя:
а - в сташ спокою; б - з одтею точкою дотику - конус тертя
Fig. 2. Diagram of the forces between bodies taking into account friction:
а - at rest; b - with one contact point -cone of friction
Реакщя поверхш R на тшо дор1внюе i е про-тилежною рiвнодiючiй ваги Р i прикладено! горизонтально! сили Q. Ця реакщя розклада-еться на двк нормальну N, рiвну i прямопроти-лежну силi Р, i дотичну F, рiвну i протилежну сит Q. Дотична складова i е силою тертя. Для кута в мiж реакщею R i нормаллю N маемо:
tgP=N=S
N P
(1)
Якщо поступово збiльшувати Q, то настане момент, коли ця сила досягне значення Fp, при якому тшо приходить в рух. Вщповщне число-ве значення Ff сили F називаеться тертям на початку руху; вщповщне значення ф кута в для якого
tg<P = P
(2)
i е кутом тертя.
Ковзання починаеться з того моменту, коли рiвнодiюча сил Р i Q, прикладених до тiла, утворюе з нормаллю кут, що перевищуе ф.
Кулон вимiряв значення Ер i ф на дослiдi, за результатами якого вш вивiв три закони [2, 11, 14]:
1. Тертя на початку руху не залежить вщ площi поверхонь, що знаходяться у дотику.
2. Воно залежить вщ природи цих поверхонь.
3. Воно пропорцшне нормальнiй складовiй реакци, або нормальнiй складовiй тиску.
Постшне вiдношення сили тертя Ер на початку руху до нормально! реакци N або до нормального тиску Р i е коефщентом тертя/:
f =
N
l± P
(3)
Кут тертя ф визначаеться за формулою:
^Ф = I. (4)
На практищ частiше зустрiчаеться випадок рiвноваги тiл з тертям в однш точцi дотику. Для цього розглядаеться тiло (рис. 2, б), покладене на шше тшо 5', з яким воно мае дотик на дуже малш частиш поверхш [1]. Припускаеться, що остання приведена до однiе!' точки А. Реакщя Я тша 5' на тшо 5 складаеться з нормально! реакци N i дотично! реакци Е, напрям яко! невщо-мий i максимум яко! дорiвнюе IN. Кут в мiж Я
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету затзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
i N буде менше кута тертя ф. Для того, щоб тшо S було в рiвновазi, необхiдно, щоб iснувала рiв-новага мiж безпосередньо прикладеними до тша S силами i реакцiею R або щоб сили, при-кладеш до тiла, мали одну рiвнодiючу, рiвну i прямопротилежну до сили R, тобто:
а) проходить через точку А;
б) спрямовану так, щоб притискати тшо S до тша S';
в) утворюе з нормаллю AN кут, менший шж кут тертя.
Цi необхiднi умови достатш i якщо вони ви-конанi, то можливо припустити, що рiвнодiюча прикладених сил безпосередньо перенесена в точку A i розкладена на двi сили: на нормаль-ну силу Р i на дотичну силу Q; тд дiею цих сил ковзання не буде, оскшьки кут рiвнодiючоl з нормаллю менше ф, внаслiдок чого (рис. 2, б):
Q < f, Q < fP
(5)
1 дотична складова менша, н1ж тертя на початку руху. Якщо розглядати конус обертання з вюсю AN, що утворюе з AN кут ф, то для р1вноваги необхщно i достатньо, щоб сили мали р1внод1-ючу, напрямок яко1 проходить через точки А i С, що лежать у середиш конуса.
З попередшх мiркувань можна зробити ви-сновок, що будь-яка прикладена до тiла сила, яка проходить через точку A i утворююча з нормаллю кут, менший шж ф, тобто сила, що ле-жить у середиш конуса С урiвноважуеться реа-кщею тiла, оскiльки цю силу можна розкласти так, як ми тшьки що вказали.
Для обчислення кута тертя складемо рiв-няння статики, з яких отримано:
R = R cos ß = N,
(6)
R2 = R sin ß = Fmp < F% < Nf = cos ß , (7)
де - Ri, R2 - складовi R.
Виконавши арифметичнi операцп бачимо, що
R sin ß< Rf cos ß, tgß<ß.
(8) (9)
Кут тертя - це кут сили з N, тангенс яко1 до-рiвнюе коефiцiенту тертя:
tg9mp = f , ß<^mV .
(10)
Коефiцiент тертя f - величина безрозмiрна, визначаеться дослщним шляхом i залежить вiд матерiалу контактуючих (тих, що стикаються) тш i стану поверхонь (характер обробки, тем-ператури, вологостi i т. ш.).
Значення коефiцiента тертя f0 для деяких матерiалiв:
- дерево по дереву 0,4-0,7;
- метал по металу 0,15-0,25;
- сталь по льоду 0,027.
У випадку руху припускаеться, що рухаеть-ся тверде тшо, обмежене деякою поверхнею i стикаеться з iншим тшом в точцi. Якщо е тертя, то реакщя одного тша на друге розкладаеть-ся на двi сили: нормальну N, яка називаеться нормальною реакщею, i дотичну F, яка е силою тертя i шдпорядковуеться трьом наступним законам:
Сила тертя спрямована в сторону, протиле-жну вiдноснiй швидкостi матерiальноï точки по вiдношенню до поверхш тiла. Вона не залежить вщ величини швидкостi та пропорцiйна норма-льнiй реакцiï:
F = fN,
(11)
коефщент / е коефiцieнтом тертя на початку руху. ^
Згiдно з дослiдами Герца щ закони можуть бути застосовш головним чином в разi безпосе-реднього тертя (тобто, коли поверхш тертя су-хi). Вони повинш бути змiненi, якщо поверхнi роздшеш змащувальними речовинами; в цьому випадку вщношення F/N залежить вiд швидкосп i вiд сили N [3, 4, 15]. В шженерних розра-хунках звичайно виходять з низки встановле-них дослiдним шляхом закономiрностей, якi з достатньою для практики точнютю вiдобра-жають основш особливостi явища тертя.
Динамiчний коефщент тертя ковзання як зазанчалося ранiше, також е величиною без-розмiрною i визначаеться дослiдним шляхом. Значення коефщента залежить не тшьки вщ матерiалу i стану поверхонь, але i, в деякiй мiрi, вiд швидкостi рухомих тiл. У бшьшосп випад-кiв iз збшьшенням швидкостi коефiцieнт / спо-чатку зменшуеться, а потiм зберiгаe майже по-стiйне значення.
Встановлення допустимих швидкостей руху вагонiв по прямих та кривих дiлянках колii е складною iнженерною задачею, яка вимагае диференцшного пiдходу i враховуе техшчний
Наука та ^c^ee транспорту. Biсник Д^^о^тров^^го иaцiоиaльиого yиiвepeитeтy зaлiзиичиого транспорту, 20i4, № 2 (50)
стан верхньоi будови колii (ВБК) та ходових частин рухомого складу [6, 7, 9].
Результати встановлення допустимих швид-костей (на пiдставi виконаних ранiше досл> джень) наведеш у виглядi гiстограм для прямих (рис. 3, а) та кривих дiлянок колii (рис. 3, б -нумеращя типiв ВБК зпдно з табл. 1), яю де-монструють розподiл значень швидкосп руху залежно вiд типу верхньо1' будови колii (для прямих д^нок) або вiд радiусу криво1' та типу верхньо1' будови колii (для кривих дшянок). Згiдно з цими даними найбшьш мiцними з ушх обраних типiв ВБК е рейки марки Р65(6) 1 840, 2 000 Щ, Гр, П i важче, якi дозволяють руха-тись зi швидкiстю 90 км/год як в кривих, так i в прямих дшянках колii. Використання рейок ujei' марки дозволить рух у кривих малого рад> усу зi швидкiстю 70 км/год, що значно вище порiвняно з iншими марками.
Таблиця 1 Типи верхньо'1 будови коли (ВБК)
Table 1
Types of track superstructure
а - а
Швидюсть, км/год SOt BO 7O 6O SO-4O 3O-2O
ю-
O
№ п/п Тип вepxньоï будови коли
i P43(6) i б00 П
2 P430(6) i 840, 2 000 П
3 P43(6) i 600 Гр
4 P430(6) i 840, 2 000 Гр
5 P43(6) i 600 Щ
б P43(6) i 840, 2 000 Щ
7 P50(6) i 600 Щ, Гр, П
8 P50(6) i 840, 2 000 Щ, Гр, П
9 P65(6) i 600 Щ, Гр, П
i0 P65(6) i 840, 2 000 Щ, Гр, П i вaжчe
Таблиця 2
Дoпустимi динaмiчнi тказники для вантажних вагошв
Table 2
Permissible dynamic coefficients for freight cars
б - b
Типи ВБК ^Hieprn Зaвaнтaжeний вагон Порожшй вагон
Г SO BO □ 1 [Кдв] 0,8 0,85
7O -6O □ 2 □ 3 [Кдг] 0,4 0,4
•SO -4O 3O □ 5 □ 6 [Кст] i,3 i,3
2O 1O U/ □ 8 ■ 9 [Hp/Pо] 0,3 0,38
2зХ ^ ^f*7 O □ 10 [аг] 0,3 0,3
7Л 2 3 [ав] 0,6 0,7
Рис. 3. Значення швидкосп руху залежно ввд типу верхньо! будови коли для прямих (а) та кривих (б) д1лянок
Fig. 3. Motion speed value depending on track superstructure for tangent (a) and curved (b) sections
Допустимi швидкосп руху визначались за результатами порiвняння отриманих динамiч-них показниюв з ix допустимими значеннями зпдно з Нормами [8].
Допустимi величини динамiчниx показникiв для вантажних вагошв наведеш в табл. 2.
Серед Bcix пар тертя при визначенш динам> чно1 навантаженостi вантажних вагошв одшею з домiнуючих е тертя в системi «кузов - вiзок». Саме дослiдженню цiеï системи у зв'язку i3 технiчним станом ходових частин вантажних вагошв та визначенню ïхнiх основних динамiч-них показниюв i присвячене це дослщження.
Опорне з'еднання кузова i вiзкiв е найваж-ливiшою пiдсистемою вантажного вагона, вщ правильного вибору конструктивноï схеми i па-раметрiв яко'' багато в чому залежать як його динамiчнi, так i iншi технiко-економiчнi харак-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
теристики. Кузов вагона тд час руху здшснюе коливання 1 кутов1 повороти вщносно вертикально^ повздовжньоi 1 поперечноi горизонталь-ноi осей. Основним опорним з'еднанням кузова 1 в1зка е п'ятник - тдп'ятник, в якому реатзу-ються момент тертя, який перешкоджае повороту в1зка довкола вертикальноi ос1, а також сили тертя, яю перешкоджають кутовому пере-мщенню кузова на шдп'ятнику в1зка.
Основне функцюнальне призначення ковзу-шв на кузов1 1 надресорнш балщ полягае в за-поб^анш надм1рному перевалюванню кузова на шдп'ятнику в1зка 1 зменшенн б1чного ка-чання та виляння. При цьому момент тертя в опорному з'еднанш «п'ятник - тдп'ятник -ковзуни» не повинен перевищувати певних величин для того, щоб не було надмiрноi дп на колда, колюш пари та букси в1зка.
i вiзка взаемодiють мiж собою, значення коеф> цiента тертя не робить ютотного впливу на ос-новш динамiчнi показники.
б — b
б - b
Рис. 4. Осцилограми ввдносних кутових перемщень об'екпв зв'язку «кузов - надресорна балка» в прямих дшянках коли: а - перемщення кузова; б - перемщення надресорноï балки
Fig. 4. Oscillograms of relative angular displacement of objects of communication "body - bolster" in tangent track sections:
а - body movement; b - bolster movement
Наведеш на рис. 4, 5 осцилограми перем> щень кузова та надресорноï балки вiзка при рус вантажного вагона у прямих та кривих донках коли безперечно демонструють наявшсть автоколивань. Цей процес вказуе на те, що в ковзунах реашзуються моменти тертя, яю перешкоджають вилянню вiзка, та сили тертя. Однак, не зважаючи на те, що ковзуни кузова
Рис. 5. Осцилограми ввдносних кутових перемщень об'екпв зв'язку «кузов - надресорна балка» в кривих донках коли: а - перемщення кузова; б - перемщення надресорно! балки
Fig. 5. Oscillograms of relative angular displacement of objects of communication "body - bolster" in curved track sections:
a - body movement; b - bolster movement
Результати
В дослщженш впливу тертя на динам1чну на-вантаженють вагона розглянуто декшька сташв:
- нормальний, при якому коефщ1ент демп-ф1рування прийнято р1вним 1;
- стан 1з пониженим тертям, який виникае в конструкцп в1зка при завишенш клина пор1в-нянш з нормальним станом, в цьому випадку коефщ1ент ф прийнято р1вним 0,2 або 0,5;
- передемпф1рований стан системи, при якому коефщ1ент ф прийнято р1вним 1,5;
- повна вщсутнють тертя в систем^ при цьому коефщ1ент ф прийнято р1вним 0.
За результатами виконаних розраxункiв побу-довано граф1ки залежносп основних динам1чних показниюв (рис. 6): коефщенпв вертикально! та горизонтально! динамши; рамно! сили; коефще-нта спйкосп; горизонтальне та вертикальне при-скорення кузова чотиривюного вантажного швва-гона з урахуванням швидкосп руху вщ значення коефщента тертя в систем1 «кузов - в1зок».
а — a
а — a
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету зaлiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
0,2 0,1 -0
0 -0,2 -0,5 -1
-0,5х4
б — b
Кдг 0,5
0,45 -0,4 -0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 -0,1 -0,05 0
0 0,2 -0,5 -1
0,5х4
в — c
Hp 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
а — a
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
60
80
00
110
50
70
90
50
60
70
80
90
10
г — d
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
д - e
е - f
Ав 0,4 -
0,35 -0,3 -0,25 -0,2 -0,15 -0,1 -0,05 0
г 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0
-0
-0,2 -0,5 -1
— 0,5х4
0 0,2 0,5 -1
-0,5х4
50
70
90
50
60
70
80
90
100
110
Рис. 6. Ддаграми змши динашчних показнишв в1д швидкосп руху: а - коефщент вертикально! динамжи; б - коефщент горизонтально!' динам1ки; в - рамна сила; г - коефщент стшкостц д - вертикальне прискорення кузова; е - горизонтальне прискорення кузова
Fig. 6. Diagram of change for dynamic performance from motion speed:
а - vertical dynamic coefficient; b - horizontal dynamic coefficient; c - frame force; d - derailment coefficient; e - vertical acceleration of body; f - horizontal acceleration of body
З наведених графшв видно, що основш ди-намiчнi показники чотиривюного вантажного вагона ютотно не залежать вщ коефщента тертя i при швидкосп руху до 100 км/год знахо-дяться в межах допустимих значень, яю вщпо-вщають Нормам [8].
При швидкосп руху 110 км/год коефщенти вертикально! та горизонтально! динамши пере-вищують допустимi значення. Горизонтальнi прискорення кузова набувають допустимих значень вже при 100 км/год. Встановлена допустима швидюсть руху вагошв по прямих та кривих дшянках коли - 90 км/год - шдтвер-джуеться цим дослщженням.
Наведенi результати теоретичних досл> джень дозволяють зробити висновок, що ютот-ний вплив на показники безпеки руху мають не ильки параметри тертя в опорному з'еднанш «п'ятник - тдп'ятник - ковзуни» вантажного
вагона в порожньому i завантаженому станi з вiзками ЦНИИ-Х3 (модель 18-100), а й iншi складовi динамiки руху вантажного вагона, а саме: радiуси кривих дшянок колii, висота зовшшньо!' рейки тощо.
Наукова новизна та практична значимкть
Робота «Дослiдження впливу показниюв тертя на динамшу вантажного вагона» полягае в дослщженш впливу тертя на динамiчну зава-нтаженiсть вагона з використанням нових пiд-xодiв до вирiшення задачi прогнозування дина-мiки рухомого складу за допомогою програм-ного комплексу «Dynamics of Rail Vehicles» («DYNRAIL»). Наукове значення цiеi статтi полягае також у тому, що вперше на значно оновленому теоретичному матерiалi, який охо-плюе всю iсторiю розвитку теорii тертя i вклю-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
чае результати новгтшх експериментальних до-слщжень, комплексно дослщжено та показано у взаемозв'язку процеси динам1чно1' завантаже-ност рухомого складу.
Практична значимють роботи полягае в тому, що одержуваш результати мають практич-ну спрямованють. В ход1 виконання теоретич-них дослщжень та тсля моделювання з полш-шеним методом урахування процес1в тертя отримано залежност основних динам1чних по-казниюв чотиривюного вантажного шввагона вщ значення коефщента тертя у систем! «кузов - в1зок» з урахуванням швидкост руху. Результати дослщжень знайшли свое наукове викори-стання в низщ публшацш автор1в у спещальних та науково-популярних виданнях, виступах на наукових конференщях.
Висновки
В результат! дослщжень отримано залежно-ст основних динам1чних показниюв чотиривю-ного вантажного вагона вщ параметр1в ковзушв з урахуванням швидкосп руху.
Таким чином, отримаш результати розраху-нюв дозволяють об'ективно оцшити вплив тех-шчного стану ходових частин вагошв на показники безпеки руху.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Аппель, П. Статика. Динамика точки / П. Аппель. - М. : Гос. изд. физико-матем. литер., 1960. - 515 с.
2. Бондаренко, А. А. Теоретична мехашка / А. А. Бондаренко, О. О. Дубшш, О. М. Пере-яславцев. - К. : Знання, 2004. - 590 с.
3. Вериго, М. Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава / М. Ф. Вериго, А. Я. Коган. -М. : Транспорт, 1986. - 560 с.
4. Вершинский, С. В. Динамика вагона / С. В. Вер-шинский, В. Н. Данилов, В. Д. Хусидов. - М. : Транспорт, 1991. - 360 с.
5. Динамика грузовых вагонов с учетом поперечного смещения тележек / Н. И. Луханин, С. В. Мямлин, Л. А. Недужая, А. А. Швец // Зб. наук. пр. Дон1ЗТ. - Донецьк, 2012. - Вип. 29. -С. 234-241.
6. Лазарян, В. А. Динамика вагонов / В. А. Лаза-рян. - М. : Транспорт, 1964. - 256 с.
7. Лазарян, В. А. Динамика транспортных средств / В. А. Лазарян. - К. : Наукова думка, 1985. - 528 с.
8. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамо-
ходных) (с изменениями и дополнениями № 1 (с 01.02.2000 г.) и № 2 (с 01.03.2002 г.). - М. : ГосНИИВ - ВНИИЖТ, 1996. - 352 с.
9. Определение допускаемых скоростей движения грузовых вагонов по ж.-д. путям колеи 1520 мм / В. Д. Данович, В. В. Рыбкин, С. В. Мямлин и др. // Вюн. Дшпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. - Д., 2003. - Вип. 2. - С. 77-86.
10. Офщшний веб-сайт Укрзалiзницi [Електронний ресурс]. - Режим доступу: www/uz.gov.ua. - На-зва з екрана.
11. Павловський, М. А. Теоретична мехашка : щд-руч. для студ. вищих навч. закладiв / М. А. Павловський. - К. : Техшка, 2002. - 512 с.
12. Свидетельство о регистрации авторского права на произведение № 7305. Компьютерная программа «Dynamics of Rail Vihscles» («DYNRAIL») / С. В. Мямлин ; зарегистр. 20.03.2003.
13. Сергиенко, Н. И. Состояние и перспективы развития вагонного хозяйства Укрзализныци / Н. И. Сергиенко // Вагон. парк. - 2011. - № 9. -С. 4-13.
14. Тарг, С. М. Краткий курс теоретической механики : учебн. для вузов / С. М. Тарг. - М. : Высш. шк., 1986. - 416 с.
15. Шадур, Л. А. Вагоны. Конструкция, теория и расчет / под. ред. Л. А. Шадура. - М. : Транспорт, 1980. - 440 с.
16. Bubnov, V. M. Dynamic performance of freight cars on bogies model 18-1711 / V. M. Bubnov, S. V. Myamlin, N. V. Mankevych // Наука та прогрес трансп. Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. - 2013. - № 4 (46). - С. 118-126.
17. Determination of Dynamic Performance of Freight Cars Taking Into Account Technical Condition of Side Bearers / S. Myamlin, L. Neduzha, O. Ten, A. Shvets // Наука та прогрес трансп. Вюн. Дшпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. - 2013. -№ 1 (43). - С. 162-169.
18. Myamlin, S. Construction Analysis of Mechanical Parts of Locomotives / S. Myamlin, M. Luchanin, L. Neduzha // TEKA Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture. - 2013. -Vol. 13, № 3. - P. 162-169.
19. Research of Friction Indices Influence on the Freight Car Dynamics / S. Myamlin, L. Neduzha, O. Ten, A. Shvets // TEKA Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture. -2013. - Vol. 13, № 4. - P. 159-166.
20. Spatial Vibration of Cargo Cars in Computer Modelling with the Account of Their Inertia Properties / S. Myamlin, A. Ten, L. Neduzha, A. Shvets // Proc. of 15th Intern. Conf. «Mechanika». - Kaunas, 2010. - Р. 325-328.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
РУХОМИЙ СКЛАД ЗАЛ1ЗНИЦЬ I ТЯГА ПО1ЗД1В
С. В. МЯМЛИН1*, Л. А. НЕДУЖАЯ2*, А. А. ШВЕЦ2
1 Каф. «Вагоны и вагонное хозяйство», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел./факс +38 (056) 793 19 03, эл. почта [email protected]
2*Каф. «Строительная механика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел./факс +38 (056) 793 19 03, эл. почта [email protected]
2Каф. «Строительная механика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел./факс +38 (056) 793 19 03
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТРЕНИЯ В СИСТЕМЕ «КУЗОВ - ТЕЛЕЖКА» НА ДИНАМИКУ ГРУЗОВОГО ВАГОНА
Цель. Основными требованиями к конструкции вагонов нового поколения, согласно Программы обновления подвижного состава, являются требования, которые позволят снизить эксплуатационные расходы и повысить экономическую эффективность их использования с учетом достижений научно-технической мысли. В связи с актуальностью данной тематики работа посвящена исследованию влияния коэффициента трения в опорном соединении «пятник - подпятник - скользуны» грузовых вагонов на их основные динамические показатели - коэффициенты горизонтальной и вертикальной динамики, ускорения кузова, рамную силу, коэффициент устойчивости от схода с рельсов. Методика. Исследование проводилось методом численного интегрирования и математического моделирования динамической нагруженности грузового вагона с использованием программного комплекса «Dynamics of Rail Vehicles» («DYNRAIL»). Результаты. Исследования показали, что влияние на показатели безопасности движения имеют не только параметры трения в опорном соединении «пятник - подпятник - скользуны» грузового вагона в пустом и загруженном состоянии с тележками ЦНИИ-Х3 (модель 18-100). Влияние имеют и другие составляющие динамики движения грузового вагона, а именно: радиусы кривых участков пути, высота наружного рельса и т.п. Научная новизна. Автором исследовано влияние трения на динамическую загруженность вагона с использованием новых подходов к решению задачи прогнозирования динамики подвижного состава. Прогнозирование осуществлялось на значительно обновленном теоретическом материале, который охватывает всю историю развития теории трения и включает результаты новейших экспериментальных исследований с учетом скорости движения на прямых и кривых участках пути малого и среднего радиуса. Практическая значимость. Полученные результаты имеют практическую направленность. В ходе выполнения теоретических исследований и после моделирования с улучшенным методом учета процессов трения получены зависимости основных динамических показателей четырехосного грузового полувагона от значения коэффициента трения в системе «кузов -тележка» с учетом скорости движения. Результаты исследований нашли свое научное использование в ряде публикаций авторов в специальных и научно-популярных изданиях.
Ключевые слова: грузовые вагоны; скользуны тележек; скорость движения; прямые и кривые участки пути; динамические показатели
S. V. MYAMLIN1*, L. O. NEDUZHA2*, A. O. SHVETS2
1 Dep. «Cars and Wagon Facilities», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel./fax +38 (056) 793 19 03, e-mail [email protected] 2*Dep. «Structural Mechanics», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel./fax +38 (056) 793 19 03, e-mail [email protected] 2Dep. «Structural Mechanics», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel./fax +38 (056) 793 19 03
DETERMINATION OF FRICTION PERFORMANCE INFLUENCE IN THE SYSTEM "BODY-BOGIE" ON THE FREIGHT CAR DYNAMICS
Purpose. The main requirements for the design of a new generation of cars, according to the Program of rolling stock renovation, are the requirements reducing the operating costs and increasing the cost-effectiveness of their use, taking into account the achievements of scientific and technical thought. Due to the urgency of this subject the paper
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
is devoted to the study of the friction coefficient influence in the bearing connection «center plate - center bowl -bearers» of freight cars on their main dynamic parameters - coefficients of horizontal and vertical dynamics, body acceleration, frame strength, derailment stability factor. Methodology. The study was conducted by numerical integration and mathematical modeling of the freight car dynamic loading using the software package «Dynamics of Rail Vehicles» («DYNRAIL»). Findings. Investigations have shown that the safety movement parameters are influenced by both the friction parameters in bearing connection «center plate - center bowl - bearers» of freight cars in empty and loaded state with bogies TSNII-X3 (model 18-100) and the other components of freight car dynamics, namely: radii of curved track sections, height of outer rail, etc. Originality. The author investigated the friction influence on the car dynamic loading using new approaches to solving the problem of predicting the rolling stock dynamics. Prediction was carried out on the basis of significantly updated theoretical material that covers all history of the friction theory and includes the results of recent experimental studies because of the speed on the straights and curves of small-and medium-range sections of the road. Practical value. The obtained results have practical orientation. During the research and after modeling with the improved method of accounting of friction processes dependencies of main dynamic parameters of a four-freight gondola on the value of the friction coefficient in the "body -bogie" with regard to speed were obtained. The results of scientific studies have found their scientific use in a number of author publications in the special scientific and popular publications.
Keywords: freight cars; side bearing; traveling speed; straight and curved track sections; dynamic performance
REFERENCES
1. Appel P. Statika. Dinamika tochki [Statics. Particle dynamics]. Moscow, Gos. izd. fiziko-matem. liter. Publ., 1960. 515 p.
2. Bondarenko A.A., Dubinin O.O., Pereiaslavtsev O.M. Teoretychna mekhanika [Theoretical mechanics]. Kyiv., Znannia Publ., 2004. 590 p.
3. Verigo M.F., Kogan A.Ya. Vzaimodeystviye puti i podvizhnogo sostava [Railway track and rolling stock interaction]. Moscow, Transport Publ., 1986. 560 p.
4. Vershinskiy S.V., Danilov V.N., Khusidov V.D. Dinamika vagona [Car dynamics]. Moscow, Transport Publ., 1991. 360 p.
5. Lukhanin N.I., Myamlin S.V., Neduzhaya L.A., Shvets A.A. Dinamika gruzovykh vagonov s uchetom poperechnogo smeshcheniya telezhek [Freight cars dynamics, taking into account transversal displacement of the bogies]. Zbirnyk naukovykh prats Donetskoho instytutu zaliznychnoho transportu [Proc. of the Donetsk Railway Transport Institute], 2012, issue 29, pp. 234-241.
6. Lazaryan V.A. Dinamika vagonov [Dynamics of cars]. Moscow, Transport Publ., 1964. 256 p.
7. Lazaryan V.A. Dinamika transportnykh sredstv [Dynamics of vehicles]. Kyiv, Naukova dumka Publ., 1985. 528 p.
8. Normy dlya rascheta i proyektirovaniya vagonov zheleznykh dorog MPS kolei 1520 mm (nesamokhodnykh) [Standards for design and construction of railroads with 1520 mm track cars (non-self-propelled)]. Moscow, GosNIIV-VNIIZhT Publ., 1996. 352 p.
9. Danovich V.D., Rybkin V.V., Myamlin S.V., Reydemeyster A.G., Tryakin A.G., Khalipova N.V. Opredeleniye dopuskayemykh skorostey dvizheniya gruzovykh vagonov po zh.-d. putyam kolei 1520 mm [Permissible velocity determination of the freight cars on the railroads with the 1520 mm tracks]. Visnyk Dni-propetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2003, issue 2, pp. 77-86.
10. Ofitsiinyi veb-sait Ukrzaliznytsi [Official web-site of Ukrzaliznytsia]. Available at: www/uz.gov.ua (Accessed 21 January 2014).
11. Pavlovskyi M.A. Teoretychna mekhanika [Theoretical mechanics]. Kyiv, Tekhnika Publ., 2002. 512 p.
12. Myamlin S.V. Kompyuternaya programma «Dynamics of Rail Vehicles» [Software package «Dynamics of Rail Vehicles» («DYNRAIL»). Certificate of copyright registration on the invention], no. 7305, 2003.
13. Sergiyenko N.I. Sostoyaniye i perspektivy razvitiya vagonnogo khozyaystva Ukrzaliznytsi [Condition and development prospects for Ukrzalinytsia's car facilities]. Vagonnyy park - Wagon fleet, 2011, no. 9, pp. 4-13.
14. Targ S.M. Kratkiy kurs teoreticheskoy mekhaniki [Short course of theoretical mechanics]. Moscow, Vyssh. Shkola Publ., 1986. 416 p.
15. Shadur L.A. Vagony: Konstruktsiya, teoriya i raschet [Cars: construction, theory and calculation]. Moscow, Transport Publ., 1980. 440 p.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
16. Bubnov V.M., Myamlin S.V., Mankevych N.V. Dynamic performance of freight cars on bogies model 18-1711. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universitetu zaliznychnoho transportu iMem akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2013, issue 4 (46), pp. 118-126.
17. Myamlin S., Neduzha L., Ten O., Shvets A. Determination of Dynamic Performance of Freight Cars Taking Into Account Technical Condition of Side Bearers. Nauka ta prohres transportu. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu - Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 2013, no. 1 (43), pp. 162-169.
18. Myamlin S., Luchanin M., Neduzha L. Construction Analysis of Mechanical Parts of Locomotives. TEKA Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture, 2013, vol. 13, no. 3, pp. 162-169.
19. Myamlin S., Neduzha L., Ten O., Shvets A. Research of Friction Indices Influence on the Freight Car Dynamics. TEKA Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture, 2013, vol. 13, no. 4, pp. 159-166.
20. Myamlin S., Neduzha L., Ten O., Shvets A. Spatial Vibration of Cargo Cars in Computer Modelling with the Account of Their Inertia Properties. Proc. of 15th Int. Conf. «Mechanika», 2010, pp. 325-328.
Стаття рекомендована д.т.н., проф. В. Л. Горобцем (Украта); д.т.н., проф. О. О. Бейгулом
(Украта)
Надшшла до редколегп 04.02.2014
Прийнята до друку 13.03.2014
