CC BY
9
ГЛО Л I DIRECT0 RY ° F Научно-технический вестник Брянского государственного университета, 2020, №2 -l: Nauchno-tekhnicheskiy vestnikBryanskogogosudarstvennogo universiteta, 2020, No.2 _DOI: 10.22281/2413-9920-2020-06-02-343-346
УДК (UDC) 629.4
РАЗРАБОТКА СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ АВТОСЦЕПНЫХ УСТРОЙСТВ ТИПА СА-3
A FORCE MEASURING DEVICE DEVELOPMENT FOR TESTING AUTO-COUPLING DEVICES OF THE SA-3 TYPE
Шалупина П.И. Shalupina P.I.
Уральский государственный университет путей сообщения (Екатеринбург, Россия) Ural State University of Railway Transport
Аннотация. В статье представлены результаты раз- X
работки силоизмерительного устройства для испы- X
тания автосцепных устройств и поглощающих аппа- X
ратов подвижного состава железных дорог. Техни- X
ческая идея устройства заключается в физическом X
измерении напряжений, действующих в характер- X
ных сечениях хвостовика автосцепного устройства, X
с последующим определением действующего уси- X
лия с помощью разработанной математической мо- X
дели. Был построен тарировочный график силоиз- X
мерительного устройства. Оценено влияние допол- X
нительных изгибающих моментов на точность изме- X
рения. X
Ключевые слова: автосцепка, СА-3, поглощающий X
аппарат, силоизмерительное устройство X
X
Дата принятия к публикации: 11.03.2020 X
Дата публикации: 25.06.2020 X
X
Сведения об авторе: X Шалупина Павел Игоревич - аспирант ФГБОУ X
ВО «Уральский государственный университет путей X
сообщения», e-mail: p.shalupina@gmail.com. X
Abstract. The article presents the results of the development of a force-measuring device for testing auto-coupling devices and absorbing devices of railway vehicles. The technical idea of the device is to physically measure the stresses acting in the characteristic cross sections of the tail of an auto-coupling device, followed by determining the actual force using the developed mathematical model. A calibration schedule of the force measuring device was constructed. The influence of additional bending moments on the measurement accuracy is estimated.
Keywords: automatic coupling, SA-3, absorbing device, force measuring device
Date of acceptance for publication: 11.03.2020
Date of publication: 25.06.2020
Author' information:
Pavel I. Shalupina - post-graduate student at Ural State University of Railway Transport,
e-mail: p. shalupina@gmail.com.
1. Введение
Несмотря на активное внедрение систем автоматизированного проектирования, натурные эксперименты используются для проверки адекватности моделирования, исследования рабочих процессов нелинейных систем [ 1].
Устанавливаемые на подвижном составе амортизаторы удара (поглощающие аппараты) предназначены для снижения продольных усилий в поезде [2].
С целью определения оптимальных значений параметров поглощающих аппаратов проводят различные эксперименты [1-3].
В данной работе приведены результаты создания силоизмерительного устройства для испытания автосцепных устройств СА-3 и их поглощающих аппаратов. Техническая идея
устройства заключается в физическом измерении напряжений а, действующих в характерных сечениях хвостовика, с последующим определением действующего усилия P с помощью математической модели (рис. 1).
2 3 1
Рис. 1. Силоизмерительное устройство: 1 - автосцепное устройство; 2 - система тензодатчиков; 3 - измерительная система
ГЛО Л I ткЕСТ0 я* ° р Научно-технический вестник Брянского государственного университета, 2020, №2 _t.fi -ь: №аискпо-1еккп1екенк1у \estnikBryanskogogosudarstvennogo итуеюЫ&и, 2020, N0.2 _РО! 10.22281/2413-9920-2020-06-02-343-346
Таким образом, для реализации силоиз-мерительного устройства, выполнены тари-ровочные расчеты автосцепки.
2. Создание геометрической модели автосцепного устройства
Для выполнения расчетов напряженно-деформированного состояния автосцепного устройства СА-3 построена трехмерная геометрическая модель (рис. 2). Построение модели объекта исследования выполнялось с использованием операций выдавливания, вырезания, создания геометрии по сечениям.
Рис. 3. Трехмерная модель автосцепного устройства, импортированная в комплекс конечноэлементных расчетов
Рис. 2. Трехмерная геометрическая модель автосцепного устройства СА-3
Для импорта геометрии в программный комплекс конечноэлементных расчетов использован формат Parasolid. Это позволило избежать ошибок при импорте. Импортированная геометрическая модель автосцепного устройства показана на рис. 3.
3. Моделирование напряженно-деформированного состояния автосцепного устройства
Для тарировки силоизмерительного устройства выполнено моделирование напряженно-деформированного состояния автосцепного устройства в программном комплексе NX Nastran. Расчетная модель показана на рис. 4.
Внешние нагрузки задавались по основным поверхностям фронтальной части головы автосцепки. Закрепление выполнено по отверстию хвостовика автосцепного устройства.
Рис. 4. Расчетная конечноэлементная модель: 1 - зона приложения внешней нагрузки; 2 - область закрепления
Результаты расчета напряженно-деформированного состояния автосцепного устройства СА-3 показаны на рис. 5.
Рис. 5. Результаты расчета напряженно-деформированного состояния
|@ Ф ® I
344
ГЛО Л I mRECTo о о f Научно-технический вестник Брянского государственного университета, 2020, №2 -l: Nauchno-tekhnicheskiy vestnikBryanskogogosudarstvennogo universiteta, 2020, No.2 _DOI: 10.22281/2413-9920-2020-06-02-343-346
Анализ рис. 5 показывает, что напряжения по сечению в хвостовике автосцепного устройства при продольном воздействии распределены равномерно. Это позволяет гарантировать точность измерения усилий при натурных экспериментах.
С использованием данной конечноэле-ментной модели построен тарировочный график, связывающий выходное напряжение с тензодатчиков, расположенных на хвостовике автосцепного устройства, и действующие продольные усилия (рис. 6). При расчетах задавалась внешняя нагрузка в диапазоне от 65 до 650 кН.
Рис. 6. Тарировочный график силоизмерительного устройства
Таким образом, по результатам измерения напряжения можно определить действующее усилие Р.
Результаты расчетов показали, что с увеличением дополнительного изгибающего момента его влияние на выходное напряжение уменьшается, хотя сначала даёт значительное повышение выходной величины.
4. Физическая реализация силоизмерительного устройства
Установка тензодатчиков на хвосте автосцепного устройства показана на рис. 7.
Поскольку относительное удлинение тен-зорезисторв зависит от температуры, для компенсации температурной составляющей используют два тензочувствительных элемента, расположенных на общей подложке перпендикулярно друг другу.
Схема установки тензодатчиков силоиз-мерительного устройства показана на рис. 8.
а)
R,
Rf
ЧЙ
R
R,
б)
Рис. 8. Схема установки тензодатчиков:
а - зоны размещения тензодатчиков на хвостовике автосцепного устройства; б - электрическая схема подключения тензодатчиков
Для используемой схемы подключения тензодатчиков соотношение входных Ц/вх и выходных Vеъа. напряжений определяются следующим образом:
и
=4 ^ '
Рис. 7. Участок установки тензорезисторов
где £ - напряжение диагонали моста; si - та-рировочные функции, зависящие от деформации тензорезисторов и их расположения в схеме.
ГЛО Л I DIRECT0 RY ° F Научно-технический вестник Брянского государственного университета, 2020, №2 -l: Nauchno-tekhnicheskiy vestnikBryanskogogosudarstvennogo universiteta, 2020, No.2 _DOI: 10.22281/2413-9920-2020-06-02-343-346
5. Заключение
В результате работы разработано сило-измерительное устройство, предназначенное для регистрации параметров динамических испытаний автосцепных устройств СА-3 и их поглощающих аппаратов. Выполнены
расчетно-экспериментальные исследования, позволившие построить тарировочную характеристику силоизмерительного устройства. В последующих работах будут приведены результаты экспериментальных исследований с использованием разработанного си-лоизмерительного устройства.
Список литературы
1. Назаренко В.Г., Дидык Е.Г., Жовтян-ский В.А., Ашуева Н.Н. Современные подходы к проблеме прочности и износостойкости: Обзор // Экотехнология и ресурсосбережение. 2005. №3. С. 60-74.
2. ОСТ 32.175-2001. Аппараты поглощающие автосцепного устройства грузовых вагонов и локомотивов. Общие технические требования. 12 с.
3. Болдырев А.П., Кеглин Б.Г., Иванов А.В. Разработка и исследование фрикцион-но-полимерного поглощающего аппарата ПМКП-110 класса Т1 // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2005. №4. С. 40-44.
References
1. Nazarenko V.G., Didyk E.G., Jovtyanskiy V.A., Asueva N.N. Modern approaches to the problem of strength and wear resistance: Overview. Ekotekhnologiya i resursosberezhenie, 2005, No.3, pp. 60-74. (In Russian)
2. OST 32.175-2001. Devices that absorb the auto-coupling devices of freight cars and locomotives. General technical requirements. 12 p. (In Russian)
3. Boldyrev A.P., Keglin B.G., Ivanov A.V. Development and research of a friction-polymer absorbing device PMKP-110 class T1. Vestnik Vserossiyskogo nauchno-issledovatelskogo instituta zheleznodorozhnogo transporta, 2005, No.4, pp. 40-44. (In Russian)
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
