CC BY
12соответствует устойчивому развитию общества и потому всё больше в мире прослеживается тенденция использования возобновляемых ресурсов при производстве пластиков, растет интерес к созданию и использованию экологически чистых продуктов.
Для разрешения экологической проблемы загрязнения биосферы следует предложить альтернативный материал для упаковки, который способен разложится в короткие сроки без нанесения вреда окружающей среде.
Наиболее перспективным решением является использование биополимерной пленки для упаковки пищевых продуктов, которую получают с помощью полимеризации сырьевых материалов на биологической основе. В упаковочной отрасли широко распространены пленки из сырья на основе крахмала, целлюлозы, хитина или хито-зана, желатина и др. Они способны разложится путем химического, физического или биологического воздействия с получением следующих составляющих: углекислый газ, метан, воду, неорганические компаунды или биомассы [4-6].
Чаще всего описанные биополимеры применяются для производства одноразовой упаковки. В России также распространены оксоразлагаемые полимерные материалы, имеющие в своем составе соли металлов или наполнитель - крахмал, такие материалы не являются биораз-лагаемыми, так как у них в составе в большом количестве содержатся традиционные полимеры [7].
На данный момент потребность в массовом производстве биополимерной упаковке отсутствует в виду того, что поведение такой упаковки в процессе хранения продукта не изучена. Предлагается создать технологию замораживания и низкотемпературного хранения пищевых продуктов, которая позволила бы использовать биополимеры на основе растительного сырья в качестве упаковки.
Процесс замораживания продукции в биополимерной упаковке рассмотрим на примере овощных полуфабрикатов, изготовленных из целых или нарезанных плодов, овощей, бахчевых культур с добавлением натуральных пищевых компонентов или без них, упакованных и замороженных ускоренным способом до достижения внутри продукта температуры - 18 °С и предназначенные для хранения и реализации при этой температуре.
Предполагается замораживать фасованное мытое, очищенное, нарезанное, прошедшее инспекцию, бланшированное и подсушенного сырья в биополимерных пакетах. Пакеты предварительно вакуумируются. Предварительное замораживание можно осуществить конвективным способом с помощью принудительного обдувания воздухом, в результате чего затвердеет поверхностный
слой глубиной 2-3 мм, приобретя дополнительную механическую прочность. Окончательное замораживание можно осуществить с помощью контактного способа. Весь процесс будет производится при температуре минус 30-35°С в течении 20 - 90 минут в зависимости от типа продукта, его размеров и массы.
В результате, полученный готовый продукт будет упакован в вакуумированную биополимерную упаковку, которая значительным образом увеличит сроки хранения, надежно защитит продукт от потери ароматических качеств и усушки, а также придаст товару оптимальный эстетический вид.
В заключение выделим основные преимущества использования биополимеров при производстве упаковки:
- уменьшение процента полимерных отходов в будущем;
- уменьшение выбросов в атмосферу СО2;
- независимость от нефтехимического сырья;
- культивирование восстанавливаемых ресурсов [6, 7].
Список литература
1. Холодильная технология пищевых производств: учебник для вузов: в 3 частях [Текст] / В.И. Филиппов, М.И. Кременская, В.Е. Куцакова. - СПб.: ГИОРД, 2008. - 576 с.
2. 2 Шутова М. Замороженные продукты питания быстрого приготовления: Статья. - Режим доступа: http://www.allwomens.ru/7815-zamorozhennye-produkty-pitaniya-bystrogo-prigotovleniya.html
3. 3 Экспертиза продуктов переработки плодов и овощей [Текст]: учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по спец. 351100 "Товароведение и экспертиза товаров" и др. технолог. спец. пищевого профиля / И.Э. Цапалова [и др.]; ред. В. М. Позняковский. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2003. - 271 с
4. 4 Коваленко О. Биоразложение: углеродный след упаковки [Текст] / О. Коваленко, М. Молодиченко // Тара и упаковка. - 2011. - №4. - С. 16-20
5. 5 Панина, Т. Свойства биоразлагаемого полиэтилена, наполненного крахмалом [Текст] / Т. Панина, А. Федотова // Тара и упаковка. - 2011. - №6. - С. 1213
6. 6 Упаковка из биоразлагаемых материалов [Текст] // Тара и упаковка. - 2012. - №4. - С. 40-41
7. 7 Бабаева, С. Биополимеры или разлагающие добавки [Текст] / С. Бабаева // Тара и упаковка. - 2008. - №5. - С. 12-16
СВЯЗЬ ПАРАМЕТРОВ ВОЛНООБРАЗНОГО ИЗНОСА РЕЛЬСОВ С ДИНАМИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ СИСТЕМЫ «ХОДОВЫЕ ЧАСТИ - ПУТЬ» И СКОРОСТЬЮ
Козырев Александр Иванович
кандидат технических наук, доцент, Московский государственный университет путей сообщения
COMMUNICATION OF PARAMETERS OF WAVE-SHAPED DEPRECIATION OF RAILS WITH DYNAMIC PROPERTIES OF SYSTEM «RUNNING GEARS - THE WAY» AND SPEED
Kozyrev Alexandr, Candidate of the technical. Sciences, assistant professor of Moscow state university of means of communication
АННОТАЦИЯ
Определена зависимость параметров волнообразных неровностей рельсов от динамических свойств системы «ходовые части - путь», базы тележек подвижного состава и скоростью движения.
ABSTRACT
The relation of parametres of wave-shaped irregularities of rails to dynamic properties of system «running gears - a way», baselines of dollies of railway vehicles and speed of motion is determined.
Ключевые слова: железнодорожный путь; волнообразный износ; динамика; подвижной состав; тележка; ходовая часть; скорость движения
Keywords: track; wave-shaped depreciation; dynamics; railway vehicles; a dolly; a running gear; speed of motion
Результаты выполненных комплексных исследований [1-5] показали, что при динамическом взаимодействии ходовых частей с верхним строением пути в упруго деформированном рельсе между смежными колёсами тележек эксплуатируемого подвижного состава возникают резонансные явления. Они вызваны образованием в рельсе суперпозиции мод вертикальных колебаний (стоячих волн) на соответствующих резонансных частотах. При этом каждой моде колебаний из этой суперпозиции соответствует определённая длина стоячей волны, равная частному от деления расстояния между смежными колёсами (базы) эксплуатируемых тележек подвижного состава на номер моды колебаний рельса.
Известно, что в связанной динамической системе «ходовые части - путь» существуют собственные формы вертикальных колебаний неподрессоренных масс на пути и соответствующие этим формам собственные (резонансные) частоты. При совпадении этих собственных частот во время движения с частотами прохода смежными колёсами неровностей из образующейся суперпозиции стоячих волн в упруго деформированном рельсе, то в рельсе возникают дополнительные резонансные явления с обра-
ПК (м)
зованием резонирующих стоячих волн. На длине этих резонирующих стоячих волн, сравнительно с другими длинами стоячих волн в рельсе, в зоне контакта увеличиваются динамические силы и напряжения, которые усиливают пластическую деформацию на поверхности катания рельса [6]. Скорости движения, на которых происходит образование в упруго деформированном рельсе резонирующих стоячих волн, являются резонансными. Поэтому система из смежных колёс тележки и упруго деформированного между ними рельса представляет собой колебательную систему с резко выраженными резонансными свойствами.
Резонансные явления в рельсе между смежными колёсами тележек при динамическом взаимодействии ходовых частей с верхним строением пути присутствуют всегда, но они являются лишь необходимым, но не достаточным условием образования и дальнейшего развития волнообразного износа при эксплуатации. Достаточным же условием является наличие ряда эксплуатационных, конструктивных и технологических факторов [7].
На рисунке 1 представлены фрагменты записи волнообразных неровностей на участке пути с эксплуатацией только электропоездов ЭР2.
- 24127,5
Ь- 24129 —1- я
ТА 130,5
24133,5
24135 -4
24136,5
-0,4 -0,2
Рисунок 1. Фрагмент записи волнообразных неровностей
При этом двухосные тележки моторных вагонов этих электропоездов имеют базу 2,6 м, а двухосные тележки прицепных вагонов - базу 2,4 м. Для определения связи образовавшихся волнообразных неровностей с параметрами ходовых частей эксплуатируемого подвиж-
Собственные частоты колебаний дин
ного состава, пути и скоростью движения рассчитаны (таблица 1) собственные частоты вертикальных колебаний двухмассовой динамической модели «ходовые части -путь», состоящей из массы неподрессоренной части и приведённой к ней массы пути.
Таблица 1
ической модели «ходовые части-путь», (Гц)
Мода колебаний Электропоезд ЭР2 моторный прицепной
Мода 1 32,3 34,5
Мода 2 197,7 209,1
Мода 1 определяет синфазные колебания не-подрессоренных масс и приведённой массы пути на вертикальной жёсткости подрельсового основания. Мода 2 определяет противофазные колебания неподрессорен-ных масс и приведённой массы пути на жёсткости контактной пружины.
Резонансные скорости движения определяются на основании рассчитанных для моды 1 и моды 2 собственных частот колебаний динамической модели «ходовые части - путь» (таблица 1), известных длин стоячих волн Лi в рельсе, которые кратны базам тележек моторного и прицепного вагонов (таблица 2), а также эксплуатационного диапазона скоростей на данном участке пути.
Резонансные скорости движения определяются согласно выражению
V ■ = / -х.
р1 ^ СП I
(1)
/
Л СП
где ^сп - собственная частота вертикальных колебаний динамической модели «ходовые части - путь»; п = 1,2 -номер моды колебаний;
1 - длина стоячей волны, соответствующая I -ой моде колебаний рельса.
На рисунке 2 представлен полигон скоростей движения электропоездов на исследуемом участке пути, в таблице 3 резонансные скорости движения электропоездов ЭР2, а на рисунке 3 - амплитудный спектр волнообразных неровностей
БАЗАТЕЛЕЖКИ БАЗАТЕЛЕЖКИ
(м) (м)
Таблица 2
Длины стоячих волн ^ кратные базам тележек электропоезда ЭР2
№ моды колебаний рельса i МОТОРНЫЙ ВАГОН ЭР2 2,6 ПРИЦЕПНОЙ ВАГОН ЭР2 2,4 № моды колебаний рельса i МОТОРНЫЙ ВАГОН ЭР2 2,6 ПРИЦЕПНОЙ ВАГОН ЭР2 2,4
ДЛИНА СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ Л, (м) ДЛИНА СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ Л, (м)
1 2,6 2,4 21 0,123 0,114
2 1,3 1,2 22 0,118 0,109
3 0,866 0,8 23 0,113 0,104
4 0,65 0,6 24 0,108 0,1
5 0,52 0,48 25 0,104 0,096
6 0,433 0,4 26 0,1 0,0923
7 0,371 0,342 27 0,096 0,0888
8 0,325 0,3 28 0,092 0,085
9 0,288 0,266 29 0,089 0,0827
10 0,26 0,24 30 0,086 0,08
11 0,236 0,218 31 0,0838 0,0774
12 0,216 0,2 32 0,0812 0,075
13 0,2 0,184 33 0,0787 0,0727
14 0,185 0,171 34 0,0764 0,0705
15 0,173 0,16 35 0,0742 0,0685
16 0,165 0,15 36 0,0722 0,0666
17 0,152 0,141 37 0,0702 0,0648
18 0,144 0,133 38 0,0684 0,0631
19 0,136 0,126 39 0,0666 0,0615
20 0,13 0,12 40 0,065 0,06
45 40 35 30 £25 °20 «315 10 5 0
□ Ря.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 V, км/ч
Рисунок 2. Полигон скоростей движения на участке пути с эксплуатацией электропоездов ЭР2
Таблица 3
Резонансные скорости движения электропоезда ЭР2
Резонансные скорости Ур,, Тележка моторного вагона Тележка прицепного вагона
км/ч (м/с) Мода 1 Мода 2 Мода 1 Мода 2
(32,3 Гц) (197,7 Гц) (34,5 Гц) (209,1 Гц)
Ур2 = 151 (42,0) 1,3 0,212 1,2 0,20
Урз = 100 (27,7) 0,86 0,140 0,8 0,131
Ур4 = 75,5 (20,9) 0,65 0,104 0,60 0,10
Ур5 = 60,4 (16,7) 0,52 0,084 0,48 0,079
Ура = 50,3 (13,9) 0,433 0,070 0,4 0,066
Ур7 = 43,1 (12,0) 0,371 0,060 0,342 0,057
Ура = 37,8 (10,4) 0,325 0,053 0,300 0,049
Ур9 = 33,6 (9,33) 0,289 0,047 0,268 0,044
Урш = 30,2 (8,4) 0,26 0,042 0,24 0,040
Ури = 27,4 (7,6) 0,236 0,038 0,218 0,036
Ур12 = 25,1 (6,97) 0,216 0,035 0,2 0,033
Ур13 = 23,2 (6,46) 0,2 0,032 0,184 0,030
Ур14 = 21,5 (5,97) 0,185 0,030 0,171 0,028
Ур15 = 20,1 (5,58) 0.173 0.028 0.154 0.026
Ур16 = 19,1 (5,32) 0.165 0.027 0.146 0.025
Ур17 = 17,7 (4,9) 0.152 0.025 0.135 0.023
Ур18 = 16,7 (4,65) 0.144 0.023 0.128 0.022
Ур19 = 15,8 (4,39) 0.136 0.022 0.120 0.020
Ур20 = 15,1 (4,2) 0.130 0.021 0.114 0.019
Ур21 = 14,3 (3,97) 0.123 0.020 0.109 0.018
Из анализа амплитудного спектра волнообразных неровностей (рисунок 3) и данных таблицы 2 следует, что неровности с длинами волн 0,65м и 0,6м, а также неровности с длинами волн 0,104м и 0,10м (согласно данных таблицы 3) образовались при многократном проходе по данному участку пути электропоездов с резонансной скоростью 75,5 км/ч (20,9 м/с).
При движении с этой скоростью происходит совпадение собственных частот вертикальных колебаний в динамической системе «ходовые части - путь» по первой и второй модам с частотами прохода смежными колёсами неровностей, длины которых из образующейся суперпозиции стоячих волн в упруго деформированном рельсе соответствуют четвёртой моде. При этом неровности с длинами волн 0,65м и 0,104м образовались при взаимодействии с путём ходовых частей моторных вагонов, а неровности с длинами волн 0,6м и 0,10м - при взаимодействии
с путём ходовых частей прицепных вагонов электропоезда.
Подобный анализ для образовавшихся на поверхности катания рельсов неровностей с длинами волн 0,52м и 0,48м, а также неровностей с длинами волн 0,084м и 0,079м показывает, что эти неровности образовались при многократном проходе на этом участке пути электропоездов с резонансной скоростью 60,4 км/ч (16,7 м/с). При движении с этой скоростью также происходит совпадение собственных частот вертикальных колебаний в динамической системе «ходовые части - путь» по первой и второй модам с частотами прохода смежными колёсами неровностей, длины которых из образующейся суперпозиции стоячих волн в упруго деформированном рельсе соответствуют пятой моде.
Отмеченные на амплитудном спектре неровности с длинами волн 0,433м, 0,371м и 0,325м образовались при
взаимодействии с путём ходовых частей моторных вагонов при резонансных скоростях движения 50,3 км/ч (13,9 м/с), 43,1 км/ч (12,0 м/с) и 37,8 км/ч (10,4 м/с) соответственно. На этих скоростях движения совпадают собственные частоты вертикальных колебаний в динамической системе «ходовые части - путь» по первым модам колебаний с частотами прохода смежными колесами тележки неровностей, длины которых из образующейся суперпозиции стоячих волн в упруго деформированном рельсе со-
ответствуют шестой, седьмой и восьмой модам. Неровности с длинами волн 0,07м, 0,06м и 0,053м (на рисунке 3 не отмечены) при движении с указанными скоростями являются резонирующими стоячими волнами по вторым модам колебаний ходовых частей моторных тележек. Они имеют меньшие амплитуды, сравнительно с амплитудами аналогичных неровностей по четвёртой и пятой модам, которые образовались при движении с более высокими скоростями движения (75,5 км/ч и 60,4 км/ч).
0.66 0.33 0.22 0.166 0.133 0.111 0.095 0.083 0.066
Рисунок 3. Амплитудный спектр волнообразных неровностей
При движении с резонансными скоростями менее 4. 37 км/ч (см. таблицу 4.3) на поверхности катания рельсов образуются только неровности с длинами волн, которые являются резонирующими стоячими волнами по первой моде вертикальных колебаний ходовых частей тележек моторных и прицепных вагонов.
Выполненный анализ для электропоездов ЭР2 показывает, что параметры волнообразных неровностей связаны с динамическими свойствами системы «ходовые части - путь», базой тележек и эксплуатационными скоро- 5. стями движения на конкретном участке пути.
Список литературы 6.
1. Козырев А.И. От чего зависят короткие непрерывные неровности на рельсах. - «Путь и путевое хозяйство». - 2003 - № 11. - Ст. 11-14
2. Козырев А.И. Истинные причины волнообразных 7. неровностей. - «Путь и путевое хозяйство». - 2003
- № 9. - Ст. 26-27
3. Козырев А.И. Чем измерять волнообразный износ.
- «Путь и путевое хозяйство». - 2006 - № 10. - Ст. 10-11
Козырев А.И., Карташев Ю.В. Переносные компьютеризированные технические средства для контроля продольного и поперечного профилей рабочей поверхности головки рельсов. // Труды международной научно-практической конференции «Транссибирская магистраль на рубеже ХХ-ХХ1 веков: Пути повышения эффективности использования перевозочного потенциала». М., 2003. - Ст. ^Ь-19 ^ МЬ-21
Козырев А.И., Алижан А. К вопросу о причинах волнообразных неровностей. - «Мир транспорта». -М., 2009, № 2. - Ст. 8-11
Козырев А.И., Алижан А. Методика расчёта напряжённо-деформированного состояния колеса и рельса в зоне контакта. - «Железнодорожный транспорт». - М., 2009, № 12. - Ст. 41-43 Козырев А.И. Что способствует образованию волнообразных неровностей. - «Путь и путевое хозяйство». - 2007 - № 10. - Ст. 6-7
