CC BY
10
4 Вождение поездов. Под ред Р. Г. Че-репашенца. - М.:Транспорт, 1994. - 304 с.
5 Олкконен Е. А. Модели представления знаний в языковых интеллектуальных обучающих системах // Прикладная математика и информатика: труды Петрозаводского государственного университета. 1997. №6. С. 168-182.
Анотацн:
Обрано тип бази знань для використання в штелектуальних системах керування локомотивами. Розроблено модель продукцшно! бази знань з можливютю змшення шлькосп правил в процеа
накопичення. Визначено перспективи використання подабних баз.
Выбран тип базы знаний для использования в интеллектуальных системах управления локомотивами. Разработана модель продукционной базы знаний с возможностью изменения количества правил в процессе накопления. Определены перспективы использования подобных баз.
Selected type of knowledge base for use in intelligent control systems locomotives. A model of knowledge base with the ability to change the number of rules in the process of accumulation. Identified the prospects of using such databases.
УДК 629.463.001.18
ФОМ1Н О.В., канд. техн. наук, доц. (Дон1ЗТ); БОРОДАЙ Г.П., канд. ф1з.-техн. наук, доц. (УкрДАЗТ); РЯБКО К.О., канд. техн. наук, доц. (Дон1ЗТ); ФОМ1Н ВВ., шженер (ПрАТ «ДМЗ»); СУДАРСЬКА IB. , астрант (УкрДАЗТ).
Визначення оптимальних геометричних napaMeTpiB несучих елемен^в вантажних вагошв на oœobî математичних методiв нелшшного про-грамування
Постановка проблеми i аналп резуль-тат1в останнiх дослiджень.
Зал1зничний транспорт займае важ-ливе мюце у забезпеченш потреб вироб-ничо'! сфери Украши у перевезеннях та посиленш 'й позицш на зовшшньоеконо-м1чному ринку транспортних послуг. Вщ-повщно розвиток зал1знично! галуз1 е одним з прюритетних завдань Транспортно'! стратег^ Украши на перюд до 2020 року, яку було затверджено на засщанш Кабше-ту Мшютр1в Украши 20 жовтня 2010 року. При цьому Комплексною програмою оновлення зал1зничного рухомого складу
Украши на 2008-2020 роки, яку затверджено розпорядженням Кабшету Мшют-р1в Украши вщ 14 жовтня 2008 року №1259 обумовлено необхщнють розроб-лення та експлуатаци в1тчизняних моделей вантажних вагошв з сучасним р1внем техшко-економ1чних та експлуатацшних показниюв (ТЕЕП). Розроблення нових конкурентоспроможних моделей вагошв вимагае застосування сучасно'! методологи виршення проектно-конструкторських задач, яка передбачае використання системного пщходу, адаптивних стратегш та метод1в оптим1зацшного проектування.
Одним 1з перспективних напрямюв полшшення ТЕЕП вантажних вагошв е
комплексне удосконалення 1'х конструкцiи шляхом модершзацп окремих складових [1, 2], в якостi яких розглядаються вузловi (наприклад балки шворнев^ промiжнi, хребтовi i т.д.) та базовi елементи (наприклад стшки вертикальнi стiн бокових, по-яси стш торцевих та iнш.). Поряд з цим у лiтературi присвяченш проблемам ваго-нобудування нема змютовно'1 шформацп з розроблення пiдходiв та методiв визна-чення оптимальних геометричних параме-трiв альтернативних виконань несучих елеменлв [3, 4] вантажних вагошв.
Мета статт1 та викладення основного матер1алу.
В статтi представлено алгоритм ви-значення оптимальних геометричних па-раметрiв альтернативних виконань несучих елеменлв вантажних вагошв на осно-вi математичних методiв нелiнiИного про-грамування. Одержано математичш зале-жностi мiцностних та масових показниюв вiд геометричних параметрiв: висоти, ши-рини та товщини листа для можливого варiанту виконання пояав та стiИок уш-версальних нашввагошв, визначено 1'х вь дповiднi оптимальш значення.
ЗапропонованиИ пiдхiд до вщшу-кання оптимальних геометричних параме-трiв несучих елементiв вантажних вагошв у виглядi алгоритму представлено на рис.1 як блок-схему. На першому етат алгоритму пропонуеться визначення математичних моделеИ (ММ) для основних мщностних характеристик (Жх, Жу -
моменти опору перерiзу у вщповщних координатах) та погонно'' маси профшю тпог, що розглядаеться. Пюля чого вво-дяться: граничнодопустимi значення мо-ментiв опору ([Жх], [Жу]), мiнiмальнi та максимальнi значення геометричних па-
раметрiв (hmax, hmin, bmax, bmin, 3max, Зтгп) i кроки змши 1х значень (Ькрок, Ькрок, ¿крок).
Рис.1 Блок-схема алгоритму визна-чення оптимальних геометричних параме-трiв на основi ММ
Наступним кроком е визначення ю-лькост можливих варiантiв (И) з ураху-
ванням: hmax, hmin, bmax, bmin, 3max, 3min, hкрок,
Ькрок, ¿крок. Шсля проходження вищезазна-чених еташв формуеться загальна база да-них (БД), яка включае всi можливi у да-ному випадку варiанти поеднань И, Ь, 3 i 1'х мiцностнi та масовi характеристики. На-ступнi етапи розробленого алгоритму присвячеш сортуванню варiантiв загаль-но'1 БД з метою вiдшукання оптимального ршення. Так спочатку iз загально'1 БД, шляхом перевiрки на виконання умови ^ > [Шх] (де - момент опору по ко-ординатi х, для кожного варiанту) виокре-млюються варiанти задовольняючi зазна-ченiИ умовi, i потсм iз цих варiантiв вiдби-раються варiанти якi задовольняють умовi Шгу > [Шу] (де №гу - момент опору по координат у, для кожного варiанту), таким
чином формуються БД i3 робочих та не-робочих BapiaHTiB.
Наступним кроком е сортування робочих BapiaHTiB в порядку вщ найменшого значення до найбшьшого по мaсовiй хара-ктеpистицi тпог.. Вiдповiдно вapiaнт, який буде характеризуватися найнижчим зна-ченням тпог. i буде вважатися найкращим, а його геометричш показники h*, b*, д* -оптимальними
Вищеописаний алгоритм авторами було pеaлiзовaно на ПЕОМ у пpогpaмi на мовi PASCAL l для визначення оптималь-них геометричних пapaметpiв пpофiлю з пеpеpiзом прямокутно! труби (рис.2а), який запропоновано використовувати як альтернативу профшю (рис.2б) вагонно! стiйки (ГОСТ 5267.6-90), в якост
стiйок вертикальних стш бокових та поя-сiв стш торцевих унiвеpсaльних натвва-гонiв.
Наведемо формули для профшю прямокутно! труби. Оскшьки внутpiшня ширина Ьвн та висота h труби на рис.2,а:
Y1
b = b - 25, h = h - 25
(1)
r=7üt
Y 1
Ь
то площа пеpеpiзу на рис.2,a:
Snep = bh -(b - 2S)(h - 28) =-482 + 28(b + h)
а маса погонного метру тпог = p-Snep -10дм 7.71-(-482 + 28(b + h)) (2) де p = 7.71 кг/дм3- щшьшсть стaлi.
Нижчепpедстaвленi формули для моменпв опору Wx та Wy пеpеpiзу з рис.2,а у даному випадку були взят! з [5]:
б
Рис. 2 Пеpеpiзи профшв: а - прямокутно! труби; б - профшю вагонно! стiйки.
Пiдставимо у вирази (3)-(4) beH та heH з формул (1) та одержимо
WX = | bh + yöd-2(h + b)52 + 4Vb + löd3-A54
Wy =
( b2 ö bh + —
v 3
5-2(h + b)52 + 41h + l^jd3 -854
Область допустимих значень для па-paметpiв прямокутно! труби h, b, 8 були взят нaступнi: h = 7,...,14 см, b = 10,...,17
см,
, 5 = 0.4,...,1.2
h
крок
1 см,
крок
1см, 0крок=0,1см.
W =
W =
У
bh3 - beHhj 6h
hb - heHbl
6b
(3)
(4)
br
Отже, математичне формулювання задачi оптимального проектування буде таким.
Знайти мЫмум цшьовоi функци тпог =р-(-452 + 25 (b + h))® min (5)
а
з
за умов:
Ж =
Ък + — 3
5-2( к + Ъ )52
(6)
+ 41 — +1 |53 --54 > [Жх] = 116.35йг 3
3к 0 3к
Ж =
у
( ъ2 ^
Ък + — 3
к
5-2 (к + Ъ )52
(7)
+ 41 — +1 |53 --54 > [Ж. ] = 117.54йг 3
3Ъ 0 3Ъ
7 < к < 14, 5 <Ъ < 17,0.4 <5< 1.2 (8)
Цшьова функцiя тпог (5) як функця
змшно'1' 5 мае локальний максимум при 0 к+Ъ 17
5 -= > — та не мае локального мшшу-
4 4
му. Найменше значення ща функцп буде при малих 5 з штервалу 0.4 <5<1.2 та при Ъ, к , яю задовольняють умовам (6)-(8).
Для розв'язання задачi (5)-(8) неможливо застосувати класичнi методи нелшшного програмування, але для цього застосовують графiчний метод.
На рис.3 представлено фрагмент поля отриманих результат розрахунку.
Аналiз отриманого поля результат дозволив визначити оптимальнi геометри-чш параметри при яких забезпечуються умови мщносп та досягаеться мiнiмум матерiалоемностi.
Впровадження результатiв проведе-них та представлених в якост прикладу дослщжень дозволять знизити тару та вщ-повiдно пiдвищити вантажопiдйомнiсть напiввагону бшьше нiж на 100кг при пок-ращеннi мiцностних характеристик.
В=17Н= 14«= 111, .77«?= 124. , 14№18 . .63
БЕЬ=0. 5
В=10Н= 7И= 35. 38«?= 43 ,77М=12. .34
В=10Н= 42 . . 351«= 48 ,28М=1Э. .11
В=10Н= 9«= 49 . . 67И?= 52 ,80М=13. .88
В=10Н= 10»?= 57 . 32ИТ= 57 32М=14 . 65
В=10Н= 11«= 65. .30«!= 61 .8 ЗМ=15. .42
В=10Н= 12«= 73, . 63«?= 66 ,3 5М=16. .19
В=10Н= 13«= 82 . .28«?= 70 .8 7М=16. . 96
В=10Н= 14И= 91. .27«?= 75 ,ЗВМ=17. .73
В=11Н= 7Н= 30. .40«?= 50. ,26^13. ,11
В=11Н= 8«= 45. .8В«?= 55 .27М=1Э. .88
В=11Н= 9«= 53. . 69«?= 60 ,29М=14. . 65
В=11Н= 10«= 61. .83«?= 65 .30М=15. .42
В=11Н= 11«= 70 . .32«?= 70 ,32М=16. . 19
В=11Н= 12«= 79. .14«?= 75. ,ЗЗМ=16. .96
В=11Н= 13«= 88 . .29«?= 80 .35М=17. .73
В=11Н= 14«= 97 , 79«?= 85 ,3 бм=18 .50
В=12Н= 41. . 43«?= 57 .0 ВМ=13. .88
В=12Н= 8«= 49 40«?= 62 ,60М=14. . 65
В=12Н= 9«= 57 . .70«?= 6В .11М=15. .42
В=12Н= 10«= 66. .35«?= 73 .63М=16. .19
В=12Н= 11«= 75, .33«?= 79 ,14М=16. . 96
В=12Н= 12«= 84 . . 65«?= 84 .65М=17. .73
В=12Н= 13«= 94 . .31«?= 90 ,17М=18. .50
В=12Н= 14«= 104 . . 30«?= 95 .68М=19 . .27
В=13Н= IV- 44 . . 45«?= 64 .2 4М=14. . 65
В=13Н= 8«= 52 .92«?= 70. .2 бм=15. .42
В=13Н= 9«= 61. .72«?= 76 .27М=16. .19
В=13Н= 10«= 70 . .87«?= 82 ,2 ВМ=16. . 96
В=13Н= 11И= 80 . .35«?= 88 ,29М=17. .73
В=13Н= 12«= 90 . . 17«?= 94 .31М=18. .50
В=13Н= 13»?= 100 . .32«?= 100. 32М=19 .27
В=13Н= 14«=: 110 . .81«?= 106 ,ЗЗМ=20. .05
В=14Н= 7«= 47 48«?= 71. ,74М=15, 42
В=14Н= 56 . . 44«?= 78 .2 5М=16 . . 19
В=14Н= 9И= 65. 74«?= 84 ,76М=16. . 96
В=14Н= 10К= 75. .38«?= 91 .2 7М=17. .73
В=14Н= 11«= 85. .36«?= 97 .79М=18. .50
В=14Н= 12«= 95. 68«?= 104 ,30М=19. ,27
В=14Н= 13«= 106. .33«?= 110 .81М=20. .05
В=14Н= 14«= 117 . .32«?= 117, ,32М=20. .82
В=15Н= 7«= 50 . .50«?= 79 ,57М=16. .19
В=15Н= 8«= 59. . 96«?= 86 .5 8М=16. . 96
В=15Н= 9И= 69. .76«?= 93 .59М=17. .73
В=15Н= 10«= 79 . . 90«?= 100 .60М=18. .50
В=15Н= 11«= 90 . .38«?= 107 .61М=19. .27
В=15Н= 12«= 101. .19«?= 114. .62М=20. .05
В=15Н= 13«=; 112 . .35«?= 121 .63М=20 .82
В=15Н= 14«= 123. .83«?= 128. .64М=21 .59
В=16Н= 7«= 53 . .52«?= 87 .7 3М=16 . 96
В=16Н= 8«= 63, 48«?= 95 ,24М=17, ,73
В=16Н= 9«= 73. . 78«?= 102 ,75М=18. .50
В=16Н= 10«= 84 . .42«?= 110, ,26М=19. .27
В=16Н= 11«= 95. .39«?= 117, .77М=20, .05
В=16Н= 12«=106. .71«?= 125 ,2ВМ=20. .82
в=1бн= 13«= 118 , 36«?= 132 ,7 9М=21, 59
В=16Н= 14«= 130 . . 35«?= 140 .30М=22. .36
В=17Н= 7«= 56 . .55«?= 96 .23М=17. .73
В=17Н= 8«= 67. .00«?= 104 .2 4М=18. .50
В=17Н= 9«= 77 . .80«?= 112 .25М=19. .27
В=17Н= 10«= 80. . 93«?= 120, ,25М=20. .05
В=17Н= 11«= 100 . .41«?= 128 ,26М=20. .82
В=17Н= 12«=112. .22«?= 136 27М=21 .59
Рис. 3 Фрагмент поля отримани
зультатiв розрахунку
Що з урахуванням масовосп парку унiверсальних HanÏBBaroHÏB забезпечить значний економiчний ефект при ïx виго-товленнi (зниження матерiаломiсткостi) та експлуатацп (пiдвищення маси, вантажу що перевозиться, при незмшносп кшько-cri вагонiв у складi поïзду).
Висновки i рекомендацн щодо подаль-шого використання.
Результати проведених доcлiджень засвщчити працездатнicть та доцiльнicть використання запропонованого пщходу до удосконалення несучих систем вантажних вагонiв.
Розроблений пщхщ може викорис-товуватися при ршенш вiдповiдниx за-вдань транспортного машинобудування.
Список лiтератури
1 Ломотько Д.В. Современный грузовой подвижной состав нового поколения как приоритетное направление развития украинских железных дорог / Д.В. Ломотько // Вагонный парк. - 2012. -Вып. 10 (67). - С. 6 - 7.
2 Фомш О.В. Визначення перспекти-вних напрямюв проектування несучих систем у вантажному вагонобудуванш / О.В. Фомш// Схщно-Свропейський журнал пе-редових технологий. - Харюв. -№3/7 (57).2012 С.32-35.
3 ГОСТ 26725-97 Полувагоны четырехосные универсальные магистральных железных дорог колеи 1520мм. Общие технические
условия [Текст]/ Госстандарт Украины, Киев, 1999г.
4 Нормы расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных) [Текст]. М.: ГосНИ-ИВ-ВНИИЖТ, 1996. - 354с.
5 Р.С.Писаренко, А.П.Яковлев, В.В.Матвеев. Справочник по сопротивлению материалов. К. Наукова думка.-1975, с.30
Анотацп:
Ключовi слова: Несуч1 елементи вантажних вагошв, оптимальш параметри
В статп представлено алгоритм оптим1за-цшного проектування складових елеменпв вантажних вагошв на основ1 математичних метода не-лшшного програмування. Одержано залежносп мщностних та масових показник1в в1д геометрич-них параметр1в: висоти, ширини та товщини листа.
Ключевые слова: Несущие элементы грузовых вагонов, оптимальные параметры
В статье представлен алгоритм оптимизационного проектирования составных элементов грузовых вагонов на основе математических методов нелинейного программирования. Получены зависимости прочностных и массовых показателей от геометрических параметров: высоты, ширины и толщины письма.
Keywords. Bearings elements of freight carriages, optimum parameters
In the article the algorithm of the optimization planning of component elements freight carriages is presented on the basis of mathematical methods the nonlinear programming. Dependences of prochnost-nykh and mass indexes are got on geometrical parameters. heights, widths and thicknesses of letter
