автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Ходовые качества модернизированных грузовых вагонов колеи 1435 мм на железных дорогах колеи 1520 мм

Днепропетровский государственный технический университет железнодорожного транспорта

РГО од

s о Ц^У . / <

УДК 629.46.014.24/.017

ХОДОВЫЕ КАЧЕСТВА МОДЕРНИЗИРОВАННЫХ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ КОЛЕИ 1435 мм НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ КОЛЕИ 1520 мм

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог

и тяга поездов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск - 1998

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Днепропетровском государственном техническом университете железнодорожного транспорта (ДИИТ), Министерство транспорта Украины.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук профессор Богомаз Георгий Иванович, Институт технической механики Национальной академии наук Украины, заведующий отделом;

- кандидат технических наук доцент Горбунов Николай Иванович, Восточноукраинский государственный университет,

доцент кафедры подвижного состава.

Ведущая организация - Институт транспортных систем и технологий, отдел динамики и прочности новых видов транспорта, Национальная академия наук Украины, Днепропетровск.

Защита состоится 23 марта 1998 г. в 14:00 на заседании специализированного ученого совета Д08.820.02, в ДИИТе, расположенном по адресу:

Украина, 320010, Днепропетровск-10, ул.Академика Лазаряна, 2, ауд. 224. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДИИТа.

Автореферат разослан 30 января 1998 г.

Научный руководитель - доктор технических наук профессор

Савчук Орест Макарович, ДИИТ, проректор по научной работе.

специализированного совета

Ученый секретарь

Боднарь Б.Е.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Железнодорожный транспорт с присущими ему специфическими качествами - большой производительностью, всеиогодностью и безопасностью, даже в нынешнее, кризисное для экономики Украины время, занимает ведущее положение в транспортной системе страны. Данные из Центра статистики Международного Союза железных дорог (МСЖД) свидетельствуют, что, например, в 1995 году Украина занимала первое место в Европе по тонна-километровой работе, опережая почти втрое железные дороги Германии, которые занимали второе место. На современном этапе железные дороги могут предложить на рынок транспортных услуг традиционные технологии перевозок, а в недалеком будущем - более прогрессивные - комбинированные. Перспективы развития железнодорожных перевозок грузов во многом зависят от степени освоения международных транспортных коридоров.

Для ускорения интеграции железных дорог стран Восточной и Центральной Европы в рамках МСЖД создано специальное подразделение Восток-Запад. На Второй Всеевропейской Конференции Министров Транспорта (14-16.03.1994) подписан Меморандум о развитии приоритетных транспортных коридоров в Европе, четыре из которых прямо относятся к Украине.

По данным Государственной администрации железнодорожного транспорта Украины (УЗ) объем грузовых перевозок железными дорогами нашей страны за первое полугодие 1996 года составил 82,9 млрд тонна-км, что на 14,7% меньше соответствующего периода 1995 года. При этом внутренние перевозки снизились с 51,4 до 33,2 млрд тонна-км, а международные (экспорт, импорт и транзит) возросли с 45,7 до 49,7 млрд тонна-км. Таким образом, международные перевозки впервые превысили внутренние и достигли уровня 60% от общего объема.

Наращивание объемов перевозок грузов по направлениям Восток-Запад в некоторой степени сдерживается техническими проблемами в силу . существенных различий как условий эксплуатации, так и конструкций подвижного состава. Кроме отличий, обусловленных разностью в ширине колеи, западноевропейские и отечественные вагоны имеют различные по конструкции и характеристикам устройства опирания кузова на тележки, ударно-тяговые приборы и автотормоза.

Конструкции вновь строящихся вагонов проектируются с учетом необходимости устранения перечисленных различий. С этой целью подготавливаются согласованные нормативные документы. Так, в настоящее время разрабатывается проект Кодекса МСЖД "Грузовые вагоны. Сообщения

между железными дорогами колеи 1435 мм и железными дорогам колеи 1520 мм. Технические требования и условия допуска".

В связи с изложенным, проблема допуска зарубежного подвижног состава к эксплуатации на железных дорогах Украины весьма актуальна важна по экономическим соображениям. Вместе с тем, для техническо адаптации западноевропейских вагонов постройки прежних лет к условия! работы отечественного железнодорожного транспорта необходим] новые инженерные решения, устраняющие исторически сложившиес конструктивные различия подвижного состава железных дорог коле 1435 и 1520 мм.

СВЯЗЬ РАБОТЫ С НАУЧНЫМИ ТЕМАМИ

Исследования, результаты которых были положены в основ представляемой диссертационной работы, начаты в 1980 году пр эксплуатационных испытаниях модернизированных грузовых вагонов в состав опытных маршрутов ДИИТа. Основные результаты диссертации получены течение последних четырех лет в рамках работ отраслевой научно исследовательской лаборатории (ОНИЛ) вагонов ДИИТа и Восточног научного центра Транспортной академии Украины. Диссертация также связан с разработкой темы "Динамические качества и безопасность движени железнодорожных транспортных средств", утвержденной Президиуме! Национальной академии наук Украины (НАНУ), которая выполняете Институтом технической механики НАНУ.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель диссертационной работы заключается в разработк экспериментально-теоретической методики оценки ходовых динамически качеств грузовых вагонов колеи 1435 мм при эксплуатации их на железны дорогах колеи 1520 мм и выдаче научно обоснованных рекомендаций техническом плане по условиям такой эксплуатации.

Для эффективного достижения указанной цели необходимо решить дв главные задачи:

- разработать экономичную методику прогнозирования ходовы динамических качеств модернизированных грузовых вагонов на тележка модели 18-100;

- составить комплекс современных технических средств и создать паке компьютерных программ, реализующих указанную методику.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Научная новизна результатов диссертации состоит в следующем:

а) усовершенствована математическая модель для исследования вынужденных пространственных колебаний четырехосного грузового вагона на тележках серийного производства (модель ¡8-100);

б) предложена и обоснована экспериментально-теоретическая методика, сокращающая сроки и стоимость выполнения работ по прогнозированию показателей динамики модернизированных грузовых вагонов на тележках модели 18-100;

в) впервые получены экспериментальные и расчетные данные в отношении динамических качеств вагонов-цистерн западноевропейского типа, приспособленных для эксплуатации на железных дорогах колеи 1520 мм;

г) исследовано влияние ослабления клиновой системы гашения колебаний тележки модели 18-100 на динамические процессы, протекающие при движении вагонов-цистерн в порожнем состоянии.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

По итогам выполненных работ в диссертации даны рекомендации по условиям эксплуатации на магистральных путях Украины в составе грузовых поездов вагонов-цистерн типов 5456.81 и 5470.81 фирмы Vereinigte Tanklager und Transportmittel GmbH (VTG, Германия), а также типа 406R фирмы Dyrekcja Eksploatacji Cystern w Warszawie CPN S.A. (DEC, Польша).

Разработанные в рамках диссертации методики, алгоритмы и вычислительные программы постоянно используются ОНИЛ вагонов ДИИТа при испытаниях и тестировании ходовых частей новой конструкции, модернизированных грузовых вагонов различных типов и др. За последние три года созданная методика, а также измерительно-вычислительный комплекс использовались во время натурных испытаний: 1) рефрижераторных вагонов на тележках с раздвижными колесными парами болгарского производства; 2) контейнерной платформы модернизированной АО "Крюковский вагоностроительный завод" и контрейлерной платформы постройки АО "Днепровагонмаш" для перевозки автопоездов в опытной поездке по маршруту Днепропетровск - Захонь (Венгрия) - Киев; 3) полувагонов на тележках с опытными профилями катания колесных пар в опытном маршруте Кривой Рог - Кошице (Словакия).

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД СОИСКАТЕЛЯ

Личный вклад автора в разработку полученных научных результате выражался в следующем:

а) создание измерительно-вычислительного комплекса на баз современных аппаратных средств и разработка программного обеспечения дл проведения и автоматизированной обработки данных натурных испытани железнодорожных вагонов;

б) усовершенствование математической модели колебаний грузовог вагона с целью возможно более полного учета особенностей конструкции технического состояния конкретного объекта испытаний при компьютерно! моделировании на основе результатов натурных экспериментов;

в) участие в подготовке и проведении испытаний вагонов-цистерн фир! VTG и DEC на железных дорогах колеи 1520 мм, а также обработк экспериментальных данных и компьютерное моделирование.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИИ

Основные идеи, положения и результаты диссертационной работ] представлены и обсуждены на XI Научной конференции "Рельсовые экипажи (31.05-02.06.1995, Краков) и IX Международной конференции "Проблем] механики железнодорожного транспорта" (29-31.05.1996, Днепропетровск). ] полном объеме диссертация доложена и обсуждена на семинаре кафедр] вагонов ДИИТа 09.07.1997.

ПУБЛИКАЦИИ

В печати результаты диссертации опубликованы в пяти научных работах СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списк использованных источников и четырех приложений. Рукопись насчитывав' 22 иллюстрации, 34 таблицы, 105 наименований литературных источнико] Полный объем диссертации составляет 132 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении содержатся сведения подтверждающие актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, определены основные задачи исследования.

В первой главе приведен обзор доступных автору литературных источников по проблемам динамики вагонов, качеств вагонов. При этом основное внимание уделено как отечественному, так и зарубежному опыту оценки ходовых динамических качеств грузовых вагонов. Выполненный обзор эволюции указанных методов дает основание заключить следующее:

а) на железных дорогах колеи 1520 (1524) мм с 1956 года под грузовыми вагонами эксплуатируется тележка типа ЦНИИ-ХЗ. Проведенные за этот период многочисленные испытания подвижного состава позволяют утверждать, что динамические качества вагонов на тележках названного типа хорошо изучены;

б) мировой опыт показывает, что исследование динамики вагонов целесообразно производить комбинированным методом, сочетающим экспериментальные и теоретические работы. При этом достигается наилучшее соотношение стоимости работ, сроков их проведения и достоверности результатов;

в) отечественная и зарубежная практика выявила, в качестве : величин наиболее емко отражающих динамику машин и механизмов — ускорения определенных узлов последних. В отношении грузовых вагонов такими узлами признаны пятники.

Вторая глава посвящена экспериментальной части разработанной методики оценки ходовых динамических качеств модернизированных грузовых вагонов. В этой же главе описываются конкретная реализация измерительно-вычислительного комплекса и алгоритмы обработки результатов натурных испытаний вагонов, используемые в авторских компьютерных программах.

Предлагаемая методика основана на аппаратурной оценке динамических . качеств опытного вагона совместно с вагоном-эталоном. За эталон принимается однотипный с исследуемым серийный вагон с хорошо изученными ходовыми качествами. Испытания проводятся в соответствии с требованиями действующих нормативных документов и с учетом технологии испытаний модернизированных грузовых вагонов в условиях эксплуатации, разработанной в ДИИТе в результате длительного наблюдения опытных маршрутов. Эта технология предусматривает измерение (в вертикальном и горизонтальном поперечном направлениях) ускорений рам вагонов вблизи пятниковых опор в обычных эксплуатационных условиях на разнородных по конструкции и

техническому состоянию участках пути. Акселерометры располагают^ на вертикальном листе шкворневой балки, примерно в полуметре с вертикальной продольной плоскости симметрии вагона. Как правило, опыт: проводятся в режиме выбега в узких диапазонах скоростей движения, начиная 40 км/ч и далее, в возрастающем порядке, с шагом 10 км/ч - до максимальн допустимых. При этом контролируется привязка к плану пути: выделяютс опыты на прямых и кривых участках, а также на стрелочных переводах. 3 измеряемыми, в рамках описываемой методики, ускорениями угвердилос краткое, хотя и не совсем точное, название - "ускорения пятников".

Полигонные ходовые динамические испытания подвижного состав проводятся на специально отведенных участках железнодорожного пути фиксированными характеристиками. В отличие от полигонных, испытания условиях эксплуатации наиболее полно отражают поведение исследуемог вагона и дают достоверное представление о его ходовых качествах в реальны условиях.

Для эффективной реализации предлагаемой методики необходш современный измерительно-вычислительный комплекс (ИВК). При выбор аппаратуры для ИВК автор руководствовался критерием наилучшег соотношения стоимости и технических характеристик оборудование Конфигурация разработанного ИВК схематично показана на рис.1.

Рис.1. Структурная схема ИВК

В составе ИВК используются линейные акселерометры модели АТ110 АО "Арзамасское ОКБ «ТЕМП»" (Россия). Для перевода электрическог сигнала от датчика в цифровую форму применяется блок рго411Ь фирм! ргоТЕБТ (Польша), реализованный в виде дополнительной платы компьютеру. Указанный блок объединяет аналого-цифровой и цифро аналоговый преобразователи (АЦП и ЦАП).

В качестве ЭВМ в составе разработанного ИВК применяется IBM-совместимый компьютер Pentium-100/monoVGA. Особенностью компьютера является отсутствие накопителей как на гибких, так и на жестких магнитных дисках. Вместо названных накопителей используется Solid State Disk (SSD) типа PCD-896-32 фирмы Advantech (США), сохраняющий информацию в энергонезависимых микросхемах. Емкость SSD позволяет хранить записи динамических процессов, полученные в течение нескольких рабочих дней. Для организации библиотек экспериментальных данных используется Zip Drive фирмы Iomega (США), представляющий собой внешний дисковод со сменными дискетами емкостью 100 Mb.

Общая максимальная потребляемая мощность разработанного ИВК не превышает 120 W и обеспечивается стандартными подвагонными аккумуляторными батареями вагона-лаборатории. Сеть переменного тока напряжением 230 V получается с помощью преобразователя постоянного тока в переменный типа CS 600-48 фирмы WattpoWer (Франция).

Далее во второй главе, на примере испытаний цистерн фирмы DEC при эксплуатации их на тележках модели 18-100 на колее 1520 мм, проиллюстрированы устойчиво повторяющиеся явления характерные для различных типов грузовых вагонов железных дорог Украины.

Линейная частота колебаний элементов конструкции движущегося вагона по отношению к возмущениям определяется из выражения

/ = У/Я, (1)

где / - частота, Гц;

V - скорость движения, м/с;

X - длина волны возмущения, м.

В случае подстановки значения скорости движения в км/ч, а в качестве Л - величины развертки окружности среднеизношенного колеса вагона формула (1) приобретает вид

/«Г/10. (2)

На рис.2 показаны нормированные по собственным амплитудам • статистически состоятельные оценки амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) вертикальных ускорений пятников, полученные по результатам натурных испытаний груженых цистерн типа 406R. Из рис.2 видно, что составляющие колебательных процессов, которые соответствуют частоте прогнозируемой по формуле (2), являются наиболее мощными в каждом из приведенных спектров. Отмеченное явление связано со следующими несовершенствами колес: ползун (выбоина) на поверхности катания, эксцентричность круга катания, а также неравномерный прокат и овальность

по кругу катания. Из результатов спектрального анализа следует, чт< вывод из эксплуатации колес с несовершенствами позволит снизит: вибронагруженность кузовов грузовых вагонов в вертикальном направленш примерно вдвое в диапазоне средних скоростей движения (см. рис.2).

f,l"u

---50 км/г -60 км/г -70 км/г -80 км/г

Рис.2. Нормированные АЧХ вертикальных ускорений пятников груженых цистерн DEC при различных скоростях движения

Во время испытаний также исследовалась цистерна DEC с тележко! модели 18-100, у которой один из клиньев фрикционного гасителя колебанш под весом тары вагона не прижимался к фрикционной планке. Другая тележк: той же цистерны имела исправные клиновые гасители. При этом на скоростя: движения 45...50 км/ч для порожней цистерны отмечены резонансные явления.

На рис.3 в одинаковом масштабе показаны фрагменты осциллограм» вертикальных ускорений пятников цистерны над тележкой с ослабленныи клином (жирная линия) и над исправной тележкой (тонкая линия) npi движении порожней цистерны со скоростью 45 км/ч по прямому участку пуп на выбеге. Из рис.3 видно, что в процессах вертикальных ускорений пятник: над тележкой с неисправным клиновым гасителем превалируют колебания i частотой близкой к частоте оборотов колеса (см. формулу (2)).

В целом, вертикальные ускорения пятника над тележкой с ослабленные, клином в среднем в полтора раза превышали соответствующие ускорение другого пятника той же цистерны.

О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Время, С

Рис.3. Фрагменты осциллограмм вертикальных ускорений пятников порожней цистерны DEC с неисправным гасителем колебаний одной из тележек

В третьей главе представлены теоретическая часть предлагаемой методики и необходимое авторское программное обеспечение. Здесь приводится система показателей, используемых при прогнозировании динамических качеств грузовых вагонов, а также даны рекомендации по выполнению компьютерного моделирования и "настройке" базовой математической модели грузового вагона на конкретный объект испытаний по результатам этих испытаний.

По разработанной методике для оценки хода грузового вагона в груженом и порожнем состояниях анализируются следующие величины:

а) по данным натурных испытаний (с вероятностью не менее 0,999)

- значения ускорений пятников в вертикальном и горизонтальном поперечном направлениях;

б) по расчетным данным (с вероятностью не менее 0,970):

- коэффициенты вертикальной динамики;

- рамные силы в долях статической осевой нагрузки;

- показатели бокового воздействия вагона на путь по абсолютным значениям рамных и боковых сил;

- показатели плавности хода в вертикальном и горизонтальное поперечном направлениях (для обитаемых помещений изотермически; вагонов);

- коэффициенты запаса устойчивости колеса против схода с рельсо] (в общем случае и при торможении);

- коэффициенты запаса устойчивости вагона от опрокидывания пo^ действием боковых сил в общем случае движения, а также пр! опрокидывании наружу и внутрь кривой.

Схема связей элементов математической модели грузового вагона ш серийных тележках показана на рис.4.

Рис.4. Структурная схема четырехосного грузового вагона 1 - кузов; 2 и 3 - надрессорные балки;

4,...,7 - боковые рамы тележек; 8,...,11 - колесные пары

Уравнения возмущенного движения грузового вагона в векторно-матричной форме имеют вид:

М{Ч} + К{Ч} = Р, (3)

где М и К - матрицы инерционных и квазиупругих коэффициентов; {¿¡} и - векторы обобщенных ускорений и координат; Р - суммарный вектор силовых факторов, вызванных взаимодействием узлов сухого трения в соединениях кузова с ходовыми частями и в самих ходовых частях, а также взаимодействием колес с рельсами и возмущениями от рельсовой колеи.

Компоненты матриц М и К, а также вектора Р для формулы (3) могут быть получены с помощью уравнений Лагранжа второго рода. Компонентами вектора обобщенных координат механической системы, показанной на рис.4, выбраны следующие перемещения отдельных тел:

Я\=Уи Ъ=У4> Ъ=Уб, Ч*=ф\, = Яб=Фз> Ят^Ф*, (4)

Ч&=Фб> <79=^1. Яю=в2> Яп=вз> Чп =21. Чи=<Р\> <?14

где хп, уп и :п - линейные перемещения л-го твердого тела в традиционной для задач динамики прямоугольной системе координат;

д„, (рп и фп - углы поворота твердого тела относительно соответствующих главных центральных осей инерции.

В работе выполнена детализация базовой математической модели с целью наиболее полного отражения поузлового состояния конструкции конкретного объекта испытаний. Для этого все геометрические, жесткостные и инерционные параметры различных элементов обозначены отдельной переменной. При обобщенных координатах (4) ненулевые компоненты верхних правых треугольных частей симметричных матриц М и К усовершенствованной математической модели приведены в формулах (5) и (6) соответственно.

М1г1 =М,2>12 -т1+т1 Мм =-МП13 = Ь{т2-тг),

М19 = -Н(т2 +т3), М22 =^4 +т6 +т7, М27 =/,(/?г8-/и9), М3,3=/гх+Ьг{тг + тг\ М38 = 12(тю -тп), М4>4 =/г1 + Ь2(т2 М49 =-ЛМ14,

М5,5 = 1г2 + 1а ++ 612(т4 + М514 = ¿,(»14 -т5\ (5)

М6>6 =1Л + 1Л0 + 1Л\+Ь1(Щ + Щ\ м«,14 =Ь2(т6-т7),

М7,7 =1г* +1г5 + +щ), М88 =11б +/г7 +1Цтт + ти), М99=1,л+И2(т2 + тг), М1010 = 1х2, Мцд1 = 1х3,

. М13,13 = 1у\ + 1уг + !уз + ^(щ + Ми<и = ХЦЛ" / >-п + Т!п^тп >

где тп - масса «-го твердого тела;

Ь - база вагона;

к - высота центра масс кузова над плоскостью опирания надрессорных балок на упругие элементы центрального подвешивания;

/у- - базы тележек;

1хп, I и - моменты инерции массы твердого тела относительно

главных центральных осей инерции;

26у - расстояния между центрами рессорных комплектов одной тележки;

гп - радиусы кругов катания колес колесных пар.

Кi i - kyl + ку2 + kyj + kyi, К1>2 - ~kyi ~ку2, М13 - kyi - kyi, Ki,4 =L{kyi+ky2 -ky3 -ky4), K1>9 =-ИК11,

^2,2 = kyl +ky2> К 2 4 = —LKjj, K29 = AKj^ j

K3,3 - kyi +kyi, K34 -i,K3>3, K39 = ffi„,

K4;4 =i2Kljb K49 = -AK14, (6

^5,5 = 1^7,7 = ~K5j7 = кф1 +кф2, К6)б =K88 = -К6;8 = кф2 +кфА, К99 =/j2Kji + кв1+кв2, К9Д0 = К911=-&02> Кю,ю-bi{kz\ +kz2)+kn, К]012 = bl(k:2 -kzl), Kl013 =-LKlon, KUM=b}(kz3+kz4)+k&2, K11A2 = b2(kzi-kz3), K1113 =Z,K1112,

Kl2,12 = kz\ + kz2 + к2Ъ + kz\, K 12,13 = Ukz3 + kz4 " kzl ~ kz2 X K13,13 = ¿^12,12

где kyj и k2l - линейные жесткости рессорных комплектов

горизонтальном поперечном и вертикальном направлениях;

к^ - угловые жесткости в плане в соединении надрессорных балок

боковыми рамами тележек;

к№ - приведенные жесткости кузова и надрессорных балок при взаимны; поворотах в поперечной вертикальной плоскости.

Материалы четвертой главы отражают опыт применения создании экспериментально-теоретической методики для выдачи рекомендаций техническом плане по условиям эксплуатации на железных дорогах Украин! модернизированных вагонов-цистерн фирм VTG и DEC. Основные параметр! опытных зарубежных четырехосных цистерн приведены в табл.1. Наиболе близкими по техническим характеристикам аналогами испытываемых цистер] являются следующие отечественные вагоны-цистерны: а) для цистерн VT( типа 5456.81 - модель 15-884, типа 5470.81 - модель 15-1498; б) для цистерн! DEC типа 406R - модель 15-Ц859.

Модернизация опытных цистерн VTG и DEC для обращения по сел железных дорог колеи 1520 мм состояла в следующем. У цистерн VTG пятник: выполнены плоскими, а боковые скользуны - уширенными, что обеспечивае опирание как на западноевропейские тележки, так и на тележки стран СНГ Цистерны DEC снабжены съемными переходными пятниками (адаптерами) i откидными скользунами. Тормозное оборудование цистерн VTG имеет дв воздухораспределителя: типа KE-GP и усл.№483М. Тормоза цистерн DE( приспособлены для работы с давлением сжатого воздуха по стандарт

железных дорог колеи 1520 мм. Каждая цистерна VTG, а также несколько десятков цистерн DEC, с одной стороны имеют автосцепку типа СА-3.

Таблица 1 - Основные технические параметры модернизированных цистерн фирм VTG и DEC

Наименование параметра, размерность Тип цистерны

5456.81 5470.81 406R

1. Грузоподъемность, т 56,7 64,1 56,0

2. Тара, т 23,3 25,9 22,8

3. Объем котла, м3 56 70 61

4. База, мм 12000 11360 6800

5. Длина рамы, мм 16660 15160 11100

6. Диаметр котла, мм шах 2280 шах 2550 2800

В табл.2 содержатся экстремальные значения показателей динамики, полученные для опытных цистерн по разработанной методике (в экспериментах в качестве эталонов для цистерн VTG и DEC были взяты отечественные цистерны моделей 15-1547 и 15-1610 соответственно). Здесь в числителе приведены данные для порожнего состояния, в знаменателе - для груженого. Данные табл.2 позволяют выделить порожнее состояние как наиболее опасный режим движения вагонов-цистерн.

Цистерны фирмы VTG типов 5456.81 и 5470.81, а также близкие им по параметрам, по своим динамическим качествам могуг эксплуатироваться на тележках модели 18-100 в условиях железных дорог Украины путем включения попарно в хвостовую часть грузового поезда. Скорость движения поезда с цистернами VTG устанавливается такой же, как и для грузовых • поездов с отечественными цистернами, обращающимися на сети железных дорог Украины.

Результаты работ по исследованию и прогнозированию ходовых динамических качеств цистерн DEC типа 406R на украинских железных дорогах как в составе отдельного поезда, так и при включении групп (сцепов) в грузовые поезда, позволяют установить условия их безопасной эксплуатации. При этом должны соблюдаться соответствующие инструктивные указания составленные сотрудниками ОНИЛ вагонов ДИИТа и утвержденные УЗ.

Таблица 2 - Значения показателей динамики цистерн VTG, DEC и эталонных

Тип Скорость движения, км/ч

цистерны 40 50 60 70 80

1. Горизонтальные поперечные ускорения пятников, доли g:

5456.81 0,17/0,14 0,18/0,17 0,21/0,21 0,26 / 0,23 0,31 /0,25

5470.81 0,14/0,12 0,15/0,13 0,17/0,15 0,19/0,18 0,23/0,19

15-1547 0,14/- 0,17/- 0,17/- 0,19/- 0,21 /-

406R 0,17/0,21 0,18/0,21 0,21 / 0,22 0,23 / 0,22 0,26 / 0,23

15-1610 0,18/- 0,19 / - 0,23/- 0,25 / - 0,28 / -

2. Вертикальные ускорения пятников, доли g:

5456.81 0,36 / 0,28 0,36 / 0,32 0,37 / 0,36 0,46 / 0,37 0,27 / 0,35

5470.81 0,34 / 0,23 0,35 / 0,27 0,36 / 0,29 0,40 / 0,33 0,44 / 0,35

15-1547 0,35/- 0,35 / - 0,37 / - 0,37 / - 0,37 / -

406R 0,34/ 0,28 0,35/0,30 0,36/0,30 0,37/0,31 0,38/0,31

15-1610 0,36 / - 0,38 / - 0,38/- 0,39/- 0,39 / -

3. Рамные силы в долях статической осевой нагрузки:

5456.81 0,31/0,32 0,34 / 0,34 0,35 / 0,34 0,35 / 0,37 0,38/0,39

5470.81 0,33/0,31 0,35 / 0,30 0,37/0,36 0,39/0,35 0,38/0,34

15-1547 0,36 / - 0,41 / - 0,42 / - 0,40/- 0,40 / -

406R 0,35 / 0,38 0,37 / 0,38 0,38/0,37 0,39/0,37 0,40 / 0,39

15-1610 0,39 / - 0,40 / - 0,42 / - 0,44 / - 0,44 / -

4. Коэффициенты вертикальной динамики:

5456.81 0,27/0,26 0,30 / 0,27 0,34 / 0,27 0,36 / 0,30 0,44 / 0,30

5470.81 0,25/0,22 0,30 / 0,20 0,30 / 0,25 0,34 / 0,29 0,42 / 0,28

15-1547 0,36 / - 0,37 / - 0,41 / - 0,45 / - 0,45 / -

406R 0,49 / 0,23 0,46 / 0,22 0,50/0,21 0,50 / 0,22 0,52 / 0,23

15-1610 0,46 / - 0,47/- 0,48 / - 0,48 / - 0,47 / -

5. Коэффициенты запаса устойчивости от схода с рельсов

колесных пар (при вероятности менее 0,00001)

5456.81 1,36/1,35 1,31 /1,26 1,37/1,27 1,29/1,23 1,30/1,15

5470.81 1,47/1,41 1,38/1,32 1,41/1,37 1,36/1,22 1,34 /1,24

15-1547 1,25 / - 1,24 / - 1,22/- 1,16/- 1,12/-

406R 1,08 /1,28 1,07/1,30 1,08/1,23 1,09/1,21 1,08/1,20

15-1610 1,02 / - 1,07/- 1,04 / - 1,09/- 1,10/-

ВЫВОДЫ

Результаты исследований, содержащиеся в представленной диссертационной работе, позволяют сделать следующие основные выводы.

1. Экономические соображения диктуют целесообразность допуска грузового подвижного состава колеи 1435 мм к эксплуатации на сети украинских железных дорог. Этот процесс порождает новые технические решения для устранения исторически сложившихся конструктивных отличий и адаптации западноевропейских грузовых вагонов к более жестким эксплуатационным условиям, характерным для отечественного железнодорожного транспорта. Один из важных аспектов работ в указанном направлении состоит в обеспечении достоверной и эффективной оценки ходовых динамических качеств модернизированных грузовых вагонов колеи 1435 мм при эксплуатации их на железных дорогах колеи 1520 мм.

2. Критический анализ принятой в настоящее время методики прогнозирования ходовых динамических качеств показывает ее ориентацию в основном на вновь строящиеся вагоны. Вместе с тем, применение этой методики к модернизированному вагону, ходовые качества исходной модели которого хорошо изучены во время приемочных испытаний и продолжительной эксплуатации, представляется излишне затратным путем. Кроме того, обзор современных тенденций развития имитационного моделирования выявляет неоправданно ограниченное использование расчетной части существующей методики.

3. Научно обоснованная оценка и прогнозирование ходовых динамических качеств модернизированных грузовых вагонов на тележках модели 18-100 могут выполняться с помощью предложенной экономичной экспериментально-теоретической методики, предусматривающей натурные испытания вагона в условиях обычной эксплуатации и последующее компьютерное моделирование на основе результатов экспериментов. Стоимость и сроки выполнения работ по разработанной методике сокращаются в два-три раза по сравнению с существующей.

4. При выполнении широкого круга испытаний подвижного состава хорошо зарекомендовал себя разработанный измерительно-вычислительный комплекс, реализующий цифровые технологии обработки сигналов и представляющий собой ГВМ-совместимый компьютер, оснащенный рядом дополнительных плат.

Потребляемая электрическая мощность базового варианта комплекса i превышает 120 Вт, что полностью обеспечивается штатными аккумуляторные батареями вагона-лаборатории. Подобный комплекс с аналоговой форме регистрации и визуализации сигналов требует дополнительных внешш источников электроэнергии.

5. Доказана техническая возможность регулярной эксплуатации на железнь дорогах Украины модернизированных вагонов-цистерн типов 5456.81 и 5470.5 фирмы VTG (Германия), а также типа 406R фирмы DEC (Польша) на тележкг модели 18-100. Скорости движения поездов УЗ, содержащих группы указаннь цистерн, устанавливаются на том же уровне, что и для грузовых поездов отечественными цистернами.

6. Для обеспечения безопасности движения порожних грузовых вагоне следует исключить эксплуатацию тележек модели 18-100 с ослабление клиновой системой гашения колебаний. Все фрикционные клинья каждо1 рессорного комплекта тележки под весом тары вагона должны быть нагружен!

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ СОИСКАТЕЛЕМ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дёмин Ю.В., Дмитриев Д.В., Ковтун E.H. Прогнозирование динамически показателей грузовых вагонов// 3ani3HH4HHft транспорт Украши. - 1997. №2-3.-С. 39-43.

2. Савчук О.М., Дёмин Ю.В., Дмитриев Д.В. Условия эксплуатащ западноевропейских цистерн на железных дорогах Украины// Улучшен! конструкции и обслуживания подвижного состава железных дорог: Межву сб. науч. тр. - Днепропетровск: ДИИТ. - 1996. - С. 7 -11.

3. Дмитриев Д.В. Вычислительный комплекс для построения амплитуда! частотных характеристик при испытаниях подвижного состава// Техническс содержание и использование подвижного состава: Межвуз. сб. науч. тр. Днепропетровск: ДИИТ. - 1994. - С. 39 - 41.

4. Diomin J., Dmitriew D., Kowtun E. Badania dynamiki wagonow-cystern firn DEC// XI Konferencja Naukowa "Pojazdy Szynowe". - Tom I. - Krakow (Polsfo - 1995,-S. 148- 164.

5. Diomin J. W. , Dmitriew D. W. , Kriwowiaziuk J. P. , Sawczuk О. M. Badanie dynamiki grup cystern DEC w pociagach ukrainskich kolei// XII Konferencja Naukowa "Pojazdy Szynowe '96". - Tom I. - Poznan-Rydzyna (Polska). - 1996. - S. 59 - 67.

В статье [1] соискателю принадлежит изложение сути разработанной методики и опыта, ее применения. В статье [2] соискателем описаны данные натурных испытаний вагона с ослабленной системой гашения колебаний надрессорного строения. В работе [4] соискатель написал второй раздел, а в работе [5] - четвертый, которые содержат результаты эксплуатационных испытаний вагонов-цистерн DEC. В работе [4] соискатель также принимал участие в написании раздела, посвященного математическому моделированию, за исключением описания модели цистерны в груженом состоянии.

ABSTRACT

Dmitriyev Dm.V. Running qualities of the modernised goods wagons of track gauge 1435 mm on railways with gauge 1520 mm. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 05.22.07 - railway rolling stock and train traction. - The Dnepropetrovsk State Technical University of Railway Transport, Dniepropetrovsk, 1997.

Economic technique of estimation and prediction of dynamic running qualities of modernised wagons has been elaborated. An experimental part of the technique includes measurements of accelerations of a frame (centre plates) of the wagon during the tests under standard operation conditions. A theoretical part consists in the determination" of a whole spectrum of the wagon running safety characteristics by means of computer simulation on the base of a mathematical model adjusted according to the experimental data.

The necessary equipment has been selected and the application hardware package realizing the mentioned technique has been developed. Results of the experimental and theoretical studies of dynamic running qualities of tank wagons of the types 5456.81 and 5470.81 manufactured by the firm VTG (Germany) as well as of the type 406R owned by the firm DEC (Poland) on bogies of the 18-100 model are presented. Technical recommendations on an operation of these tank wagons in empty and loaded states in trains on the railways of Ukraine have been proposed.

Key words: goods wagon, running qualities, modernization, test under running conditions, computer simulation, indexes of dynamics, running safety.

Дмитриев Дмитрий Викторович

ХОДОВЫЕ КАЧЕСТВА МОДЕРНИЗИРОВАННЫХ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ КОЛЕИ 1435 мм НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ КОЛЕИ 1520 мм

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 19.01.1998 г. Формат 60x90 1/16. Бумага для множительных аппаратов. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Заказ №49. Тираж 100 экз. Бесплатно.

Адрес участка оперативной полиграфии ДИИТа: 320010, Днепропетровск-10, ул. Академика Лазаряна, 2.