CC BY
5SCIENTIFIC PROGRESS VOLUME 3 I ISSUE 5 I 2022 _ISSN: 2181-1601
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22257
ВЫЧИСЛЕНИЕ И ОЦЕНКА СИЛЫ СУХОГО ТРЕНИЯ В ПОГЛОЩЕНИИ
УДАРНЫХ НАГРУЗОК ГРУЗОВОГО ВАГОНА ПОГЛОЩАЮЩИМ АППАРАТОМ. НОРМАЛЬНЫЕ И КАСАТЕЛЬНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ РЕАКЦИИ ФРИКЦИОННЫХ КЛИНЬЕВ НА НАЖИМНОЙ КОНУС
Жасурбек Содиржон ртли Собиров Нурилла Хайруллаевич Эрматов
Ассистенты кафедры «высокоскоростной электроподвижной состав» Ташкентского Государственного Транспортного университета
АННОТАЦИЯ
В данной работе представлены итоги моделирования силового взаимодействия в паре трения пружинно-фрикционного поглощающего аппарата. Даны результаты вычислительных экспериментов при заданных исходных данных по определению касательных и нормальных составляющих реакции фрикционных клиньев на нажимной конус. Построена графическая зависимость реакции связей от определённого геометрического параметра (угла наклона контактируемых поверхностей) пары трения.
Ключевые слова: численное моделирование, силовое взаимодействие, пружинно-фрикционный поглощающий аппарат, фрикционный клин, пара трения, MathCAD.
С целью установления причины неравномерного износа фрикционных клиньев изучен вариант фрикционного клина, в котором имеет место полный контакт трущихся пар трения по их наклонным поверхностям, за счёт чего есть возможность вычислить реакцию внешней связи, которая приложена в центре взаимоконтактируемых поверхностей. Рассмотрен вариант поглощающего аппарата, который учитывает контакт кромок взаимотрущихся тел отдельными гранями. Реакции поверхностных контактов вместо двух составляющих заменены четырьмя. В результате создания модели для расчёта (рис. 1), были получены формулы для определения реакции связи в паре трения пружинно-фрикционного аппарата автосцепного устройства грузовых вагонов.
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22257
Рис. 1. Модели для расчёта звеньев пружинно-фрикционного поглощающего аппарата автосцепного устройства при сжатии пружин: а -нажимного конуса; б - фрикционного клина; в - нажимной шайбы; г - корпус
аппарата
Постановка задачи
Необходимо рассчитать реакцию связи в паре трения «фрикционный клин -нажимной конус» с учётом их геометрических показателей (угла наклона контактируемых поверхностей).
Способы решения
Для нахождения решения данной задачи было использовано численный, символический и матричный методы в программной среде МаШСАО.
SCIENTIFIC PROGRESS VOLUME 3 I ISSUE 5 I 2022 _ISSN: 2181-1601
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=222ff7
Нормальная составляющая реакций фрикционного клина на нажимной конус вычислена с помощью следующей формулы:
£ != ! N± i = -7-^-г, (1)
( с os (а+-) +Д с о s (а+п) )
где Fc - сила сопротивления на сжатия пружин поглощающего аппарата; а -
угол наклона лицевой грани клина к горизонтальной поверхности; f -коэффициент трения между контактируемыми поверхностями нажимного конуса и фрикционных клиньев.
Нормальные составляющие реакции нажимного конуса и горловины корпуса
аппарата на фрикционные клинья вычислены с помощью следующих формул:
2 2
-Fc cos (a) sin(a) cos(y)+-Fc cos (a) sin(a)f cos(y)-
1 9 1 9
--Fc sin(y) cos (a) +~FC sin(y) sin (a) +
_ +^Fcf cos(y) cos(a)2~Fcf cos(y) sin(a)2 N2 i ~ ( - s i n (ß)) с o s (у) -2 s in (ß) f s in (y) - ; (2)
-2/ cos{ß) cos (y)-f 2 cos{ß) s¿n(y)+ + sin(y) cos(ß)+f2 cos (у) sin(ß)
^Fcsin(ß) cos(a)2~Fc sin(ß) sin(a)2 +
+\fcÍ cos(ß) cos(a)2~Fcf cos(ß) sin(a)2-
2 1
--Fc cos (a) sin(a) cos(ß)+-Fcf cos (a) sin(a)f sin(ß)
N3 i = (- s in (ß ) ) с os (y) - 2 s in (ß ) f s in (y) - , (3)
-2/ cos{ß) cos(y)-f2 cos{ß) s¿n(y)+ + sin(y) cos(ß)+f2 cos(y) sin{ß)
где ß - угол наклона фрикционного клина относительно горизонтали, который обеспечивает взаимодействие горловины корпуса с клином аппарата (или угол конусности внутренней стенки корпуса аппарата); Y - угол наклона задней грани фрикционного клина относительно горизонтали.
Упругость двойной пружины поглощающего аппарата (реактивная составляющая) с учетом их предварительной затяжки получена в виде:
/ 3
/ s¿n(a+^-7r)+/i sin(a)
_ Чcos(a +f)+f 1cos(a+n) ° 7 /CO 5 ( У - |) +
y_ a e - b d \f3c о s (y + n) J 4
где /3 - коэффициент трения между контактируемыми поверхностями фрикционных клиньев и нажимной шайбы.
Реакция упорной плиты на корпус аппарата вычислена следующим образом:
( sin(a+T;n)+f-t sin(a) \ F c\ d +- 1? -— b )
V cos(a+-^)+fi cos(a+n) ( 3 л , -с r 0\\ 1 Z7
Яуп =---( C оs (P +~n)+f2 с оs (p) ) + Fy . (5)
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=222ff7
где f2 - коэффициент трения контактируемых поверхностей корпуса аппарата, его фрикционного клина и упругости двойной пружины.
Определение реакции в паре трения «фрикционный клин - нажимной конус» в программной среде MathCAD. Исходные данные:
71
а := 38.30 ■ а = 0.668
71
ß:=2
- угол наклона передней q)aни клина с горизонталью, обеспечивающий его контакт с нажимным конусом, рад.
- - угол наклона клина с горизонталью,
обеспечивающий его контакт с горловиной |3 = 0 03^ корпуса аппарата, рад.
71
у := 101.40 ■- - угол наклона -задней грани клина с
горизонталью, обеспечивающий его _ ^ у у контакт с нажимной шайбой, рад.
Рс := 2600 - сила нажатия (удара), приложенная к нажимному конусу и действующая по оси аппарата, кН
РО := 300 - предварительная затяжка двойных пружин сп := 15000 - коэффициент жесткости двойных пружин
Дх := 0.07 - максимальный ход двухрядной пружины 0.25 + 0.27
ft :=
ft = 0.26
- коэффициент трения скольжения между контактируемыми поверхностями
£2 := 0.26 О := 0.26
Результаты вычисления задачи. Результаты вычисления касательной и нормальной составляющих реакции нажимного конуса на фрикционные клинья (см. формулу (1)):
N11 3.156x10 _ нормальные составляющие реакции фрикционных клиньев на нажимной шайбе, кН;
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=222ff7
Fcli := fl ■ Nli Fcli = 820.567 Rli := Nli
- касательные составляющие реакции фрикционных клиньев на нажимной конус, кН
Rli = 3.261 х 10
1 + fr
3
RliO := J Nli2 + Fxli2
- реакции фрикционных клиньев на нажимной конус, кН
RliO = 3.261 х 10"
Результаты и их обсуждение
При заданных исходных параметрах касательные и нормальные (сила трения) составляющие реакции фрикционных клиньев на нажимной конус достигают до 3156 и 820,6 кН (315 и 82 тс) соответственно.
Приведем результаты вычислительного эксперимента по определению реакции связи в пружинно-фрикционном аппарате грузового вагона при определённой постановке угла наклона поверхностей пар трения «фрикционный клин -нажимной конус».
1) Расчёт нормальных составляющих реакции переднего упора (^уп) (см.
формулу (5)) и реакции нажимного конуса (^) (см. формулу (1)) при определённых углах наклона передней грани фрикционного клина (а) (рис. 2).
а := 10-
% п
Д1 ■ —..45 ■
180
180
п
Ш)
п 180
У :
:= 101.30-
п 180
- угол наклона фрикционного клина с горизонталью, обеспечивающий контакт клина с нажимным конусом, рад.
SCIENTIFIC PROGRESS VOLUME 3 I ISSUE 5 I 2022 _ISSN: 2181-1601
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22257
Рис. 2. Графические зависимости Nu (а) и Куп (a) Анализ результатов расчётов
1) Выводя результаты расчёты, необходимо отметить, что с повышением угла наклона нажимного конуса (a ) при неизменных показателях углов наклона
задней грани фрикционного клина (у) и фрикционного клина (р ) горизонтально
нормальные составляющие Nh (а) реакции нажимного конуса на фрикционный клин снижаются, что способствует снижению силы трения в паре трения «фрикционный клин - нажимной конус». Показатели реакции переднего упора (
^уп) на корпус аппарата тоже снижаются. Изменение реакции переднего упора
Яуп (а) и нажимного конуса Nh (а) имеет нелинейную характеристику.
Выводы
Делая выводы по результатам выполненных исследований при числовом моделировании силового взаимодействия пар трения «фрикционные клинья -нажимной конус», значения реакции связи определены символическим методом. При определённых начальных данных касательные и нормальные составляющие реакции фрикционных клиньев на нажимной конус достигают до 3156 и 820,6 кН соответственно. Построена графическая зависимость реакции связи от определённого геометрического параметра (угла наклона контактируемых поверхностей) пары трения, поскольку она определяет эффективность, а также отдачу поглощающего аппарата.
Библиографический список
1. Л. А. Шадур, М. В. Винокуров, Вагоны - М.: Трансжелдориздат, 1953. - 704 с.
2. Пряников С. А. Повышение надежности автосцепного устройства грузовых вагонов на основе совершенствования контроля технического состояния пружинно-фрикционных поглощающих аппаратов при ремонте. Автореф. дисс...канд. техн. наук. - Екатеринбург: УрГУПС, 2008. - 22 с.
3. А. Н. Антропов, М. И. Глушко - Работа пружинно-фрикционного комплекта тележки грузового вагона // Вестник ВНИИЖТ, 2004. - №5. - С. 41 - 44.
4. Л. Г. Лойцянский, А. И. Лурье - Курс теоретической механики II. Динамика. -М.: Наука, 1983. - 640 с.
5. Кирьянов Д. Самоучитель MathCAD 13 - СПб.: БХБ-Петербург, 2006. - 528 с.
