Научная статья на тему 'Усовершенствование несущей конструкции вагона-платформы для повышения эффективности контейнерных перевозок'

Усовершенствование несущей конструкции вагона-платформы для повышения эффективности контейнерных перевозок Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
266
50
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВАГОН-ПЛАТФОРМА ЗЧЛЕНОВАНОГО ТИПУ / НЕСУЧА КОНСТРУКЦіЯ / ОПТИМіЗАЦіЯ / ДИНАМіКА / МіЦНіСТЬ / МОДЕЛЮВАННЯ / НАВАНТАЖЕНіСТЬ КОНСТРУКЦії / КОМБіНОВАНі ПЕРЕВЕЗЕННЯ / A PLATFORM CAR OF ARTICULATED D TYPE / SUPPORTING STRUCTURE / OPTIMIZATION / DYNAMICS / STRENGTH / SIMULATION / STRUCTURE LOADING / MIXED TRANSPORTATIONS / ВАГОН-ПЛАТФОРМА СОЧЛЕНЕННОГО ТИПА / НЕСУЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ / ОПТИМИЗАЦИЯ / ДИНАМИКА / ПРОЧНОСТЬ / МОДЕЛИРОВАНИЕ / НАГРУЖЕННОСТЬ КОНСТРУКЦИИ / КОМБИНИРОВАННЫЕ ПЕРЕВОЗКИ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Ловская А. А.

Цель. Данное исследование направлено на усовершенствование несущей конструкции вагона-платформы для повышения эффективности контейнерных перевозок. Методика. Для достижения поставленной цели проведены исследования прочности универсального вагона-платформы модели 13-401, определены резервы прочности несущих элементов его конструкции и предложены более оптимальные, с точки зрения минимальной материалоемкости, профили выполнения основных продольных балок рамы. Правильность принятых решений подтверждена расчетами несущей конструкции вагона-платформы на прочность (при основных эксплуатационных режимах нагружения) и усталость с учетом базы испытаний 107 циклов. Для возможности закрепления контейнеров на раме вагона-платформы предлагается оснащение его откидными фитинговыми упорами, что позволит осуществлять перевозку 20-ти и 40-футовых контейнеров. С целью повышения эффективности контейнерных перевозок в направлении международных транспортных коридоров, которые проходят через территорию Украины, на базе усовершенствованной конструкции вагона-платформы разработан вагон-платформа сочлененного типа. Выполнено математическое моделирование динамической нагруженности вагона-платформы с контейнерами, размещенными на нем (два контейнера типоразмера 1СС) при эксплуатационных режимах нагружения. Определены максимальные ускорения, которые действуют на несущую конструкцию, и учтены их численные значения при компьютерном моделировании прочности вагона-платформы сочленённого типа. Результаты. Разработана несущая конструкция вагона-платформы сочлененного типа на базе универсального вагона-платформы. Получены уточненные величины динамических нагрузок, которые действуют на несущую конструкцию вагона-платформы сочлененного типа с контейнерами, размещенными на нем при эксплуатационных режимах нагружения, и определены максимальные эквивалентные напряжения в несущей конструкции вагона-платформы. Научная новизна. Предложена математическая модель перемещений вагона-платформы сочлененного типа с контейнерами, размещенными на нем при эксплуатационных режимах нагружения несущей конструкции. Разработана модель прочности несущей конструкции вагона-платформы сочлененного типа, созданного на базе универсального вагона-платформы. Практическая значимость. Результаты проведенных исследований могут использоваться при проектировании вагонов-платформ сочлененного типа для обеспечения их прочности при комбинированных перевозках.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Ловская А. А.

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

IMPROVEMENT OF THE SUPPORTING STRUCTURE OF PLATFORM CAR FOR HIGHER EFFICIENCY OF CONTAINER TRANSPORTATIONS

Purpose. The article is aimed to improve supporting structures of the platform car to increase the efficiency of container transportations. Methodology. In order to achieve the objective, the strength investigations of the universal platform car of the model 13-401 were conducted, strength reserves of the supporting elements were defined, and more optimal profiles of basic longitudinal beams of the frame in terms of the minimum material capacity were proposed. Decision correctness was confirmed by the strength calculation of the platform car supporting structure at basic loading operational modes and fatigue taking into account the research database of 107 cycles. It has been proposed to equip a platform car with swing fitting stops for fastening containers on the frame, which allows transportation of 20ft and 40ft containers. In order to improve container transportation efficiency along international transport corridors running through Ukraine, a platform car of articulated type has been designed on the base of the improved platform car structure. The mathematical simulation of dynamic loads of the platform car with containers (two 1CC containers) at operational loading modes has been carried out, the maximum accelerations influencing the support structure have been defined, and their multiple values have been considered in computer simulation of the strength of the platform car of articulated type. Findings. The support structure of the platform car of articulated type on the basis of the standard platform car has been developed. Refined values of dynamic loads influencing supporting structure the platform car of articulated type with containers at operational loading modes have been obtained; the maximum equivalent stresses in the platform car support structure have been defined. Originality and practical value. A mathematical model of displacements for a platform car of articulated type with containers at operational loading modes of supporting structure has been proposed. The strength model of the supporting structure for the platform car of articulated type based on the standard platform car has been developed. Results of the research can be used in designing of platform cars of articulated type to provide their strength at mixed transportations.

Текст научной работы на тему «Усовершенствование несущей конструкции вагона-платформы для повышения эффективности контейнерных перевозок»

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)

РУХОМИЙ СКЛАД I ТЯГА ПО1ЗД1В

УДК [629.463.62:656.073.235]-047.58

А. О. ЛОВСЬКА1*

1 Каф. «Вагони», Укра!нський державний утверситет зал1зничного транспорту, пл. Фейербаха, 7, Харюв, Укра!на, 61050, тел. +38 (057) 730 10 35, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-8604-1764

УДОСКОНАЛЕННЯ НЕСУЧО1 КОНСТРУКЦИ ВАГОНА-ПЛАТФОРМИ ДЛЯ П1ДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 КОНТЕЙНЕРНИХ ПЕРЕВЕЗЕНЬ

Мета. Дане дослщження спрямоване на удосконалення несучо! конструкци вагона-платформи для пвд-вищення ефективносп контейнерних перевезень. Методика. Для досягнення зазначено! мети проведен до-слвдження мщносл ушверсального вагону-платформи модел 13-401, визначен1 резерви мщносл несучих елеменпв його конструкци та запропоноваш бшьш оптимальш, з точки зору мшмально! матер1алоемносп, профш виконання основних повздовжшх балок рами. Правильшсть прийнятих ршень пвдтверджено розра-хунками несучо! конструкци вагона-платформи на мщшсть (при основних експлуатацшних режимах наван-таження) та втому - з урахуванням бази випробувань 107 цикл1в. Для можливосп закршлення контейнер1в на рам1 вагона-платформи пропонуеться оснащения його вщкидними фггинговими упорами, що дозволить здшснювати перевезення 20-ти та 40-футових контейнер1в. З метою шдвищення ефективносп контейнерних перевезень у напрямку м1жнародних транспортних коридор1в, як1 проходять через територш Укра!ни, на баз1 удосконалено! конструкци вагона-платформи розроблено вагон-платформу зчленованого типу. Прове-дене математичне моделювання динам1чно! навантаженосп вагона-платформи з контейнерами, розмщени-ми на ньому (два контейнери типорозм1ру 1СС) при експлуатацшних режимах навантаження. Визначено максимальт прискорення, яш дшть на несучу конструкцш, та враховано !х чисельт значення при комп'ютерному моделюванн мщносп вагона-платформи зчленованого типу. Результати. Розроблено несучу конструкцш вагона-платформи зчленованого типу на баз1 ушверсального вагона-платформи. Отримано уточнен величини динам1чних навантажень, як1 дшть на несучу конструкцш вагона-платформи зчленованого типу з контейнерами, розмщеними на ньому при експлуатацшних режимах навантаження, та визначено максимальш екывалентш напруження в несучш конструкци вагона-платформи. Наукова новизна. За-пропоновано математичну модель перемщень вагона-платформи зчленованого типу з контейнерами, розмщеними на ньому при експлуатацшних режимах навантаження. Розроблено модель мщносп несучо! конструкци вагона-платформи зчленованого типу, створеного на баз1 ушверсального вагона-платформи. Практична значимкть. Результати проведених дослвджень можуть використовуватися при проектуванш вагошв-платформ зчленованого типу для забезпечення !х мщносп при комбшованих перевезеннях.

Ключовi слова: вагон-платформа зчленованого типу; несуча конструкщя; оптим1защя; динамжа; мщшсть; моделювання; навантажешсть конструкци; комбшован перевезення

Вступ

Прискореш темпи 1нтеграци Украши в систему м1жнародних транспортних коридор1в викли-кають необхщшсть створення та введення в екс-плуатащю комбшованих транспортних систем. doi 10.15 802/stp2017/94313

Одними з найбшьш перспективних на сьогодш е контейнерш перевезення, що зумовлено мобшь-шстю контейнера, як транспортного засобу. Перевезення контейнер1в зашзницею здшснюетъся здебшьшого на вагонах-платформах.

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)

Для забезпечення ефективносп перев1зного процесу необхщними е розробка та впроваджен-ня у експлуатащю вагошв-платформ нового по-кол1ння з покращеними техшко-економ1чними показниками. Це зумовило створення та введення в експлуатащю вагошв-платформ зчленованого типу, яю вже не перший рш усшшно експлуату-ються на зашзницях Укра!ни.

Вщповщно до Постанови Кабшету М1тстр1в Укра!ни № 1390-2009-п вщ 16.12.2009 «Про за-твердження Державно! цшьово! програми рефор-мування зашзничного транспорту на 2010-2019 роки», метою яко! е розвиток конкурентного се-редовища на ринку зашзничних послуг, пщви-щення ефективносп його функцюнування, а та-кож задоволення потреб нацюнально! економши та населення в перевезеннях, необхщним е створення рухомого складу нового покол1ння з пщ-вищеними техшко-економ1чними показниками, а також комбшованих систем транспорту, що за-безпечить пщвищення об'ем1в перевезень ванта-ж1в через м1жнародш транспорты коридори.

Недостатнш р1вень поповнення вагонного парку Укрзашзнищ за останш роки зумовлюе необ-хщшсть впровадження в експлуатащю нових те-хшчних ршень щодо удосконалення несучих конструкцш кузов1в вагошв для здшснення потреб у перевезеннях завдано! номенклатури ван-таж1в.

Питання проектування рухомого складу для перевезення великовагових ванташв розгля-нут у [23]. Дослщження динамши та мщносп здшснено за допомогою сучасних засоб1в про-грамного забезпечення ProMechanica та CosmosWorks. При проектуванш несучо! конс-трукцл транспортеру виконано дослщження щодо можливосп його виконання з р1знотипних ма-тер!ашв.

Конструкцшт особливосп вагона для ¿нтер-модальних перевезень розглянуп у [24]. Вагон мае понижену середню частину, а наявшсть обо-ротно! частини дае можливють здшснювати зава-нтаження/вивантаження автотехшки на/з нього самокатом.

Питання удосконалення комбшованих перевезень, зокрема контейнерних, розглянуп у [16], де виконано анашз особливостей кршлен-ня контейнер1в на вагонах-платформах. З метою пщвищення техтко-економ!чних показ-ниюв вагошв при перевезенш контейнер1в р1зно-

го типорозм1ру обгрунтувано удосконалення конструкцш довгобазних вагошв-платформ та вагошв-платформ зчленованого типу для цих пе-ревезень.

Пор1вняльний анашз витрат на повний житте-вий цикл 80-футового вагона-платформи та ваго-на-платформи зчленованого типу наведений у [5]. Виконаш дослщження дозволили обгрунтувати доцшьнють використання вагошв-платформ зчленованого типу в експлуатацл.

Дослщження навантаженосп та довгов!чносп зашзничних екшашв методами динамши систем тш виконуеться у [25]. Розглянута методика ви-користана при дослщженш динам1чно! навантаженосп та втомно! довгов!чносп рами довгобаз-ного вагона-платформи для перевезення контей-нер1в.

Анашз конструкцп вагона-платформи нового поколшня наведений у [30]. Особливютю вагона-платформи е можливють регулювання корисно! довжини залежно вщ габарипв вантажу, який преревозять.

Важливо зазначити, що у розглянутих працях не прищляетъся уваги дослщженню динам1чно! навантаженосп вагошв при експлуатащйних режимах.

Дослщження мщносп вагона-платформи при статичнш та динам!чнш навантаженосп його конструкцп наведеш у [29], при цьому викорис-таш експериментальш методи, зокрема - елект-ричного тензометрування.

Дослщження динамши вагона-платформи з використанням метод1в мультитша наведет у [27]. Розрахунок виконаний стосовно вагона-платформи з обертовою середньою частиною в середовищ! програмного забезпечення MSC Adams. Р1вняння руху вагона-платформи сфор-мульоваш в абсолютних координатах з використанням методу Лагранжа I роду.

Дослщження динам1ки зашзничного вагона з вщкритою завантажувальною платформою наведен! в [28]. Розрахунок виконаний у середовищ! програмного забезпечення MSC Adams. При цьому дослщження стшкосп проти перекидання вагона здшснювалося при його вписуванш у кри-ву рад1усом 250 м з урахуванням р1зно! швидко-сп руху.

Питання моделювання мщносп несучо! конструкцп вагона-платформи в зазначених роботах не розглянуп.

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&шзничного транспорту, 2017, № 1 (67)

Особливосп дослщження динам1чних якостей зчленованого вагона-платформи на математичних моделях розглядаються у [21]. В статп наведет ощнка власних форм коливань та стшкосп не-збуреного руху, дослщження динам1чних якостей на нетнший модел1 зчленованого вагона-платформи. При цьому дослщженню динам1чних особливостей вагона-платформи при I розрахун-ковому режиш, як випадку найб1льшо1 наванта-женост конструкци в експлуатаци, уваги не при-д1ляегься.

Полшшення техшчних характеристик секцш-ного вагона-платформи шляхом удосконалення його конструкци наведет у [7]. В робот наво-дяться математичш модел^ як дозволяють ви-значити динам1чш i мщтсш характеристики ва-гона-платформи зчленованого типу. Отримаш теоретичнi розрахунки пiдтвердженi шляхом екс-периментальних дослщжень мiцностi вагона-платформи.

При цьому в робой не виконуеться досль дження прискорень, як складово! динамiчного навантаження вагона-платформи при ди повздо-вжшх сил на його несучу конструкцш в умовах експлуатацiйних навантажень.

Дослщження просторових коливань вагона-платформи з довгомiрним вантажем при русi по зашзничнш колiï зi стиковими та гармошйними нерiвностями у горизонтальнiй та вертикальнш площинах наведенi у [2]. Опис коливань мехашч-ноï системи здiйснений шляхом складання систе-ми з двадцяти диференцiальних рiвнянь.

Особливосп динамiки вагона-платформи з несиметрично-розмiщеним вантажем вщносно рами розглянутi у [8]. Мехашчна система, що здiйснюе коливальний процес, включае 12 твер-дих тiл. Розв'язання системи диференцiальних рiвнянь здiйснено за допомогою методу Адамса-Башфорта.

У розглянутих роботах не прид^еться увага дослiдженню динамiки вагона-платформи, заван-таженоï контейнерами.

Дослiдження просторових коливань вагона-платформи наводяться у [12]. Вагон-плат-форма разом з контейнерами розглядався як пружна балка з дискретно розмщеними зосередженими масами, що опираеться на вiзки. При цьому вико-нувалася оцiнка впливу на ходовi якостi екiпажа ваги контейнерiв, що розмщеш на вагош-платформi.

Важливо зазначити, що питання удосконален-ня несучоï конструкцiï вагона-платформи з метою шдвищення ефективносп контейнерних перевезень у статп не розглядаються.

Визначення динамiчних характеристик комбь нованих поïздiв виконуеться у [9]. При цьому увагу зосереджено на дослiдженнi коливань ва-гошв-цистерн, що експлуатуються в напрямку «Схщ-Захщ». В роботi виконуеться математичне моделювання руху неоднородного по1'зда при рiз-них експлуатацiйних режимах.

Дослiдженню динамши вагонiв-платформ, як одного з найбшьш поширених типiв вагонiв при комбшованих перевезеннях, в роботi уваги не прид^еться.

Дослiдження щодо доцiльностi застосування круглих труб як елеменгiв несучих систем зашз-ничних вагонiв-платформ наведет у [22]. На тд-сташ виконаних теоретичних дослiджень напру-жено-деформованого стану несучо1' конструкцiï вагона-платформи моделi 13-401 визначенi резер-ви мщносп його складових та запропоновано ви-користання як несучих елементiв рами труб круглого перерiзу [19]. Дослщження динамiки удосконалено!' несучо1' конструкцiï вагона-платформи в роботi не виконуеться.

Дослщження динамiчноï навантаженностi ва-гона-платформи при маневровому спiвударяннi наведет у [15]. Отримано величини прискорень, як дiють на вагон-платформу та контейнери при вiдсутностi перемiщень фгтинпв вщносно фгтин-гових упорiв, а також при 1х можливих перемь щеннях.

Обгрунтування доцiльностi експлуатацiï ваго-нiв-платформ для перевезення контейнерiв, у тому чист конгейнерiв-цистерн, побудови заводу «Трансмаш» (Росiя) зазначене у [26]. Конструкщя вагона-платформи мае вантажопщйомшсть 73 тонни та може здшснювати перевезення контей-нерiв типорозмiру 1СС, 1С, а також 1СХ.

Дослщження мщносп несучоï конструкци ва-гона-платформи в зазначених роботах не викону-еться.

Питання щодо удосконалення несучоï конструкци вагона-платформи з метою забезпечення надiйностi закрiплення вiдносно палуби зашзни-чного порому розглядаються у [6]. Конструкцшш особливостi несучоï конструкцiï вагона-платформи дозволяють забезпечити стшюсть ко-

HayKa Ta nporpec TpaHcnopTy. BÎCHHK ^HinponeTpoBcbKoro Ha^oHanbHoro yHÎBepcHTeTy 3ani3HHHHoro TpaHcnopTy, 2017, № 1 (67)

HTeHHepiB npn nepeBe3eHHi Ha 3ani3HHHHux nopo-

Max 3 ypaxyBaHHHM BenuKHx KyriB KpeHy.

Oco6nHBocri po3poÔKH mBHgKÎCHoro 3HneHoBa-Horo BaroHa-nnar^opMH gna nepeBe3eHHa kohtcm-HepiB HaBegeHi y [14]. npuMHaTi Texmnm pimeHHa npn npoeKTyBaHHi BaroHa-nnar^opMH go3BonaKTb 3giMcHK>Bara ogHonaœe nepeBe3eHHa Ha HboMy gBox 40- a6o 45-4>yTOBux KoHreMHepiB hh norapbox 20-^yToBHx.

MogenKBaHHa мiцнocтi paMH BaroHa-nnar^opMH 3 ypaxyBaHHaM po3Mi^eHHa Ha HiM aB-TOMo6inbHoro HaniBnpuneny BHKoHyerbca y [3]. Y po6oTi 3anponoHoBaHo po3paxyHKoBy cxeMy, aKa go3Bonae orpuMaru yronHem 3HaneHHa Hanpy^eHb y HecyniM кoнcтpyкцiï BaroHa-nnar^opMH.

B po3rnaHyTux po6oTax He npuginaerbca yBaru gocnig^eHHK guHaMiKH BaroHa-nnar^opMH npu eKcnnyara^ï BigHocHo peMKoBux KoniM.

MeTa

MeTOK gocnig^eHb, aKi HaBegeHi b crani, e ygocKoHaneHHa Hecynoï KoHcrpyK^ï BaroHa-nnar^opMH 3 MeToK nigBH^eHHa e^eKTHBHocri KoHTeMHepHHx nepeBe3eHb. flna gocarHeHHa nocra-BneHoï MeTH BH3Hanem TaKi 3aBgaHHa:

1. BuKoHaTH gocnig^eHHa M^Hocri BaroHa-nnar^opMH Mogeni 13-401 npu eKcnnyara^MHHx pe^HMax HaBaHTa^eHHa Ta onTHMi3yBara eneMernu Moro Hecynoï кoнcтpyкцiï 3 MeTOK 3MeHmeHHa Ma-TepianoeMHocTi.

2. flocnigura gHHaMiHHi oco6nHBocri BaroHa-nnar^opMH 3HneHoBaHoro Tuny npu eKcnnyara^M-hhx pe^HMax HaBama^eHHa.

3. BuKoHaTH gocnig^eHHa M^Hocri ygocKoHa-neHoï Hecynoï кoнcтpyкцiï Barom-nnar^opMH 3HneHoBaHoro Tuny.

MeTOflHKa

flna nigBH^eHHa e^eKTHBHocTi KoHTeMHepHHx nepeBe3eHb 3ani3HHHHHM TpaHcnopTOM 3HaMmnu BHKopucTaHHa BaroHH-nnar^opMH 3HneHoBaHoro THny, aKi go3BonaKTb 36inbmura KopucHe 3aBama-^eHHa BaroHa KoHTeMHepaMH. B YKpaïHi BigoMHM gocBig po3po6KH Ta ycnimHoï eKcnnyara^ï TaKHx BaroHiB, ane ïx bhpo6hhutbo BHMarae 3HaHHux Ka-niTanbHHx BKnageHb. ToMy nponoHyerbca cTBopeH-Ha кoнcтpyкцiï 3HneHoBaHoro BaroHa-nnar^opMH Ha 6a3i yHiBepcanbHoro.

3 MeTOK cTBopeHHa BaroHa-nnar^opMH 3HneHo-BaHoro Tuny gna nepeBe3eHHa KoHTeMHepiB aK npo-ToTHn o6paHHM BaroH-nnar^opMa Mogeni 13-401, Bupo6HH^Ba flpinpog3ep^HHcbKoro BaroHo6ygiB-Horo 3aBogy (puc. 1).

flna BH3HaneHHa pe3epBiB мiцнocтi ochobhhx HecyHux eneMeHTiB paMH BaroHa-nnar^opMH bhko-HaHHM po3paxyHoK 3 BHKopucraHHaM MeTogy cKiH-HeHHux eneMeHTiB b cepegoBH^i nporpaMHoro 3a-6e3neneHHa CosmosWorks [1, 20], no6ygoBa npoc-TopoBoï Mogeni 3giMcHeHa b SolidWorks (Bepcia 2015). npu цboмy BpaxoBaHo, ^o BaroH-nnar^opMa 3aBaHTa^eHHM gBoMa KoHTeMHepaMH Tunopo3Mipy

1CC.

Pe3ynbTaTH po3paxyHKiB go3Bonunu orpuMaru BenuHHHH MaKcuManbHux eKBiBaneHTHHx Hanpy-^eHb (Ta6n. 1) Ta BH3HaHHTH onTHManbHHM 3 tohkh 3opy MimManbHoï MaTepianoeMHocTi npo^inb no-B3goB^Hboï 6anKH paMH - gBoTaBp № 27a. Hecyna кoнcтpyкцia BaroHa-nnaT^opMH Mogeni 13-401 3 ypaxyBaHHaM 3axogiB ^ogo ygocKoHaneHHa HaBe-geHa Ha puc. 2. npu цboмy Tapa Hecynoï KoHcrpyK-цiï BaroHa-nnaT^opMH MeHma Ha 12 % nopiBHaHo 3 npoToTunoM.

Puc. 1. npocTopoBa Mogenb Hecynoï KoHcTpyK^ï BaroHa-nnaT^opMH Mogeni 13-401 Fig. 1. The spatial model of supporting structure of the platform car model 13-401

Для закршлення контейнерiв на несучiй конструкци вагона-платформи пропонуеться встановлення на нього вщкидних фiтингових ynopiß.

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)

Таблиця 1 Table 1

Ф._

Ривок-розтягнення

230,8 6,8

5,67 -10~3

виконуеться визначення прискорень контейне-ра-цистерни, розмiщеного на вагонi-платформi при ди на нього повздовжньоï сили вщ вагона-бойка.

Показники мiцностi несучо'1 конструкци вагона-платформи моделi 13-401 при експлуатацшних режимах навантаження

Strength indicators of supporting structure of the platform car model 13-401 under operating conditions of load_

Показник мщносл

Режим навантаження

I р р.

Удар

Стиснення

Ривок-розтягнення

III р

Удар-стиснення

Напруження, МПа Перемщення в вузлах, мм Деформаци

306 7,6

2,4 -10~3

282,7 7,6

2,3 -103

242,8 7,6

2,4 -10~3

224,0 78,2

3,3 -10 ~3

Рис. 2. Несуча конструкция вагона-платформи модел1 13-401 з урахуванням заход1в щодо удосконалення

Fig. 2. The supporting structure of the platform car model 13-401 considering improvement measures

Правильшсть прийнятих ршень шдтвер-джено теоретичними розрахунками на мщшсть.

З метою забезпечення втомноï мiцностi при базi випробувань 107 циклiв здiйснено шдси-лення профшю повздовжньоï балки накладками (рис. 3).

Для шдвищення контейнеромюткосп удо-сконаленоï несучоï конструкцiï вагона-платформа пропонуеться створення на ïï базi вагона-платформи зчленованого типу (рис. 4).

Для дослщження динамiчноï навантаженосп вагона-платформи зчленованого типу викорис-тано математичну модель, наведену у [17], де

Рис. 3. Перерiз основно1 повздовжньо1 балки рами вагона-платформи зчленованого типу

Fig. 3. Cut of the main longitudinal beam of the platform car frame of articulated type

При цьому для визначення прискорень не-сучоï конструкци вагона-платформи, як скла-довоï ïï динамiчного навантаження, ця модель доопрацьована шляхом урахування перемщень двох секцш вагона-платформи при експлуата-цiйних режимах навантаження. Також в нш скасоваш пружнi зв'язки мiж контейнерами та несучою конструкщею вагона-платформи, що зумовлено меншою довжиною секцiï, створеноï на базi типового вагона-платформи моделi 13401 порiвняно з довгобазним вагоном-платформою, динамша якого дослiджувалася у [17].

Як дослщжувана модель контейнера обра-ний унiверсальний контейнер типорозмiру 1СС. Контейнер розглянутий як прикршлена маса

HayKa Ta nporpec TpaHcnopTy. BicHHK .OHinponeTpoBcbKoro Ha^oHanbHoro yHiBepcHTeTy 3ani3HHHHoro TpaHcnopTy, 2017, № 1 (67)

BigHocHo paMH BaroHa-nnaT^opMH. to6to, koh-TeÖHep noBHicTra noBToprae TpaeKTopira nepeMi-^eHHa BaroHa-nnaT^opMH. 3b'33ok m™ paMora BaroHa-nnaT^opMH Ta ^iTHHraMH KoHTeHHepa iMiTyBaBca aK ^opcTKHH.

flocnig^eHHa KonHBaHb BaroHa-nnaT^opMH 3 KoHTeHHepaMH 3giHcHraBanoca y noB3goB^Hbo-BepTHKanbHiH nno^HHi. BaroH-nnaT^opMa 3 KoHTeHHepaMH po3raaHyTHH y BHrnagi nnocKoi po3-paxyHKoBoi' cxeMH.

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

üpH cKnagaHHi MaTeMaranHoi Mogeni Bpaxo-BaHo, ^o Ko^Ha ce^ia BaroHa-nnaT^opMH Mae BnacHHH cTyneHb BinbHocri, ock№kh KoHcTpyK-ujHm ocoönHBocTi npHcTpora 3nneHyBaHHa go-3BonaraTb 3giHcHraBara ix nepeMi^eHHa y npoc-Topi [4, 11].

CxeMa gii noB3goB^Hboi chhh Ha BaroH-nnaT^opMy 3nneHoBaHoro Tuny 3 KoHTeHHepaMH, po3Mi^eHHMH Ha HboMy npu BigcyTHocTi Mo^nu-bhx nepeMi^eHb ^iTHHriB BigHocHo ^thhtobhx ynopiB HaBegeHa Ha puc. 5.

\ Xn^1 xÄff2 ) + MTffx

= pn

(1)

ge

A1 züff, l' pff.ff, ; A2 züff, +l' pff.ff, ,

-FTp (sign A™1 - sign Af1), (3)

m.

(^ - XHff2 ) + (m,- • zc) puff1 = 0, (4)

ge mt - Maca KoHTeHHepa; zci - BucoTa цeнтpy Baru KoHTeHHepa;

1 -^nff, +(m •z« )x

X (- XÄff2 ) - g ( • zci ) Pflff = 0 (5)

ge I t - MoMeHT rnep^i i-ro KoHTeHHepa; x t, p;, z. - KoopgHHaTH, ^o BH3HanaraTb nepe-Mi^eHHa ceкцiH BaroHa-nnaT^opMH BigHocHo BignoBigHHx oceH;

mr ■z nff, = 0

(6)

ge M'IUI - Maca-öpyiro i-oi ce^ii BaroHa-nnaT^opMu; Mnff - Maca Hecynoi KoHCTpyK^i i-oi ceKuii BaroHa-nnaT^opMu; Pn - BenuHHHa noB3goB^Hboi chhh, ^o gie Ha aBTO3nen;

1 Äff P Äff + Mnff1 h (xnffj — XÄff2 ) —

-gPMnff1 h = IFtp (sign Afff1 - Sign Af1) +

+l (kjAf^ - k2 A), (2)

)+ MÄff 2 hP Äff, = 0, (7)

1 nff2 'pnff2 + Mnff2 h (xnff1 - xnff2 )-

- gP Äff 2 MÄff 2 h = = l • Ftp (sign A^2 - sign A^2) +

+l (k •AÄ^2 - k2 •Af2), (8)

M

Äff2 ^rUff2

= k •A™2 + k2 •A™2 -

- Ftp (sign A^2 - sign A f2), (9)

m (XHff1 - xuff2)+(mi • zC! )pHff2 =0, (10)

•pÄff2 +(mi • zci )X

X( xHff1 - xUff2 )-g (mi • zci )Puff2 = 0, (11)

mi • zHff. = 0.

(12)

Injit - MoMeHT rnep^i i-oi ceкцil BaroHa-

nnaT^opMH; l - nonoBHHa 6a3H ceкцil BaroHa-nnaT^opMu; Ftp - a6conraTHe 3HaneHHa chhh cy-xoro TepTa y pecopHoMy KoMnneKTi; kj, k2 - ^o-pcTKicTb npy^HH pecopHHx KoMnneKTiB Bi3KiB BaroHa-nnaT^opMH (Bi3oK Mogeni 18-100);

M ff ' = k1 • Afff1 + k2 • A f^1 -

BenHHHHa noB3goB^Hboi cunu, ^o gie Ha He-cyny KoHCTpy^ira BaroHa-nnaT^opMH, npuHHaTa piBHora 2,5 MH [18]. Po3B'a3aHHa gн^epeнцianb-hhx piBHaHb 3giHcHeHo 3a gonoMorora MeTogy PyHre-KyTTa b cepegoBH^i nporpaMHoro 3a6e3-neneHHa MathCad [10, 13].

Pe3ynbTaTH gocnig^eHb go3Bonunu 3po6uTH bhchobok, ^o npucKopeHHa, aKi npuxogaTbca Ha Hecyny KoHCTpy^ira nepmoi 3 6oKy gii cunu ceK-uji BaroHa-nnaT^opMH cKnagaraTb 36,4 m/c2, a gpyroi - 6nu3bKo 37 m/c2 (puc. 6).

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)

Рис. 4. Вагон-платформа зчленованого типу Fig. 4. Platform car of articulated type

Рис. 5. Схема ди повздовжньо! сили на вагон-платформу зчленованого типу з контейнерами, розмщеними на ньому

Fig. 5. Scheme of the longitudinal forces effect on the platform car of articulated type with containers placed on it

Числовi значення прискорень, яю дшть на несучу конструкщю вагона-платформи зчленованого типу з контейнерами, розмщеними на ньому при експлуатацшних режимах наванта-ження використаш при дослщженш мщносп несучо! конструкцii, як складовi динамiчного навантаження, що дшть на неi.

Для дослiдження мщносп вагона-платформи зчленованого типу виконаний роз-рахунок за методом сюнченних елементiв. При складаннi скiнченно-елементноi моделi викори-станi просторовi iзопараметричнi тетраедри, оптимальна кшьюсть яких визначена за допо-могою графоаналiтичного методу.

При цьому кшьюсть вузлiв сiтки склала 140551, елементiв - 421841. Максимальний ро-змiр елементу дорiвнюe 203,45 мм, мшмальний

- 40,7 мм. Мшмальна кiлькiсть елементiв в ко-лi склала 9, спiввiдношення збшьшення розм> рiв елементiв у сггщ - 1,7. Максимальне ств-

вщношення бокiв - 1,06 -105, вщсоток елемен-тiв зi спiввiдношенням боюв менше нiж 3 -11,2, бшьше нiж 10 - 35,2.

Схему навантаження несучоi конструкцii вагона-платформи зчленованого типу при I розрахунковому режимi (ривок-розтягнення) наведено на рис. 7.

При складанш моделi мiцностi враховано, що на несучу конструкщю вагона-платформи, ^м повздовжньоi сили Рп, дiють вертикальш зусилля у зонах обпирання контейнерiв на ф> тинговi упори Рк.

Модель не враховуе можливi перемiщення

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з^зничного транспорту, 2017, № 1 (67)

ф^инпв контейнерiв вiдносно фiтингових упо-piB вагона-платформи, а також можливi KyTOBi

пеpемiщення секцiй вагона-платформи при ди повздовжньо! сили.

а-а

в-с

б-b

г-d

Рис. 6. Прискорення, яш дшть на несучу конструкцию вагона-платформи зчленованого типу з контейнерами, розмщеними на ньому при I розрахунковому режимi (розтягнення-ривок):

а - перша з боку до повздовжньоï сили секщя вагона-платформа; б - контейнер, розмщений на першш з боку до повздовжньоï сили секцiï вагона-платформи; в - друга з боку до повздовжньоï сили секцiя вагона-платформа; г - контейнер, розмщений на другш з боку aîï повздовжньоï сили

секцiï вагона-платформи

Fig. 6. The acceleration acting on the platform car of articulated type with containers placed on it during

design conditions (stretching-jerk): a - the first platform car from the side of action of the longitudinal force; b) a container placed on the first platform car from the side of longitudinal force action; c) a second platform car from the side of action of the longitudinal force; g) a container placed on the second platform car from the side of longitudinal force action

Закршлення моделi здшснювалося у зонах обпирання рами на Bi3K^ а також за заднш упор автозчепу (удар-стиснення) або переднш (розтягнення-ривок) другого з боку ди повздо-вжньо! сили секцп вагона-платформи.

Як матеpiал несучо! конструкци вагона-платформи використано сталь марки 09Г2С зi

значенням межi мщносп аБ = 490 МПа та меж плинностi aT = 345 МПа [18].

Результати розрахунюв несучо! констpyкцiï вагона-платформи зчленованого типу при I розрахунковому pежимi (ривок-розтягнення) наведет на рис. 8-10, а чисельш значення показ-

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)

ник1в мщносп при основних режимах наванта- допустиме значення, максимальн1 перем1щення ження у табл. 2. в конструкци виникають у середнш частиш ос-

З табл. 2 видно, що найбшьша величина на- новних повздовжшх балок рами та складають пружень виникае при I розрахунковому режим! 64,5 мм (рис. 6), деформаци в конструкци ста-(ривок-розтягнення), зосереджена в зош взае- новлять 2 026 -102 (рис 7) моди шворнево1' балки з хребтовою та складае близько 330 МПа (рис. 5), але не перевищуе

Табл. 2.

Показники мiцностi несучо'1 конструкци вагона-платформи зчленованого типу при експлуатацш-

них режимах навантаження

Table 2

Strength indicators of the supporting structure of the platform car of articulated type under operating

conditions of load

Показник мщносп Режим навантаження

Стиснення (I рр.) Ривок-розтягнення (I рр) Удар-стиснення (III рр) Ривок-розтягнення (III рр)

Напруження, МПа 310,5 329,8 302,5 312,8

Перемщення в вузлах, мм 66,1 64,5 64,2 64,5

Деформаци 2,015-102 2,026 -10"2 2,012-10"2 2,024 -10"2

Рис. 7. Схема навантаження несучо! конструкци вагона-платформи зчленованого типу при I розрахунковому режимi (ривок-розтягнення)

Fig. 7. Load scheme of the supporting structure of the platform car of articulated type at the I design conditions

(jerk-stretching)

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)

Рис. 8. Напружений стан несучо1 конструкцп вагона-платформи зчленованого типу при I розрахунковому режим1 (ривок-розтягнення)

Fig. 8. Stress state of supporting structure of the platform car of articulated type at the I design conditions

(jerk-stretching)

Рис. 9. Перемщення в вузлах несучо1 конструкцп вагона-платформи зчленованого типу при I розрахунковому режимi (ривок-розтягнення)

Fig. 9. Displacement in the nodes of supporting structure of the platform car of articulated type at the I design conditions (jerk-stretching)

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)

Рис. 10. Деформаци в несучш конструкцп вагона-платформи зчленованого типу при I розрахунковому режимi (ривок-розтягнення)

Fig. 10. Deformations in the supporting structure of the platform car of articulated type at the I design conditions

(jerk-stretching)

Результати

Розроблено несучу конструкщю вагона-платформи зчленованого типу на базi ушверса-льного вагона-платформи.

Отримано уточнеш величини динамiчних навантажень, якi дiють на несучу конструкщю вагона-платформи зчленованого типу з контейнерами, розмщеними на ньому при експлуатацшних режимах навантаження.

Визначено максимальш еквiвалентнi на-пруження несучо! конструкцii вагона-платформи зчленованого типу при ди експлуа-тацiйних навантажень.

Наукова новизна та практична значимкть

1. Запропоновано математичну модель пе-ремiщень вагона-платформи зчленованого типу з контейнерами, розмщеними на ньому при експлуатацшних режимах навантаження.

2. Розроблено модель мщносп несучоi конструкцп вагона-платформи зчленованого типу, створеного на базi унiверсального вагона-платформи.

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

Результати проведених дослiджень можуть використовуватися при проектуванш вагошв-

платформ зчленованого типу для забезпечення 1х мiцностi при комбшованих перевезеннях.

Висновки

На пiдставi виконаних дослщжень можна зробити наступнi висновки:

1. Виконано дослщження мiцностi вагона-платформи моделi 13-401 при експлуатацшних режимах навантаження та ошташзовано елеме-нти його несучо! конструкцiï з метою зменшен-ня матерiалоeмностi. При цьому враховано, що вагон-платформа завантажений двома контейнерами типорозмiру 1СС. Виявлено резерви мiцностi елеменпв несучоï конструкцiï вагона-платформи та визначено найбшьш оптимальнi з точки зору мiнiмальноï матерiалоeмностi профiлi 1'х виконання.

Для пiдвищення ефективностi експлуатаци удосконалено1' конструкцiï вагона-платформи пропонуеться створення на його базi вагона-платформи зчленованого типу.

2. Дослщжено динамiчнi особливостi ваго-на-платформи зчленованого типу при експлуа-тацiйних режимах навантаження. Отримаш результати використанi при моделюванш мщнос-тi несучо1' конструкци вагона-платформи зчленованого типу.

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)

3. Виконано дослщження мщносп удоско-налено! несучо! конструкци вагона-платформи зчленованого типу. При цьому встановлено, що максимальш екв1валентш напруження в несучш конструкци не перевищують допустим!.

Виконаш дослщження сприятимуть ство-ренню вагошв-платформ зчленованого типу для перевезення контейнер1в та тдвищенню ефективносп комбшованого транспорту в на-прямку м1жнародних транспортних коридор1в.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Алямовский, А. А. SolidWorks/COSMOSWorks 2006-2007. Инженерный анализ методом конечных элементов / А. А. Алямовский. - Москва : ДМК, 2007. - 784 с.

2. Анисимов, П. Модель пространственных колебаний платформы с длинномерным грузом / П. Анисимов // Мир транспорта. - 2013. - № 4. - С. 6-13.

3. Бондарь, А. И. Теоретическая и экспериментальная оценка прочности вагона-платформы для перевозки автомобильных полуприцепов / А. И. Бондарь, А. Ю. Панин // Трансп. Рос. Федерации. - 2014. - № 3. -С. 33-35.

4. Бороненко, Ю. П. Выбор конструктивных решений сочлененных грузовых вагонов для колеи 1520 мм / Ю. П. Бороненко, Т. М. Белгородцева, Н. А. Кукушина // Трансп. Рос. Федерации. - 2013. - № 3 (46). -С. 3-9.

5. Бубнов, В. М. Определение экономической эффективности использования вагонов-платформ секционного типа / В. М. Бубнов, С. В. Мямлин, Н. Л. Гуржи // Мир транспорта. - 2010. - № 32. - С. 246-250.

6. Вiзняк, Р. I. Розширення функцюнальних особливостей ушверсальних вагошв-платформ з метою перевезення контейнерiв у мгжнародному залiзнично-водному сполученш / Р. I. Вiзняк, А. О. Ловська // Зб. наук. пр. Укр. держ. ун-ту залiзн. трансп. - Харшв, 2013. - Вип. 139. - С. 157-164.

7. Гуржи, Н. Л. Полшшення техшчних характеристик секцшного вагону-платформи шляхом вдоскона-лення конструкци : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.22.07 / Гуржи Наталiя Леонщвна ; Дшпро-петр. нац. ун-т залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. - Дшпропетровськ, 2010. - 20 с.

8. Данович, В. Д. Колебания в горизонтальной плоскости 4-осн. платформы с несимметрично расположенным тяжеловесным грузом / В. Д. Данович, П. С. Анисимов // Вестн. ВНИИЖТ. - 1989. - № 3. -С. 5-9.

9. Демин, Ю. В. Динамика комбинированных поездов / Ю. В. Демин, Д. В. Дмитриев, О. М. Савчук // Залiзн. трансп. Украши. - 1997. - № 2-3. - С. 31-38.

10. Дьяконов, В. MATHCAD 8/2000 : спец. справ. / В. Дьяконов. - Санкт-Петербург : Питер, 2000. - 592 с.

11. Инновационное решение - 120-футовая платформа сочлененного типа для перевозки трех 40-футовых крупнотоннажных контейнеров / Ю. П. Бороненко, Т. М. Белгородцева, С. Г. Васильев, Н. В. Смирнов // Трансп. Рос. Федерации. - 2009. - № 5 (24). - С. 56-59.

12. Исследование пространственных колебаний длиннобазного вагона-платформы / С. В. Мямлин, А. В. Шатунов, А. В. Сороколет [и др.] // Залiзн. трансп. Украши. - 2009. - № 6. - С. 47-49.

13. Кирьянов, Д. В. Mathcad 13 / Д. В. Кирьянов. - Санкт-Петербург : БХВ-Петербург, 2006. - 608 с.

14. Кожокарь, К. В. Особенности разработки скоростного сочлененного вагона-платформы для перевозки контейнеров / К. В. Кожокарь // Трансп. Рос. Федерации. - 2013. - № 3. - С. 21-24.

15. Ловська, А. О. Дослщження динашчно! навантаженосп вагона-платформи при маневровому сшвуда-рянш / А. О. Ловська, А. В. Рибш // Восточно-Европ. журн. передовых технологий. - 2016. - Т. 3, № 7 (81). - С. 4-8. doi: 10.15587/1729-4061.2016.72054.

16. Мямлин, С. В. Подвижной состав для перевозки контейнеров железнодорожным транспортом / С. В. Мямлин, А. В. Шатунов, А. В. Сороколет // Сб. науч. трудов ДонИЖТа. - Донецк, 2010. - Вып. 22. - С. 125-132.

17. Нагруженность контейнеров-цистерн, расположенных на железнодорожной платформе, при ударах в автосцепку / Г. И. Богомаз, Д. Д. Мехов, О. П. Пилипченко, Ю. Г. Черномашенцева // Динашка та ке-рування рухом мехашчних систем : зб. наук. пр. / АНУ, ш-т техн. мехашки. - Кшв, 1992. - С. 87-95.

18. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). -Москва : ГосНИИВ : ВНИИЖТ, 1996. - 319 с.

19. Пат. 112239 Украна, МПК B 61 D 3/00, B 61 F 1/02, B 61 F 1/00, B 61 F 1/08. Залiзничний вагон-платформа / Фомш О. В., Ловська А. О. (Укра!на) ; заявник та патентовласник Укр. держ. ун-т залiзн. трансп. - № а 2015 01317 ; заявл. 17.02.2015 ; опубл. 10.08.2016, Бюл. №15. - 4 с.

20. Проектирование подъемных барабанов в SolidWorks Simulation [Електронний ресурс] / К. Заболотный, А. Жупиев, Е. Панченко [и др.]. // Компьютерное проектирование и технический документооборот. -

Наука та прогрес транспорту. В1сник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)

2010. - № 1. - С. 16-21. - Режим доступу: http://gmi.nmu.org.ua/ru/nauka/Publications/_nkmz_2.pdf. - На-зва з екрана. - Перевiрено : 23.01.2017.

21. Рудакова, Е. А. Исследование динамических качеств сочлененного вагона-платформы на математических моделях / Е. А. Рудакова, А. М. Орлова // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. - Дшпропетровськ, 2008. - Вип. 23. - С. 85-88.

22. Фомш, О. В. Дослщження доцшьносп застосування круглих труб в якосп елеменпв несучих систем залiзничних вагошв-платформ / О. В. Фомш, А. О. Ловська // Вюн. Схщноукр. нац. ун-ту iм. В. Даля. -Луганськ, 2015. - № 1. - С. 38-45.

23. Divya Priya, G. Modeling and analysis of twenty tonnes heavy duty trolley / G. Divya Priya, A. Swarnakumari // Intern. J. of Innovative Technology and Research. - 2014. - Vol. 2, No. 6. - P. 1568-1580.

24. Krason, W. Fe numerical tests of railway wagon for intermodal transport according to PN-EU standards / W. Krason, T. Niezgoda // Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences. - 2014. - Vol. 62.

- Iss. 4. - P. 843-851. doi: 10.2478/bpasts-2014-0093.

25. Lysikov, N. Stress load and durability analysis of railway vehicles using multibody approach / N. Lysikov, R. Kovalev, G. Mikheev // Transport problems - Problemy Transportu. - 2007. - T. 2, Z. 3. - P. 49-56.

26. Marinoshenko, S. Switching over to the home platform / S. Marinoshenko // J. for Partners Transmashholding.

- 2015. - No. 3. - P. 22-23.

27. Multi-body Simulations of Railway Wagon Dynamics / K. Wojcik, J. Malachowski, P. Baranowski [et al.] // J. of KONES. Powertrain and Transport. - 2015. - Vol. 19. - Iss. 3. - P. 499-506. doi.org/10.5604/12314005.1138164.

28. Niezgoda, T. Simulations of motion of prototype railway wagon with rotatable loading floor carried out in MSC Adams software / T. Niezgoda, W. Krason, M. Stankiewicz // J. of KONES. Powertrain and Transport. -2015. - Vol. 19. - Iss. 4. - P. 495-502. doi: 10.5604/12314005.1138622.

29. Sandu, N. Static and dynamic tests performed on a flat wagon / N. Sandu, N. L. Zaharia // Problemy ko-leynictwa. - 2014. - Z. 163 (2014). - P. 67-77.

30. WBN Waggonbau Niesky GmbH: Developing a flexible platform of freight wagons // Intern. Edition. - 2016.

- № 1. - P. 46.

А. А. ЛОВСКАЯ1*

1 Каф. «Вагоны», Украинский государственный университет железнодорожного транспорта, пл. Фейербаха, 7, Харьков, Украина, 61500, тел. +38 (057) 730 10 35, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-8604-1764

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ ВАГОНА-ПЛАТФОРМЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНТЕЙНЕРНЫХ ПЕРЕВОЗОК

Цель. Данное исследование направлено на усовершенствование несущей конструкции вагона-платформы для повышения эффективности контейнерных перевозок. Методика. Для достижения поставленной цели проведены исследования прочности универсального вагона-платформы модели 13-401, определены резервы прочности несущих элементов его конструкции и предложены более оптимальные, с точки зрения минимальной материалоемкости, профили выполнения основных продольных балок рамы. Правильность принятых решений подтверждена расчетами несущей конструкции вагона-платформы на прочность (при основных эксплуатационных режимах нагружения) и усталость - с учетом базы испытаний 107 циклов. Для возможности закрепления контейнеров на раме вагона-платформы предлагается оснащение его откидными фитинговыми упорами, что позволит осуществлять перевозку 20-ти и 40-футовых контейнеров. С целью повышения эффективности контейнерных перевозок в направлении международных транспортных коридоров, которые проходят через территорию Украины, на базе усовершенствованной конструкции вагона-платформы разработан вагон-платформа сочлененного типа. Выполнено математическое моделирование динамической нагруженности вагона-платформы с контейнерами, размещенными на нем (два контейнера типоразмера 1СС) при эксплуатационных режимах нагружения. Определены максимальные ускорения, которые действуют на несущую конструкцию, и учтены их численные значения при компьютерном моделировании прочности вагона-платформы сочленённого типа. Результаты. Разработана несущая конструкция вагона-платформы сочлененного типа на базе универсального вагона-платформы. Получены уточненные

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)

величины динамических нагрузок, которые действуют на несущую конструкцию вагона-платформы сочлененного типа с контейнерами, размещенными на нем при эксплуатационных режимах нагружения, и определены максимальные эквивалентные напряжения в несущей конструкции вагона-платформы. Научная новизна. Предложена математическая модель перемещений вагона-платформы сочлененного типа с контейнерами, размещенными на нем при эксплуатационных режимах нагружения несущей конструкции. Разработана модель прочности несущей конструкции вагона-платформы сочлененного типа, созданного на базе универсального вагона-платформы. Практическая значимость. Результаты проведенных исследований могут использоваться при проектировании вагонов-платформ сочлененного типа для обеспечения их прочности при комбинированных перевозках.

Ключевые слова: вагон-платформа сочлененного типа; несущая конструкция; оптимизация; динамика; прочность; моделирование; нагруженность конструкции; комбинированные перевозки

A. O. LOVSKA1*

1 Dep. «Cars», Ukrainian State University of Railway Transport, Feierbakh Sq., 7, Kharkiv, Ukraine, 61500, tel. +38 (057) 730 10 35, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-8604-1764

IMPROVEMENT OF THE SUPPORTING STRUCTURE OF PLATFORM CAR FOR HIGHER EFFICIENCY OF CONTAINER TRANSPORTATIONS

Purpose. The article is aimed to improve supporting structures of the platform car to increase the efficiency of container transportations. Methodology. In order to achieve the objective, the strength investigations of the universal platform car of the model 13-401 were conducted, strength reserves of the supporting elements were defined, and more optimal profiles of basic longitudinal beams of the frame in terms of the minimum material capacity were proposed. Decision correctness was confirmed by the strength calculation of the platform car supporting structure at basic loading operational modes and fatigue taking into account the research database of 107 cycles. It has been proposed to equip a platform car with swing fitting stops for fastening containers on the frame, which allows transportation of 20ft and 40ft containers. In order to improve container transportation efficiency along international transport corridors running through Ukraine, a platform car of articulated type has been designed on the base of the improved platform car structure. The mathematical simulation of dynamic loads of the platform car with containers (two 1CC containers) at operational loading modes has been carried out, the maximum accelerations influencing the support structure have been defined, and their multiple values have been considered in computer simulation of the strength of the platform car of articulated type. Findings. The support structure of the platform car of articulated type on the basis of the standard platform car has been developed. Refined values of dynamic loads influencing supporting structure the platform car of articulated type with containers at operational loading modes have been obtained; the maximum equivalent stresses in the platform car support structure have been defined. Originality and practical value. A mathematical model of displacements for a platform car of articulated type with containers at operational loading modes of supporting structure has been proposed. The strength model of the supporting structure for the platform car of articulated type based on the standard platform car has been developed. Results of the research can be used in designing of platform cars of articulated type to provide their strength at mixed transportations.

Keywords: a platform car of articulated d type; supporting structure; optimization; dynamics; strength; simulation; structure loading; mixed transportations

REFERENCES

1 Alyamovskiy, A. A. (2007). SolidWorks/COSMOSWorks 2006-2007. Inzhenernyy analiz metodom konech-nykh elementov. Moscow: DMK.

2 Anisimov, P. S. (2013). Model of spatial oscillations of a flat car with long goods. World of Transport and Transportation, 4, 6-13.

3 Bondarenko, A. I., & Panin, A. Y. (2014). Theoretical and experimental evaluation of strength of platform wagon designed to transport car semi-trailers. TransportRossiyskoy Federatsii, 3, 33-35.

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)

4 Boronenko, Y. P., Belgorodtseva, T. M., & Kukushina, N. A. (2013). Choosing coupled freight wagons design solutions for 1520 mm gauge. Transport Rossiyskoy Federatsii, 3(46), 3-9.

5 Bubnov, V. M., Myamlin, S. V., & Gurzhi, N. L. (2010). Opredeleniye ekonomicheskoy effektivnosti ispol-zovaniya vagonov-platform sektsionnogo tipa. World of Transport and Transportation, 32, 246-250.

6 Viznyak, R. I., & Lovska, A. O. (2013). The expansion of functional peculiarities of versatile flat cars for the purpose of transporting containers in international railway communication. Collected Scientific Works of Ukrainian State University of Railway Transport, 139, 157-164.

7 Gurzhi, N. L. (2010). Improvement of technical descriptions of sectional carriage-platform by perfection of construction. (PhD thesis). Available from Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan.

8 Danovich, V. D., & Anisimov, P. S. (1989). Kolebaniya v gorizontalnoy ploskosti 4-osn. platformy s nesim-metrichno raspolozhennym tyazhelovesnym gruzom. Vestnik of the Railway Research Institute, 3, 5-9.

9 Demin, Y. V., Dmitriev, D. V., & Savchuk, O. M. (1997). Dinamika kombinirovannykh poyezdov. Zal-iznychnyi transport Ukrainy, 2-3, 31-38.

10 Dyakonov, V. (2000). MATHCAD 8/2000: Spetsialnyy spravochnik. Saint Petersburg: Piter.

11 Boronenko, Y. P., Belgorodtseva, T. M., Vasilev, S. G., & Smirnov, N. V. (2009). Innovatsionnoye resheniye - 120-futovaya platforma sochlenennogo tipa dlya perevozki trekh 40-futovykh krupnotonnazhnykh kon-teynerov. Transport Rossiyskoy Federatsii, 5(24), 56-59.

12 Myamlin, S. V., Shatunov, A. V., Sorokolet, A. V., Kovtun, Y. N., & Markova, O. M. (2009). Issledovaniye prostranstvennykh kolebaniy dlinnobaznogo vagona-platformy. Zaliznychnyi transport Ukrainy, 6, 47-49.

13 Kiryanov, D. V. (2006). Mathcad 13. Saint Petersburg: BHV-Peterburg.

14 Kozhokar, K. V. (2013). Pecularities of designing a high-speed coupled flat wagon for container transportation. Transport Rossiyskoy Federatsii, 3, 21-24.

15 Lovskaya, A. O., & Ryibin, A. V. (2016). The study of dynamic load on a wagon-platform at a shunting collision. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3, 7(81), 4-8. doi: 10.15587/17294061.2016.72054

16 Myamlin, S. V., Shatunov, A. V., & Sorokolet, A. V. (2010). Podvizhnoy sostav dlya perevozki konteynerov zheleznodorozhnyim transportom. Zbirnik naukovih prac' of Donetsk Railway Transport Institute, 22, 125132.

17 Bogomaz, G. I., Mehov, D. D., Pilipchenko, O. P., & Chernomashentseva, Y. G. (1992). Nagruzhennost kon-teynerov-tsistern, raspolozhennykh na zheleznodorozhnoy platforme, pri udarakh v avtostsepku. In Dynamika ta keruvannia rukhom mekhanichnykh system (pp. 87-95). Kyiv: Institute of Technical Mechanics.

18 All-Soviet Union Research Institute of Railway Transport. (1996). Normy dlya rascheta i proyektirovaniya vagonov zheleznykh dorogMPS kolei 1520 mm (nesamokhodnykh). Moscow: GosNIIV-VNIIZhT.

19 Fomin, O. V., & Lovska, A. O. (2016). UA Patent No. 112239. Ukrpatent. Retrieved from http://www.uipv.org/

20 Zabolotnyy, K., Zhupiev, A., Panchenko, Y., Protynyak, I., Kolyuzhnyy, S., & Ovchinnikov, Y. (2010). Proyektirovanyiye podemnykh barabanov v SolidWorks Simulation. KPD, Kompyuternoye proektirovaniye i tekhnicheskiiy dokumentooborot, 1, 16-21. Retrieved from http://gmi.nmu.org.ua/ru/nauka/Publications/_nkmz_2 .pdf

21 Rudakova, E. O., & Orlova, A. M. (2008). The study of the dynamic properties of the articulated flat-car on mathematical models. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 23, 85-88.

22 Fomin, O. V., & Lovskaya, A. O. (2015). Research of expedience application of round pipes is in quality elements bearings systems of railway carriages-platforms. Visnik of the Volodymyr Dahl East Ukrainian National University, 1(218), 38-45.

23 Divya Priya, G., & Swarnakumari, A. (2014). Modeling and analysis of twenty tonnes heavy duty trolley. International Journal of Innovative Technology and Research, 2(6), 1568-1580.

24 Krason, W., & Niezgoda, T. (2014). Fe numerical tests of railway wagon for intermodal transport according to PN-EU standards. Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences, 62(4), 843-851. doi: 10.2478/bpasts-2014-0093

25 Lysikov, N., Kovalev, R., & Mikheev, G. (2007). Stress load and durability analysis of railway vehicles using multibody approach. Transport Problems, 2(3), 49-56.

26 Marinoshenko, S. (2015). Switching over to the home platform. Journal for Partners Transmashholding, 3, 22-23.

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 1 (67)

27 Wojcik, K., Malachowski, J., Baranowski, P., Mazurkiewicz, L., Damaziak, K., & Krason, W. (2015). Multi-body simulations of railway wagon dynamics. Journal of KONES: Powertrain and Transport, 19(3), 499-506. doi: 10.5604/12314005.1138164

28 Niezgoda, T., Krason, W., & Stankiewicz, M. (2015). Simulations of motion of prototype railway wagon with rotatable loading floor carried out in MSC Adams software. Journal of KONES: Powertrain and Transport, 19(4), 495-502. doi: 10.5604/12314005.1138622

29 Sandu, N., & Zaharia, N. L. (2014). Static and Dynamic Tests Performed on a Flat Wagon. Problemy ko-leynictwa, 163, 67-77.

30 WBN Waggonbau Niesky GmbH. (2016). Developing a flexible platform of freight wagons. Niesky: WBN Waggonbau Niesky GmbH.

Стаття рекомендована до публ1 кацï д.т.н., проф. I. Е. Мартиновим (Украгна); д.т.н., проф.

С. В. Мямл1 ним (Украгна)

Надшшла до редколеги: 01.09.2016

Прийнята до друку: 30.12.2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.