Научная статья на тему 'СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ БУКСОВЫХ УЗЛОВ'

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ БУКСОВЫХ УЗЛОВ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
0
0
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
грузовой вагон / колесная пера / буксовый узел / кассетные подшипники / адаптер / система вагон-путь / колебания железнодорожного экипажа / расчетная схема / математическая модель / freight car / pair of wheel / axle box unit / cassette bearings / adapter / car-track system / railway carriage vibrations / design scheme / mathematical model

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Галиев Ильхам Исламович, Петракова Анна Геннадьевна, Минжасаров Марат Хайргельдаевич

В статье представлен анализ причин неисправностей колесных пар грузовых вагонов за 2023 г. Наибольшее количество отказов приходится на дефекты поверхности катания, среди которых превалирует износ в эксплуатации Решить данную проблему пытались путем модернизации конструкции буксового узла. В настоящее врезая на сети дорог ОАО «РЖД» используются два типа буксовых узлов: адаптивный и типовой. Основное отличие первых заключается в применении адаптера, который позволяет перераспределить нагрузку с тележки на подшипник. Использование адаптеров с упругими элементами снижает износ, позволяет повысить конструкционную скорость вагона и уменьшает его воздействие на путь. Для анализа влияния конструктивного исполнения адаптера буксового узла были рассмотрены колебания в системе «вагон-путь» в процессе ее движения Для определения показателей динамических качеств вдоль вертикальной оси, а также сил взаимодействия колеса и рельса использовалась модель условного одноосного железнодорожного экипажа. В целях сравнительного анализа ролей типового и адаптерного буксовых узлов изменялись параметры упругодиссипативной связи между боковой размой и колесной парей. На основе принципа Даламбера сформирована система дифференциальных уравнений, описывающих колебания узлов вагона, решение которых методом Крамера позволило доказать, что применение в конструкции грузового вагона адаптерного буксового узла позволяет снизить погруженность боковых рам, уменьшить виброускорения кузова вагона и снизить динамическое воздействие на гуть.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Галиев Ильхам Исламович, Петракова Анна Геннадьевна, Минжасаров Марат Хайргельдаевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE DYNAMIC LOADING OF FREIGHT WAGONS WITH DIFFERENT TYPES OF AXLE BOXES

The article presents an analysis of the causes of malfunctions of wheel sets cf freight cars in 2023. The largest number of failures is due to defects in the rolling surface, among which wear in operation prevails. They tried to solve this problem by modernizing the design of the axle box. At the moment, two types of axle boxes are used on the Russian Railways road network: adoptive and standard. The main difference between the former is the use cf an adapter, which allows you to redistribute the loadfrom the trolley to the bearing. The use of adopters with elastic elements reduces wear, increases the structural speed of the wagon and reduces its impact on the track. To analyze the influence of the design of the axle box adopter, fluctuations in the "wagon-way" system during its movement were considered. To determine the indicators of dynamic qualities along the vertical axis, as well as the forces of interaction between the wheel and the rail, a model of a conventional uniaxial railway carriage was used In order to compare the roles of standard and adopter axle boxes, the parameters of the elastic dissipative coupling between the side frame and the wheel set were changed. Using the D'alembert principle, a system of differential equations describing the vibrations of the wagon nodes was formed, the solution of which by the Kramer method made it possible to prove that the use of an adapter axle box in the construction of a freight car makes it possible to reduce the load on the side frames, reduce the vibration acceleration of the wagon body and reduce the dynamic impact on the track.

Текст научной работы на тему «СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ БУКСОВЫХ УЗЛОВ»

УДК 629.463

И. И. Гали ев1, А. Г. Петракова1, M. X. Минжасаров2

1 Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУ ПС), г. Омск, Российская Федерация;

^Омский государственный технический унив ер сит ет (ОмГТУ), г. Омск, Российская Федерация

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ БУКСОВЫХ УЗЛОВ

Аннотщия. В статье представлен анализ причин неисправностей колесных пар грузовых вагонов за 2023 г. Наибольшее количество отказов приходится на дефекты поверхности катания, среди которых превалирует износ в эксплуатации Решить данную пробл&ау пытались гут ем модернизации конструкции буксового узла. В настоящее времл на сети дорог ОАО «РЖД» используются два типа буксовых узлов: адаптивный и типовой Основное отличие первых заключается е прмленении адаптера, который позволяет перераспределить нагрузку с тележки на подшипник. Использование адаптеров с упруги>аи элемент сот снижает износ, позволяет повысить конструкционную скорость вагона и уменьшает его воздействие на путь. Для анализа влияния конструктивного исполнения адаптера буксового узла бычи рассмотрены колебания в системе с вагон - путь» в процессе ее движения. Для определения, показателей династических качеств вдоль вертикальной оси, а также сил взсвмаодействия колеса и рельса использовалась модель условного одноосного железнодорожного экипажа. В целях сравнительного анализа ролей типового и адаптерного буксовых узлов изменялись парсоаетры ууругодиссипативной связи между боковой ра>*ой и колесной парой. На основе принципа Далсолбера сформирована система дифференциальных уравнений, описывающих колебания узлов вагона, решение которых методом Крсо&ера позволило доказать, vmo при)ленение в конструкции грузового вагона адаптерного буксового узла позволяет снизить погруженность боковых paj.i, уменьшить виброускорения кузова вагона и снизить динсотческое воздействие на гуть.

Ключевые слова: грузовой вагон, колесная пера, буксовый узел, кассетные подшипники, адаптер, система ¿вагон - гуть», колебания железнодорожного экипажа, расчетная схема, мат&аатическаямодель.

Ilkham I. Galiev1, Anna G. Petrakova1, Marat Kh. Mïnzhasarov2

^msk State Transport University (OS TU), Omsk, the Russian Federation;

2

Omsk State Technical University (OtriSTU), Omsk, the Russian Federation

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE DYNAMIC LOADING OF FREIGHT WAGONS WITH DIFFERENT TYPES OF AXLE BOXES

Abstract The article presents an analysis of the causes of malfunctions of wheel sets cf freight cars in 2023. The largest number offailures is due to defects \n the rolling surface, among which wear in operation prevails. They tried to solve this problem by modernizing the design of the axle box. At the moment, two types of axle boxes are used on the Russian Railways road network: adaptive and standard. The main difference between the former is the use cf an adapter, which allows you to redistribute the loadfrom the trolley to the bearing. The use of adapters with elastic elements reduces wear, increases the structural speed of the wagэn and reduces its impact on the track To analyze the influence of the design of the axle box adapter, fluctuations in the "wagon-way" system during its movement were considered. To determine the indicators of dynamic qualifies along the vertical axis, as well as the forces of interaction between the wheel and the rail, a model of a conventional uniaxial railway carriage was used In order to compare the roles of standard and adapter axle boxes, the parameters of the elastic dissipative coupling between the side frame and the wheel set were changed. Using the D'alembert principle, a system of differential equations describing the vibrations cf the wagon nodes was formed, the solution of which by the Kramer method made it possible to prove that the use cf an adapter axle box in the construction of a freight car makes it possible to reduce the load on the side frames, reduce the vibration acceleration of the wa&n body and reduce the dynamic impact on the track.

Keywords: freight car, pair of wheel, axle box unit, cassette bearings, adapter, car-track system, railway carriage vibrations, design scheme, maihematical model.

Обеспечение безопасности движения поездов является одной из основополагающих задач компании ОАО «РЖД». В этой сеязи наиболее актуальными становятся вопросы повышения динамических качеств подвижного состава, безопасности движения, а также увеличение межремонтного пробега грузовых вагонов.

gggtllg ШШШ -ШВЕСТИЯ Транссиба 33

——

В связи с ростом объемов перевозок внесены незначительные изменения в конструкцию тележки и колесной пары, что позволило увеличить осевую нагрузку до 23,5 т, при этом повысился уровень динамических сил, действующих на ходовую часть вагона. Наиболее заметны данные изменения стали в зоне контакта колеса и рельса, что привело к увеличению ряда дефектов на поверхности катания колесных пар. Отсутствие жесткой связи между деталями тележки оказывает негативное влияние на надежность вагона, так как появилась возможность их набегания друг на друга в процессе движения. Данное обстоятельство обусловлено возрастанием колебаний виляния тележки и, как следствие, ухудшает ее динамические качества. Происходит неравномерная передача нагрузок на элементы подшипника колесной пары, его перекос, грение буксового узла и снижаются долговечность и срок службы деталей буксового узла.

Анализ неисправностей, выявленных в ходе технического обслуживания грузовых поездов, показывает, что наиболее часто неисправности возникают в ходовой части вагона, а именно колесных пар и тележек. Из неисправностей, выявленных на колесных парах, более 90 % составляют деф екты поверхности катания (рисунок 1).

Трещины: 52 Выброс смазки: 52

Дефекты поверх не сти катанш: 26734

Ослабление^ арушение Нагрев торцевого буксового крегшения:

17

Рисунок 1 - Диаграмма отцепок колесных пар по Белов скоку региону за 2023 г.

Из дефектов поверхности катания колес наиболее частым является износ в эксплуатации (рисунок 2). Решением данной проблемы ученые занимаются длительное время и основные исследования направлены на подбор профиля поверхности катания колесных пар, выбор зазоров в конструкции тележки, совершенствование конструкции буксового узла, однако эффективность предлагаемых решений невысока.

зоооо

25000 20000 15000 10000 5000

Рисунок 2 - Распределение дефектов поверхности катания, ввгавленных по Беловскому региону за 2023 г.

В настоящее время эксплуатируются грузовые вагоны с двумя типами буксовых узлов: типовым и адаптерным, главное преимущество последнего заключаются в возможности

внедрения в конструкцию экипажной части грузового вагона второй ступени рессорного подвешивания. Появление упругодиссипативных связей между адаптером и боковой рамой позволяет снизить ее динамическую нагру же нность, а также уменьшить необре ссоренную массу вагона, что, несомненно, приведет к уменьшению сил взаимодействия в трибосистеме «колесо - рельс» и сократит количество дефектов поверхности катания колесной пары.

Рассмотрим более подробно конструктивные особенности типового и адаптерного буксовых узлов. В комплект типового буксового узла входят (рисунок 3): корпус буксы 1 с лабиринтной частью 13, передний 2 и задний 3 подшипники качения, тарельчатая шайба 8 со стопорной шайбой 9 и болты М20 10, крепительная 5 и смотровая б крышки и крепящие их болты 12.

1 .2 з •» *

о -1 я р 10

Рисунок 3 - Конструкция типового буксового узла грузового вагона

Роликовые подшипники размещаются внутри корпуса буксы на вагонной оси таким образом, что внутреннее кольцо подшипника напрессовано на шейку и вращается вместе с осью, а наружное сопрягается с внутренними стенками неподвижного корпуса буксы. Поворачиваясь вместе с осью, внутреннее кольцо вовлекает в движение тела качения, каждое из которых вращается вокруг своей оси и перекатывается по дорожкам качения между наружным и янутренним тго.пкцами [1]

Адаптерный буксовый узел является цельной, готовой к установке на шейки вагонных осей сборочной единицей (рисунок 4). В этом узле используются кассетные подшипники, установленные на шейки вагонных осей, которые лучше воспринимают на себя и передают через колеса на рельсы силы тяжести вагона с грузом и динамические нагрузки, появляющиеся при движении вагона, особенно при прохождении кривых участков пути. В этой конструкции роль корпуса выполняет наружное кольцо, а нагрузка с боковой рамы на подшипник передается через адаптер. Адаптер - деталь, предназначенная для свободного размещения на наружном кольце подшипника и передачи нагрузок от тележки на колесную пару [2].

а)

«ТзиСокниЯ ЕЯЗ.. ЛО «ЭРМ» (чдае« 49197 М|

9

ЛО • Алиям сы-(Ч(рмм2!2г 740.00 401|

Рисунок 4 - Конструктивное исполнение адаптерного буксового узла

АОкПщвай гдаосэн ЮМ1Э<К1Ь

1ч^тежпгк-«()СЧ1).01)

Ю • Коялри •Урэ.ге!ГО"У»ОД • (чрртек 55Б 1СЯС1-01

Рисунок 5 - Конструктивное исполнение адаптеров разными производителями

ШШШ ИЗВЕСТИЯ 1ранссиЬа 35

Икутрскяк ко и» в Лдалкр ровни

Шсйи оса коссиоА

Умотжтлыак

1КШ

Диет

1П.1Ы10

Основной задачей адаптера является перераспределение нагрузки от тележки на кассетный подшипник. Конструктивно адаптер выполняет роль опорной части обычной буксы и, как и корпус буксы, изготавливается литьем, имеет литьевые приливы, что позволяет ограничить продольные, поперечные и угловые смещения колесной пары относительно рамы тележки. Существуют разные конструктивные исполнения адаптеров кассетных букс (рисунок 5). Это, как правило, связано с заводами-изготовителя ми.

Сравнительный анализ по основным техническим характеристикам типового и адаптер ног о буксовых узлов представлен в таблице. Основные преимущества адаптерного буксового узла заключаются в следующем: увеличенный межремонтный пробег, практически в четыре раза, большая грузоподъемность и меньшие габариты.

Технические характеристики буксовых узлов различной конструкции

№ п/п Технические х арактеристики Цилиндрические подшипники Кассетные подшипники

1 Межремонтный пробег, тыс. км 300 1 200

2 Грузоподъемность, кН: динамическая статическая 534 774 990 1720

3 Осевой зазор в свободном состоянии, мм 0,07 -0,15 0,57-0,7

4 Тип смазки ЛЗ Ц НИИ/Букс ол Буксол

5 Габариты, мм 130 х 250 * 30 130 х 230 х 150

б Масса, кг 13,7 33,5

Анализ работ отечественных ученых подтверждает, что проблема повышения скоростей движения и осевых нагрузок грузовых вагонов на трехэлементных тележках является актуальной [3 - 8]. Уменьшение габаритов адаптерного буксового узла при неизменной конструкции боковой рамы позволяет разместить упругий элемент (рисунки б, 7), который обеспечивает упругое соединение боковых рам и колесных пар, защиту их от износов, повышает связанность боковых рам тележки в плане, снижает уровень нагруженности боковым рам, а также создаст условия установки колесных пар в положение, близкое к радиальному, при движении в кривых участках пути [5 - 8].

Рисунок б - Адоттерный буксоввш узел: 1 - боковая рама; 2 -резинометаллические элементы; 3 - адаптер; 4 - подшипник; 5 - колесная пара

Рисунок 7 - Первая ступень подвешивания тележки модели 12-9750 в виде полиуретано-металлических аморгиз аторов

В работах [3, 4] доказано, что введение упругой связи между колесными парами и боковыми рамами тележек позволяет повысить конструкционную скорость вагона и снижает его воздействие на путь, однако до сих пор такое подвешивание не получило эффективной конструктивной реализации. Анализ работ [3-8] позволяет сделать вывод о том, что

актуальными являются исследования по обоснованию конструктивного исполнения первой ступени подвешивания тележек грузовых вагонов, а также в данных работах исследователями уделяется большое внимание определению показателей динамических качеств грузового вагона, таких как максимальные горизонтальные и вертикальные виброускорения и виброперемещения, коэффициенты горизонтальной и вертикальной динамики, однако недостаточно внимания уделено оценке сил взаимодействия колеса и рельса, уровень которых определяет надежность элементов трибосистемы «колесо - рельс».

Для определения сил взаимодействия колеса и рельса необходимо рассмотреть колебания системы «вагон - путь» в процессе ее движения. Важной особенностью динамики железнодорожных экипажей является случайный характер внешних возмущений, которые математически описываются случайной функцией. В теории случайных процессов пользуются статистическими характеристиками, которые являются не числами, а функциями, причем неслучайными. Для стационарных случайных процессов такими характеристиками являются корреляционная функция и спектральная плотность [9].

В настоящее время не существует единой точки зрения относительно математической модели внешнего возмущения. Теоретическому и экспериментальному изучению возмущений, действующих на рельсовые экипажи со стороны пути, посвящены работы отечественных и зарубежных ученых. При этом делались многочисленные попытки описания экспериментальных данных о возмущениях с помощью аналитических выражений. Однако поскольку эксперименты проводились в разных условиях (например, различное состояние участков железных дорог и подеижного состава, отличающиеся по конструкции экипажи, неодинаковые погодные условия) и с использованием различных методик, то полученные при этом результаты в ряде случаев существенно отличаются друг от друга. Это иногда затрудняет их использование при теоретических исследованиях колебаний рельсовых экипажей. В данной работе используется выражение спектральной плотности внешнего возмущения (рисунок 8), предложенное профессором А. Н. Савоськиным [10, 11]:

где - дисперсия эквивалентной геометрической неровности; ц- - доля дисперсии случайного процесса, приходящаяся наг-й максимум спектральной плотности; сг- - половина ширины 1-го максимума на половине его высоты; ¿>г- - частота г-го максимума функции

спектральной плотности; V- скорость движения, м/с; г = 1, 2,...п -количество одновершинных составляющих функции спектральной плотности {п = 4); сь - частота. 3.0

кг/Гц

1,2

&

0,6

О 16 32 48 1ц ЯО

/"-^

Рисунок 3 - Функции спектральной плотности эквивалентной геометрической неровности

ШШШ ИЗВЕСТИЯ 1ранссиЬа 37

+ ехр

{о> + ьуу

Аср/2

(1)

V = 60 км/ч V - $0км/ч

V - 40 км/ч 1 V- 20к м/'ч

I [/|д V» 100 км/ч II а/. '-120 км/ч

На основании выражения (1) в программе Май С АО построены графики функции спектральной плотности эквивалентной геометрической неровности для летнего периода при хорошем состоянии пути и скоростях движения от 20 до 120 км/ч (см. рисунок 8).

В исследованиях вертикальных колебаний грузовых вагонов необходимо учитывать доминирующие особенности реальной системы, приняв следующие допущения для упрощения расчетной модели (рисунок 9).

1. Кузов, боковые рамы, колесные пары считаются твердыми телами, так как их жесткость многократно превышает жесткость упругих элементов системы.

2. В качестве упругих элементов в центральной ступени грузовых вагонов применяются цилиндрические пружины, отличающиеся по высоте, что позволяет получить билинейную силовую характеристику, каждый участок которой предназначен для работы в груженом или порожнем режимах соответственно.

3. В качестве упругих элементов буксовой ступени применяются полиуретано-металлические амортизаторы или рези но металлические элементы, которые совмещают в себе упругие и диссипативные свойства, следовательно, их считаем упругодиссипативной связью.

4. В рессорном подвешивании грузового вагона применяются демпферы сухого трения с нелинейными силовыми характеристиками, для линеаризации которых используется принцип энергетического баланса, в соответствии с ним вводится эквивалентное вязкое трение, определяемое через равенство работ, совершаемых демпфером, и вязким трением на периоде колебания.

5. Движение колесных пар по рельсам считаем безотрывным, что не всегда соответствует действительности, однако позволяет применять методику формирования дифференциальных уравнений, основанную на уравнении Лагранжа второго рода или принципе Даламбера.

6. Рельсовое основание представлено в виде приведенной массы пути с упругими и диссипативными связями (погрешность не более 12 %) [12].

7. Колебания считаются малыми, что позволяет допустить, что в расчетах ф» ф.

8. Возмущение, действующее на экипаж, является случайным.

Следовательно, для определения показателей динамических качеств в вертикальном направлении, а также сил взаимодействия колеса и рельса достаточно использовать модель условного одноосного железнодорожного экипажа [13], при этом для проведения сравнительного анализа грузового вагона с типовым и адаптерным буксовыми узлами достаточно изменять параметры упругодиссипативной связи между боковой рамой и колесной парой. В случае типового буксового узла вагон будет иметь одноступенчатое рессорное подвешивание, появление в конструкции упругого элемента над адаптером приводит к появлению полноценной второй :тупени подвешивания, при этом груз, который находится между кузовом и колесной парой, будет описывать колебания боковой рамы. Для исследования грузового и порожнего режимов движения вагонов достаточно менять соответствующие инерционные и упругодиссипативные параметры системы, а именно массу кузова и жесткость у пру г ого эле мента централь ной ступени. Особенность мод ели заключается в том, что все параметры экипажной части, а также пути приведены к одной колесной паре, что отражено в расчетной схеме. Фактически приведенная модель является частным случаем плоской модели, если считать воздействие пути как сосредоточенное или, другими словами, оказывающее одинаковое влияние на все колесные пары в определенный момент времени.

Рисунок 9 - Расчетная схема условного одноосного экипажа

¡нора

2024

Простота модели определяется в большей мере числом степеней свободы. При составлении моделей нужно стремиться к минимизации числа степеней свободы системы, но имея в виду то, что это приведет к увеличению погрешностей расчета. Оптимизация числа степеней свободы системы возможна как на стадии составления расчетной схемы, как это приведено в работе [14], так и после составления дифф еренциальных уравнений, в частности, методикой эквивалентного преобразования систем дифференциальных уравнении [15].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Для проведения расчета обозначим необходимые параметры и обобщенные координаты, которые представлены на рисунке 9: гх-вертикальное перемещение кузова; 2т-вертикальное перемещение боковой рамы; л - вертикальные колебания колесной пары; - вертикальные колебания участка пути, приведенного к колесной паре; г\ - случайная функция неровности рельса под колесной парой; т&- масса кузова; тт- масса боковой рамы; т*.п- масса колесной пары; тп - приведенная масса пути; ск - жесткость центральной ступени подвешивания; се-жесткость буксовой ступени подвешивания; сп - приведенная жесткость пути; (Зк -коэффициент вязкого трения центральной ступени подвешивания; (Зб - коэфф ициент вязкого трения буксовой ступени подвешивания; (Зп - приведенный коэф ф ициент вязкого трения пути.

Используя принцип Даламбзра, формируем систему дифференциальных уравнений, описывающих колебания узлов вагона: кузова, боковой рамы и колесной пары:

+ - ¿т) + = о;

«А + -4) + " 4п) + % т -4п) = °>

4 4 4

Кп+**п)4п+ |36(4.п "¿г)+Мкп+~2т)+«сп = +сп2Уг

Н 3=1 ;=1

(2)

Так как на вагон оказывают воздействие случайные возмущении, то решение системы необходимо проводить в частотной области на основе перехода к передаточным функциям. Для определения передаточных функций произведем преобразование системы (2) по Лапласу:

К*2 + фх + р5> + + 0&(в)-(Рьв+03<(в)-(Р»в + =0; (3)

где 5 - оператор передаточной функции в преобразовании Лапласа.

Решим систему уравнений (3) метод ом Крамера. Введем вектор неизвестных обобщенных координат для системы (3) следующим образом:

ад ад

(4)

Далее составим матрицу из коэффициентов при обобщенных координатах:

||В|§|| ШШШ -ШВЕСТИЯ Транссиба 39

——

"(М+О о

-Ф^+О -Ф^+О

+

о

Умножая матрицу -ХЦз) на вектор Z(s) , получим вектор, строки которого содержат левую часть уравнения (3), т. е. систему можно представить в матричном виде:

(б)

где В(/) =

О О

«п* +Рп 8 + Сп)Н($\

Введем в рассмотрение вектор передаточный функций обобщенных координат:

/ —

т

О)

Зная передаточные функции, можно оценить спектральные плотности и срсднс-квадратические отклонения «обобщенных» координат заданной механической системы «экипаж - железнодорожный путь» при известной спектральной плотности входного возмущения:

(2)

Кроме указанных вьппе характеристик нас будут интересовать ускорения подпрыгивания кузова, боковой рамы, колесных пар, характеризующих уровень динамических сил, действующих на узлы вагона:

(10)

Полученные выражения (7) - (10) позволяют провести соответствующие расчеты. Вычисления выполнялись для летнего периода года, хорошего состояния пути и с учетом параметров грузового вагона с типовым и адаптерным буксовыми узлами. Нарисунках 10 -15 представлены результаты расчетов, анализ которых доказывает, что применение в конструкции грузовых вагонов кассетных подшипников позволяет провести более глубокую модернизацию экипажной части грузовых вагонов за счет появления дополнительной ступени рессорного подвешивания.

1.0

А *

0.1

«в

0,25

1 / 2

30

00

120

Рисунок 10 - Виброускорения кузова грузового в агона Рисунок 11 - Виброускорения куз ов а грузового (груженый режим): 1 - с типовым бтксоввгм узлом; в агона (пороя-сний режим): 1 - с типовым бук с ов ым 2-е адаптерным буксоввгм узлом узлом; 2-е адаптерным буксовым узлом

Рисунок 12 - Виброускорения боковой рамы груз ов ого в агона (груженый режим):

Рисунок 13 - Виброускорения боковой рамы грузового вагона (порожний режим)

ШШШ ИЗВЕСТИЯ 1ранссиЬа 41

(?ки

4(1

Рисунок 14 - Виброускорения колесной пары грузового вагона(груженьш режим): 1 -стиповвзм бук с овьем узлом; 2-е адаптерньлг! букс овым узлом

Рисунок 15 -Виброускоренияколеснойпарв1 груз ов ого вагона (порожний режим) :1-е типоввпл буксовым узлом; 2-е адаптерньлл бук с овым узлом

Определим передаточную функцию для динамической добавки давления колеса на путь. Передаточная функция определяется с помощью третьего уравнения системы (3), в котором нужно правую часть заменить на -Рр, а в левой части все параметры принять равными нулю, тогда имеем:

Используя соотношения определим передаточную функцию динамической добавки:

Щ = ад = + (8).

(И)

(12)

(13)

Спектральная плотность и среднеквадратическое отклонение динамической добавки определяются так:

(14)

Яр (<0)с1(0.

Результаты расчетов представлены на рисунках 16,17. Вериф икация данных, полученных при моделировании, является немаловажной составляющей любого исследования. Полученные в результате расчета значения показателей динамических качеств грузового вагона необходимо сравнить с результатами натурных испытаний. Для сравнительного анализа теоретических и экспериментальных данных были использованы полученные в АО «ВНИКТИ» результаты ходовык динамик о-прочностных испытаний четырех опытных грузовых вагонов, вагона-цистерны на тележках с кассетными подшипниками и вагона-эталона на тележках по ГОСТ 9246-2013, тип 2 в составе грузового поезда по маршруту Татарск - Хабаровск и обратно [16], на основе которых можно заключить, что предложенная модель адекватно описывает колебания грузового вагона.

км/ч

1>П

Л кН а и

^1

.50

vii

а 50

^\ 2

.«и

т

ХМ.'Ч

120

би

ш/ч

120

Г

Рисунок 16 -Среднеквадратическо:: отклонение динамической добавки давления колеса на релвс (груженый режим): 1 - с типовым буксовым узлом; 2-е адаптернвлл буксовым узлом

Рисунок 17 -Среднеквадрагическое отклонение динамической добавки давления колеса на релвс (порожний режим): 1 - с типовым буксовым узлом; 2-е адаптернвлл буксовым узлом

Таким образом, на основе проведенного расчета можно заключить, что применение в конструкции грузового вагона адаптер ног о буксового узла имеет ряд преимуществ перед типовой конструкцией:

1) снижаются виброускорения кузова, например, при скоростях движения от 90 до 120 км/ч в два раза для груженого режима, что обеспечит сохранность перевозимых грузов, а также позволит увеличить скорость движения поезда;

2) достигается снижение уровня нагруженности боковых рам. Так, согласно результатам расчетов вертикальные виброускорейия в груженом режиме уменьшаются в три раза, что повышает надежность в эксплуатации;

3) снижается динамическая составляющая сил взаимодействия колеса и рельса в порожнем режиме, что позволит уменьшить напряжения в пятне контакта и сократить количество дефектов поверхности катания колес.

Список литературы

1. Быков, Б. Б. Конструкция механической части вагонов / Б. Б. Быков, Б. Ф. Куликов. -Москва : Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2016. -247 с. - Текст: непосредственный.

2. Морчиладзе, И. Г. Совершенствование и модернизация буксовых узлов грузовых вагонов / И. Г. Морчиладзе, А. М. Соколов. - Текст : непосредственный // Железные дороги мира. - 2006. 10-С. 59-64.

3. Быбор конструкции первой ступени подвешивания трехэлементных тележек инновационных грузовых вагонов / М. А. Орлова, Б. А. Рудакова, И. Б. Ту рутин, А. Б. Саидова. - Текст : непосредственный // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2011. 3 (28). - С. 88-99.

4. Создание тележки с самоцентрирующимися колесными парами на базе трехэлементной рамы / Ю. П. Бороненко, Б. М. Бубнов, А. М. Орлова, Б. А. Рудакова. - Текст : непосредственный // Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты : сб. науч. статей. - Санкт-Петербург : Петербургский государственный университет путей сообщения, 2005. - С. 27-32.

5. Тележка для грузовых вагонов нового поколения с повышенными осевыми нагрузками / Б. П. Ефимов, А. А. Пранов, А. Н. Баранов, К. А. Белоусов. - Текст : непосредственный // Железнодорожный транспорт. - 2Э09. 6. - С. 58-61.

6. Бороненко, Ю. П. Тележки с повышенной осевой нагрузкой / Ю. П. Бороненко, А. М. Орлова. - Текст : непосредственный // Железнодорожный транспорт. - 2008. 10. -С. 50-54.

7. Коссов, Б. С. Тележка с осевой нагрузкой 25 тс для грузового вагона нового поколения / Б. С. Коссов, Б. А. Чаркин, Л К. Добрынин [и др.]. - Текст : непосредственный // Железнодорожный транспорт. - 2Э08. 7. - С. 55-58.

||В|§|| ШдШ ^^ ИЗВЕСТИЯ Транссиба 43

8. Ефимов, В. П. Исследование влияния упругой вставки адаптера на усталостную прочность боковой рамы тележки модели 18-194-1 / В. П. Ефимов, А. Н. Баранов, С. М. Буторин. - Текст : непосредственный // Транспорт Российской Федерации. Журнал о науке, практике, экономике. - 2015. - № 3 (58). - С. 75-77.

9. Галиев, И. И. Научные направления школы М. П. Пахомова за 50 лет (1961 - 2011) : монография / И. И. Галиев, В. А. Нехаев, В. А. Николаев. - Омск : Омский государственный университет путей сообщения, 2012. - 171 с. - Текст: непосредственный.

10. Механическая часть тягоеого подвижного состава / И. В. Бирюков, А. Н. Савоськин, Г. П. Бурчак [и др.]; Под ред. И. В. Бирюкова. - Москва : Транспорт, 1992. - 440 с. - Текст : непосредственный.

11. Трофимович, В. В. Основы механики подвижного состава / В. В. Трофимович. -Хабаровск : Дальневосточный государственный университет путей сообщения, 2018. -Ч. 1. -116 с. - Текст: непосредственный.

12. Камаев, В. А. Оптимизация параметров ходовых частей железнодорожного подвижного состава/В. А. Камаев. - Москва : Машиностроение, 1980. - 215 с. - Текст: непосредственный.

13. Вершинский, С. В. Динамика вагона / С. В. Вершинский, В. Н. Данилов, И. И. Челноков. - Москва : Транспорт, 1978. - 352 с. - Текст : непосредственный.

14. Ахмадеева, А. А. Рациональное задание числа степеней свободы динамической модели грузового вагона / А. А. Ахмадеева, В. Е. Гозбенко. - Текст : непосредственный // Системы. Методы. Технологии. - 2011. -№4 (12). - С. 25-28.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

15. Хохлов, А. А. Динамика :ложных механических систем / А. А. Хохлов. - Москва : Московский гос. ун-т путей сообщения (МИИТ), 2002. - 172 с. - Текст : непосредственный.

16. ЙЦ ПС(3) П892. Испытания вагонов на тележках по ГОСТ 9246-2013, тип 2, оборудованных подшипниками кассетного типа с адаптерами. Программа испытаний. -Москва : ОАО«РЖД», 2019. - 36 с. - Текст: непосредственный.

References

1. Bykov В.V., Kulikov V.F. Konstruktsiia mekhanickeskoi chasti vagonov [Designs of the mechanical part of cars]. Moscow, Educational and Methodological Center for education in railway transport Publ., 2016, 247 p. (In Russian).

2. Могchiladze I.G., Sokolov A M. Improvement and modernization axle boxes for freight cars. Zkeleznye dorogi mira - Railways of the world, 2006, no. 10, pp. 59-64 (In Russian).

3. Orlova A.M., Rudakova E.A.,Turutin I.V., Saidova A.V. The choice of the design of the three-piece bogy primary suspension for innovative freight cars. Izvestiia Peterburgskogo universitetaputei soohshcheniia - Proceedings of Petersburg transport university, 2011, no. 3 (28), pp. 88-99 (In Russi an).

4. Boronenko Yu.P., Bubnov V.M., Orlova A.M., Rudakova E.A. Creation of a trolley with self-centering wheel pairs based on a three-element frame. Rolling stock of the XXI century: ideas,, requirements, projects : the collection of scientific works. St. Petersburg, St. Petersburg State Transport Universiry Publ., 2005, pp. 27-32 (In Russian).

5. Efimov V.P., Pranov A.A., Baranov A.N., Belousov K.A. Trolley for trucks new generation wagons with increased axial loads. Zkeleznodorozknyi transport - Railway transport, 2009, no. 6, pp. 58-61 (In Russian).

6. Boronenko Yu.P., Orlova A.M. Bogies with increased axial load. Zkeleznodorozknyi transport - Railway transport, 2008. no. 10, pp. 50-54 (In Russian).

7. Kossov V.S., Charkin V.A., Eobrynin L.K, Meshcherin Yu.V., Ogan"ian E.S., Oguenko V.N., Berezin V.V., Sorochkin E.M., Panin Iu.A., Tkachenko V.N., Krasiukov N.F., Shevchenko V.G., Stavrova E.K. Trolley with an axial load of 25 tons-forces for a new generation freight car. Zkeleznodorozknyi transport - Railway transport, 2008, no. 7, pp. 55-58 (In Russian).

8. Yefimov V.P., Baranov A.N, Butorin S.M. Exploration of the influence of elastic adapter insert on fatigue strength of 18-194-1 model bogie side frame. Transport Rossiiskoi Pederatsii. Zkurnal о пайке, praktike, ekonomke - Transport of tke Russian Pederation. Journal of Science, Practice, Economics, 2015, no. 3 (53), pp. 75-77 (In Russian).

9. Galiev I.I., Nekhaev V.A., Nikolaev V.A. Naucknye napravleniia skkolyM. P. Pakkomova za 50 let (1961 - 2011): monografiia [Scientific directions of the M. P. Pakhomov school for 50 years (1961-2011): a monograph]. Omsk, Omsk State Transport University Publ., 2012, 171 p. (In Russian).

10. BiryukovI.V., Savos'kin A.N., BurchakG.P. etal., BiryukovI.V. ed. Mekhanicheskaia chast' tiagovogo podvizhnogo sostava [Mechanical part of traction rolling stock]. Moscow, Transport Publ., 1992, 440 p. (In Russian).

11. Trofimovich V.V. Osnovy mekhanih podvizhnogo sostava [Fundamentals of rolling stock mechanics]. Khabarovsk, Far Eastern State Transport University Publ., 2018, Part 1,116 p. (In Russian).

12. Kamaev V.A. Optimizctsiia parametrov khodovykk ckastei zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava [Optimization of the parameters of the running gear of railway rolling stock]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1930, 215 p. (In Russian).

13. Vershinskii S.V., Danil ov V.N., Chelnokov I.I. Dinamika vagona [Dynamics of the wagon]. Moscow, Transport Publ., 1978, 352 p. (In Russian).

14. Akhrnadeeva A.A., Gozber.ko V.E. Substantiation of transition from the system with six freedom degrees to the system with two degrees of freedom. Sistemy. Metody. Tekhnologii - Systems. Methods. Technologies, 2011, no. 4 (12), pp. 25-28 (In Russian).

15. Khokhlov A. A. Dinamika slozhnykk mekhanicheshkh sistem [Dynamics of complex mechanical systems]. Moscow, Moscow State Transport University Publ., 2002, 172 p. (In Russian).

16. IC PS(3) P892. Tests of wagon son trolleys according to GO ST 9246-2013 type 2, equipped cassette type bearings with adapters. The testprogram. Moscow, JSCo «RZD» Publ., 2019, 36 p. (In Russian).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Галнев Ильхам Исламовнч

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).

Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.

Доктор технических наук, профессор, советник при ректорате ОмГУПС а, заел уженный деятелв науки и техники РФ, профессор кафедрв1 «Теоретическая и прикл адная мех аник а».

Тел.:+7 (3212) 31-16-09.

Е-таП: Prezident@omgiYis.ru

Петракова Айна Геннадьевна

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).

Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.

Кандидат технических наук, доцент кафедры «В агоны и в агонное х ссяйство», ОмГУПС.

Тел.: +7 (913) 622-55-36.

Е-таП: petra-anna@yandex.ru

Мннжасаров Марат Хайргельдаевнч

Омский государственный технический универ-сит ет (ОмГТУ).

Мира пр., д. 11, г. Омск, 644053, Российская Федерация.

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматиз ация и робототехника», ОмГТУ.

Тел.:+7 (999) 456-25-39.

Е-таП: mtrix90@yandex.ru

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

GaHev ILkhajtt Islamovich

Omsk State Transport University (OSTU).

35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation

Doctor of Sciences in Engineering professor, advisor to the Rector's office of OSTU, honored scientist of RF, professor of the department «Theoretical and appli e d m e chani c s».

Phone:+7 (3212)31-16-09.

E-mail: Prezident@omgups.ru

Petrakova x\nna Gennadievna

Omsk State Transport University (OSTU).

35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation

Ph. D. in Engineering, associate professor of the department «Wagons and wagon facilities», OSTU.

Phone:+7 (913) 622-55-36.

E-mail: petra-anna@yandex.ru

Miitzhasarov Marat Khajergeldajevich

Omsk State Technical University (OmSTU).

11, Mira av., Om sk, 644050, the Russian Federation.

Ph. D. in Engineering associate professor of the department «x^utomation and robotics», OSTU.

Phone: +7 (999) 456-25-39.

E-mail: mmx90@yandex.ru

БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТШ BIBLIOGRAPHICDESCRIPTION

Галиев, И. И. Сравнительный анализ динамической нагруженности грузовых вагонов с различными типамибуксовых узлов /И. И. Галиев, А. Г. Петракова, M. X. Минжасаров. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба -2024.-№ 3 (59). -С. 33 -45.

Galiev I.I., Petrakova A.G., Minzhasarov M.Kh. Comparative analysis of the dynamic loading of freight wagons with different types of axle boxes. Journal of Transsib Railway Siudies, 2024, no. 3 (59), pp. 33-45 (In Russian).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.