автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Математическое моделирование работы современных поглощающих аппаратов автосцепки и разработка программного комплекса для расчета их характеристик

На правах рукописи

ФАТЬКОВ Эдуард Александрович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ СОВРЕМЕННЫХ ПОГЛОЩАЮЩИХ АППАРАТОВ АВТОСЦЕПКИ И РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ РАСЧЕТА ИХ ХАРАКТЕРИСТИК

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ (технические науки)

Автореферат 2 6 НОЯ 2009

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Брянск-2009

003484359

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионально1 образования «Брянский государственный технический университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, доцент Болдырев Алексей Петрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Андрейчиков Александр Валентинович

кандидат технических наук Ковалев Роман Васильевич

Ведущая организация

ГОУ ВПО «Московский энергетический институт (технический университет)»

Защита состоится «15» декабря 2009 г. в 16 час. 00 ми», на заседании диссертационнс совета Д 212.021.03 при ГОУ ВПО «Брянский государственный технический университет» по ; ресу: 241035, г. Брянск, бульвар 50-летня Октября, 7, БГТУ; ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Брянский государственн! технический университет».

Автореферат разослан «13» ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент

В.А. Шкаберин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В условиях рынка и постоянного реформирования желез-юдорожный транспорт нуждается в непрерывном внедрении новых технических >ешений, которые позволят существенно повысить его конкурентоспособность и ффективность. Одним из путей снижения продольной нагруженности вагона явля-тся совершенствование автосцепного устройства, а в частности — применение со-ременных высокоэффективных поглощающих аппаратов (амортизаторов удара).

В процессе проектирования для определения показателей работы аппаратов в аде случаев применение экспериментальных исследований дорогостояще и трудо-мко. К тому же эксперимент невозможен для прогнозирования нагруженности при [ерспективных условиях эксплуатации. Для решения данной прикладной проблемы 1елесообразно прибегать к разработке математических моделей аппаратов и исполь-ованиго их при имитационном моделировании режимов эксплуатации, заменяя на-урные испытания вычислительным экспериментом.

Существует ряд трудов, посвященных математическому моделированию рабо-ы поглощающих аппаратов, построению математических моделей вагонов (поез-ов) различной степени сложности. Актуальным являются комплексные исследова-ия в этой области в связи с появлением новых конструкций амортизаторов удара, ребуется разработка и уточнение математических моделей новых и существующих оглощающих аппаратов. Кроме того, нуждается в корректировке методика имита-ионного моделирования условий эксплуатации вагонов в плане современных тен-енций грузовых перевозок. Развитие современной вычислительной техники позво-яет создавать специальные программные комплексы, использующие эффективные исленные методы для расчета динамических процессов в поезде.

Таким образом, работы, направленные на построение математических моделей эвременных амортизаторов удара, адекватно описывающих динамические процес-,1 ударного сжатия, и проведение расчетов характеристик аппаратов являются ак-^альными.

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка математи-;ских моделей современных поглощающих аппаратов автосцепки и создание про-»аммного комплекса для расчета их характеристик. Для реализации цели работы вставлены и решены следующие задачи-.

1. Построение математических моделей современных амортизаторов удара и кнтификация параметров на основе экспериментальных исследований.

2. Разработка методики имитационного моделирования, включающей уточнен-)е статистическое распределение масс грузовых вагонов, создание математических эделей вагонов и цистерн для расчетов различных эксплуатационных режимов.

3. Разработка проблемно-ориентированного программного комплекса для рвения задач продольной динамики подвижного состава. Выбор эффективных чис-:нных методов расчета и анализа динамических процессов при оценке нагружен->сти вагона.

4. Моделирование нагруженности поглощающих аппаратов с учетом различ-лх условий эксплуатации и использованием разработанного программного комикса. Разработка алгоритма определения энергетической нагруженности аморти-горов в эксплуатации.

5. Комплексное исследование продольной динамики поезда и проведение сра! нительного анализа характеристик поглощающих аппаратов по различным показг телям (энергетической нагруженности, критериям эффективности, коэффициента запаса устойчивости от выжимания и др.).

Методика исследований. С использованием экспериментальных данных учетом особенностей физических принципов действия сформированы математич< ские модели современных поглощающих аппаратов. Нелинейные системы дифф< ренциальных уравнений, описывающих нестационарные динамические процессь решаются с использованием современных численных методов. Алгоритмы реализс ваны в специализированном программном комплексе, разработанном на кафедр «Динамика и прочность машин» БГТУ при непосредственном участии автора.

Обработка экспериментальных данных ведется методами математической ст< тистики с привлечением измерительной аппаратуры и специализированных прс грамм.

Научная новизна работы:

- Разработаны и идентифицированы математические модели современных пс глощающих аппаратов с учетом экспериментальных данных и данных эксплуат; ции. При построении математических моделей учтены особенности реальных физ» ческих процессов ударного сжатия новых полимерных и эластомерных материалов.

- Разработана методика имитационного моделирования условий эксплуатаци вагона: на основе современных данных рассчитано новое статистическое распред« ление масс вагонов; смоделированы различные эксплуатационные режимы (движ< ние на переломах, выжимание вагона).

- Разработан проблемно-ориентированный программный комплекс, позволяк щий моделировать динамические процессы при трогании, торможении поезда и м; невровых операциях.

- С использованием методики имитационного моделирования рассчитаны ш казатели работы современных поглощающих аппаратов на различных типах груз( вых вагонов для различных эксплуатационных режимов, разработан алгоритм и о] ределена энергетическая нагруженность аппаратов в эксплуатации. Оценена ус то! чивость легковесных вагонов от выжимания.

Практическая ценность работы:

-Разработанный программный комплекс, использующий математические м( дели современных поглощающих аппаратов, позволяет проводить различные вид расчетов при проектировании новых конструкций амортизаторов и оценки сущее вующих.

-Результаты исследований использованы при разработке конструкции гидр< полимерного поглощающего аппарата ГП-120А, а также фрикционно-полимерног поглощающего аппарата с объемным распором; подана заявка на изобретение ] 2008139710 приоритет 06.10.2008.

-Построенное статистическое распределение масс грузовых вагонов позволж уточнить продольную нагруженность вагона в эксплуатации.

-Результаты расчета могут быть использованы при выборе конструкции амо] тизатора, а также для обоснования целесообразности применения различных амо] газаторов удара.

-Материалы исследований использованы при проведении НИОКР по государ-¡твенным контракту №4361р/6551, заключенному с Фондом содействия развитию л алых форм предприятий в научно-технической сфере, и договорам с рядом промышленных предприятий: ООО «ПК «Бежицкий сталелитейный завод», ЗАО «Тер-лотрон-завод», ОАО «Ливгидромаш».

Достоверность результатов.

Достоверность результатов подтверждается обоснованным выбором адекват-1ых математических моделей, удовлетворительной сходимостью расчетных и экс-териментальных данных, полученных автором лично и другими исследователями, трименением эффективных численных методов расчетов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на

11 международной научно-практической конференции «Проблемы и перспега"ивы твития вагоностроения» (г. Брянск, 2006 г), IV межрегиональной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии, >нергетика и экономика» (г. Смоленск, 2007 г.), Пятой международной научно-фактической конференции «Исследование, разработка и применение высоких тех-юлогий в промышленности» (г. Санкт-Петербург, 2008 г.), IV международной на-'чно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития вагонострое-шя» (г. Брянск, 2008 г), Международной научно-практической конференции «Наука I производство - 2009» (г. Брянск, 2009 г.), Международной научно-практической :онференции «Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической юдготовки производства на промышленных предприятиях» (г. Брянск, 2009 г.), 10->й международной научно-технической интернет -конференции «Новые материалы [ технологии в машиностроении» (г. Брянск, 2009 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, включая

12 статей, 1 тезисы докладов, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах, ре-:омендуемых ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, за-лючения, списка литературы из 128 источников. Общий объем диссертации со-тавляет 141 страницу, включая 92 рисунка и 23 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулирована ¡ель работы.

В первой главе изложено состояние вопроса, проведен анализ работ и про-раммных пакетов в области моделирования продольной динамики подвижного со-тава, описаны разновидности амортизаторов удара и физические принципы их ра-оты, сформулированы цели и задачи исследования.

В области моделирования динамики тел большое значение имеют труды И.С. ¡итенбурга, Н.П.Бусленко, Г.Б.Ефимова, Л. Лилова, Д. Ю. Погорелова, Б.Я. Совето-а и др.

Отмечается, что общим в подходе к исследованиям нестационарных динамиче-ких процессов в поезде и при соударении вагонов является то, что поезд и вагон ассматривагатся как одномерные сплошные или дискретные механические систе-!Ы. Для случая нелинейных характеристик межвагонных связей и учета зазоров в пряжи поезд представляется в виде цепочки масс.

Научные основы исследования амортизаторов удара с использованием матем! тических моделей различной степени сложности заложили Е.П. Блохин, Б.Г. Кегли! В.А. Лазарян, J1.H. Никольский, Л.А. Манашкин, H.A. Панькин, Н.Г. Беспалов, Г.] Крайзгур, Л.Д. Кузьмич, A.C. Осипов, А.Т. Харитонов и др.

Большое значение в истории расчетов, моделирования работы и проектиров; ния поглощающих аппаратов имеют труды заслуженных деятелей науки и техник РФ профессора доктора технических наук Л.Н. Никольского и профессора докто{ технических наук Б.Г. Кеглина. Ими созданы математические модели и получен основные зависимости для расчета продольных нагрузок при соударении вагоно разработаны методики расчета и проектирования фрикционных амортизаторов уд ра.

Вопросы моделирования и расчетов продольной динамики поезда широко о вещены в работах Г.И. Богомаза, Л.А. Манашкина, C.B. Беспалько, C.B. Вершинсю го, П.Т. Гребенюка, C.B. Дуваляна, В.В. Коломийченко, Л.А. Мугинштейна, С.] Мямлина, Ю.М. Черкашина, Б.Л. Стамблера, A.B. Юрченко, И.А. Ябко и др

В настоящее время для анализа динамики подвижного состава применяют! программные комплексы «ADAMS/Rail», «A'GEM», «Medyna», «Nucars «Vampire», «Simpack», «GenSys», «Дионис», «Универсальный механизм». Однак все программные комплексы дорогостоящи и требуют от пользователя специально подготовки. Кроме того, универсальность пакетов предполагает достаточно сло> ный интерфейс и недостаточное быстродействие, поэтому актуальным является со дание проблемно-ориентированных программных комплексов, направленных i решение ограниченного круга задач продольной динамики.

Отмечается, что в современном отечественном и зарубежном подвижном о ставе наибольшее применение нашли фрикционные, гидрофрикционные, эласт мерные, резинометаллические и гидрополимерные амортизаторы удара. Описывае ся их конструкция и основные принципы работы. На подвижном составе России и пользуются аппараты ПМК-110, ПМКП-110, РТ-120, АПЭ-120-И, АПЭ-95-УВЗ, 7 ZW, Ш-2-В, Ш-6-Т04 и другие. Разработаны и внедряются перспективные пот щающие аппараты ПМКЭ-110, ГП-120 А, ЭПА-120.

Несмотря на наличие работ, посвященных разработке математических модел< поглощающих аппаратов и расчету их показателей работы, многие вопросы ра смотрены недостаточно, что связано с многообразием условий эксплуатации по, вижного состава, а также с разнообразием применяемых конструкций поглощаю ни аппаратов. Недостаточно освещены вопросы моделирования работы новых погл щаюших аппаратов и различных эксплуатационных режимов, влияния перспекти ных поглощающих аппаратов на продольную динамику тяжеловесных поездов, у тойчивость порожних вагонов от выжимания, оценки энергетической нагружены сти амортизаторов.

Вторая глава посвящена математическому моделированию работы совреме: ных поглощающих аппаратов. Приведены основные подходы к построению модел< аппаратов, методики проведения статических и динамических испытаний, идент фикации параметров моделей. Рассмотрено построение математических моделей с временных поглощающих аппаратов различных типов, учитывающих физичесю принципы их работы, базирующееся на экспериментальных исследованиях: фр> ционно-полимерный аппарат ПМКП-110, фрикционно-эластомерный аппа

ПМКЭ-110, эластомерный аппарат ЭПА-120 и гидрополимерный аппарат ГП-120А. Проведены экспериментальные исследования и построены математические модели аппаратов.

Математическая модель фрикционно-попимерного аппарата ПМКП-110. Аппарат ПМКП-110, относящийся к классу Т1, показан на рис. 1. Он состоит из корпуса, комплекта полимерных элементов 5 и фрикционной части, включающей в себя нажимной конус 1, подвижные пластины 2, клинья 3 и неподвижные ■ — пластины 4. При соударении экипажей продольная сила передается через автосцепку на нажимной конус, что приводит к перемещению фрикционной части и деформации подпорного комплекта. Физический процесс поглощения энергии осуществляется за счет трения на рабочих поверхностях

1 2 3 4 5

Рис. 1. Поглощающий аппарат ПМКП-110

Р(х,гу) = Рх(х)+Рг(х) 5871 V,

Р,(х)

_\ц/н(х,г) + ч/е(х,2)]-Рп(х,у) 2

_\_ц/н(х,г)-ч/р(х,2)\-Рп(х, у)

0)

клиньев, подвижных и неподвижных пластин и корпуса.

Математическая модель аппарата включает описание работы полимерного блока и фрикционной части. Для описания работы фрикционной части использована уточненная математическая модель пластинчатого амортизатора, описывающего аппарат в виде безинерционного усилительного звена:

где л - ход аппарата, г - вспомогательная координата, V - скорость соударения,

V- специальная функция, описывающая процесс трения, у и - коэффициент передачи при нагрузке, укоэффициент передачи при разгрузке.

Динамическая силовая характеристика полимерного комплекта Рп имеет вид:

Рп(ху) = \с„(х-¥х0)-¥ ^(х+х0)г +Рг(х+хй)ь^

\ + !l^L.(signV-\)

+МУ>

Параметры с,ь р}, Р 2, Цст. И определяются идентификацией по экспериментальным данным. При участии автора были проведены экспериментальные исследования новых полимерных элементов из материалов Биге1, Ну1ге1 и Ргос^ех, которые позволили уточнить математическую модель аппарата ПМКП-110.

Для идентификации параметров математических моделей аппаратов при участии автора проведен цикл экспериментов.

Задача идентификации параметров математической модели поглощающего аппарата включает определение ряда параметров. Большинство из них можно получить простым измерением: геометрические размеры, массы и т.д. Однако некоторые параметры являются недоступными непосредственному измерению. В таком случае

параметры выбираются из соображений наилучшего приближения данных модели рования к экспериментальным данным.

Для расчета идентифицируемых параметров необходимо определить функции цели. В этом качестве могут быть взяты различные критерии оценки рассогласова ния эксперимента и расчетной модели: максимальный ход аппарата, максимально усилие, энергоемкость, среднеквадратическое отклонение силовых характеристик. I данной работе использован критерий среднеквадратических отклонений силы и пе ремещения от экспериментальных характеристик:

о о

где к - весовой коэффициент. Минимизация критерия позволила определить пара метры математических моделей поглощающих аппаратов.

Математическая модель фрикционно-эластомерного аппарата ПМКЭ-1Н Конструкция поглощающего аппарата ПМКЭ-110, относящегося к классу Т2, пока

зана на рис.2. В отличие от аппарат ПМКП-110 вместо полимерного ком плекта он содержит эластомерну} вставку 1, что обеспечивает повышен ную эффективность работы амортиза тора. Эластомерная вставка выполняв две функции: создает подпорное усили при сжатии амортизатора и восстанаЕ ливает фрикционную часть после сжг Рис. 2 Поглощающий аппарат ПМКЭ-110 тия. В процессе удара происходит обг

емное сжатие высоковязкого элестс мерного материала и одновременное его дросселирование через кольцевой зазо{ Подпорное усилие эластомерной вставки складывается из статической и динамиче ской составляющих. Статическая составляющая обеспечивается начальным давлс нием объемно сжатого эластомера и последующим ростом давления за счет умень шения суммарного объема рабочих камер. Динамическая составляющая обусловлю на сопротивлением перетекания эластомера из камеры сжатия 2 в камеру расширь ния 3 через кольцевой зазор и дроссельные отверстия в поршне и зависит от вязке сти эластомера и скорости относительного перемещения штока и корпуса вставки.

Математическая модель фрикционно-эластомерного амортизатора ПМКЭ-110 описывает динамический процесс ударного сжатия фрикционной системы и эластомерной вставки и строится аналогично модели аппарата ПМКП-110. Сила сопротивления эластомерной вставки Рг(х,у) определяется на основе зависимостей:

РГ = Я<$с ~<7А +Ск(Х-хтх)а0(х-хтах);

А Уп + Ъ-х-Бр' 1 р

Qp ~ Оср<

где S? и Sp - площади сечения камеры сжатия и расширения; qcnqp- давление в камере сжатия и расширения; хтш - максимальный ход аппарата; Е0 - модуль упругости эластомера; а - параметр, определяющий зависимость модуля упругости от давления; Vco, VP0 — начальные объемы камер; Qcp, Qc ^-расходы эластомера; Ск -жесткость корпуса; <т0 - единичная функция Хевисайда.

При уточнении математической модели автором учтена возможность изменения процесса дросселирования в зависимости от скорости сжатия.

Математическая модель эластомерного аппарата ЭПА-120 класса ТЗ описывает процесс дросселирования рабочего тела (эластомера) через кольцевой зазор между штоком и цилиндром при одновременном объемно сжатии. По структуре уравнения схожи с уравнениями, описывающими работу эластомерной вставки аппарата ПМКЭ-110.

Гидрополимерный поглощающий аппарат ГП-120А. Конструкция гидрополимерного поглощающего аппарата ГП-120А показана на рис. 3.

Аппарат состоит из корпуса 4, плунжера 1, полимерного блока 2, элементы которого разделены пластинами 3. Сила при ударе передается от автосцепки через упорную плиту на плунжер аппарата. Динамический процесс поглощения энергии обеспечивается дросселированием рабочей жидкости через калиброванные дроссельные каналы и ударным сжатием полимерного упругого блока.

Для построения математической модели и определения характеристик аппарата ГП-120А при участии автора были проведены экспериментальные исследования. На основе полученных данных построена математическая модель поглощающего аппа->ата и идентифицированы ее параметры. Математическая модель аппарата ГП-20А, описывает процесс ударного сжатия полимерного блока и дросселирования тбочей жидкости. Для ситуации удара вагона в упор сила сопротивления аппарата включает силу сопротивления комплекта полимерных элементов Рц и гидравли-[ескую силу сопротивления при дросселировании РГ. Система дифференциальных равнений, описывающих процесс ударного сжатия, имеет вид: Мх+РА =0

Рис. 3 Гидрополимерный аппарат ГП-120А

Ра"

Ру + Pr+C^x-x^ffoix-x^) Pn=[^-riar,^(-v)][crt(x+xJ+pi(x+xü)i +Рг(х+ха)5]+(1„сп V

HfE'

(3)

±£-á

E'(S+yf)

2\Pr\(S+yf)

■sign(Pr)

(Ъ-хМЯ-ЬН/Б Г/()Д V Р

где М- масса вагона, х- - ход аппарата, хтах - максимальный ход аппарата РА -ила сопротивления аппарата, Ру - сила сопротивления комплекта полимерных эле-ентов, Рг - гидравлическая сила сопротивления при дросселировании, Ск - жест-

кость корпуса аппарата, ц, - коэффициент вязкого сопротивления полимера, а0 -единичная функция Хевисайда, г/с„ — коэффициент необратимого поглощения энергии полимера при квазистатическом сжатии, с„, /?/, р2 - коэффициенты, определяющие статическую характеристику полимерного блока, Е' - модуль объемно! упругости жидкости, 5, /0.1/ - геометрические характеристики аппарата, у - коэффициент гидравлического сопро- рг кц тивления, ¡л - приведенный коэффи- дао циент расхода, р - плотность рабочей жидкости.

Силовые характеристики аппарата, построенные по данным вычислительного и натурного эксперимента, показаны на рис. 4.

Обобщая результаты сопоставления расчетных и экспериментальных характеристик можно считать, что математические модели адекватно описывают работу поглощающих аппаратов. Погрешность по максимальной силе составила 5 - 10%, а погрешность по ходу находилась в пределах 1-5%.

640

т

320

160

у / / ✓ / \

1 / // 1 / \

¡1 <> и Г[ У

17

34

51

68 ход, мм

Рис.4 Силовые характеристики поглощающего аппарата ГП-120А при скорости удара г0=\,3 м/с: --расчетная СХ;---- экспериментальная СХ

В третьей главе изложена методика имитационного моделирования услови! эксплуатации вагона, которая включает в себя построение расчетных схем, описы вающих маневровые операции и различные поездные режимы (пуск поезда и вс виды торможения), а также движение поезда на переломах профиля и режимы вы жимания вагонов. Имитационное моделирование предусматривает определение ста тистических характеристик действующих на вагон продольных нагрузок с исполь зованием математических моделей вагонов и поглощающих аппаратов.

Выбор модели вагона определяется содержанием решаемой задачи и целью ис следования. Модель должна отражать реальные процессы, происходящие при коле баниях экипажей и, одновременно, быть простой настолько, чтобы обеспечить рс шение задач за приемлемое время. В работе использована двухмассовая модель ва гона, преимуществом которой является возможность воспроизводить автоколебательные особенности процессов ударного сжатия поглощающих аппаратов и учитывать упруговязкие свойства вагона.

Для рассмотрения процессов в наливных поездах двухмассовой модели вагона недостаточно. В работе построена модель цистерны с жидкостью (механический аналог, рис. 5), которая отражает реальные процессы, связанные с колебаниями жидкости в котле.

При построении модели цистерны необходимо решать гидродинамическую задачу колебаний жидкости в котле. Но, учитывая только продольные колеба-

Рис.5 Механическая модель-аналог цистерны с жидкостью

и

1ия котла цистерны и используя допущения, позволяющие оставаться в рамках ли-[ейной теории движения идеальной жидкости, уравнения в частных производных, 1писывающие колебания жидкости, можно свести к обыкновенным дифференци-льным уравнениям движения механического аналога - расчетной модели цистер-[ы. Построенная модель цистерны позволяет учитывать геометрические характери-тики цистерны (длина, диаметр котла), уровень налива жидкости, плотность жид-:ости.

В работе рассмотрены расчетные схемы соударения одиночных вагонов и со-дарения сцепов вагонов. Модель поезда представлена как цепочка твердых тел -агонов, соединенных между собой связями - поглощающими аппаратами. Расчет-1ая модель поезда показана на рис. б, вагоны в которой представлены двухмассовы-ш моделями.

-Ь,

гЛ1

гг

т,

№

т з

-э

т з

р Хз

штш.

ШМР/.

Рис.6 Расчетная схема поезда Процесс движения поезда, как системы дискретных масс, соединенных между обой упруго-вязкими соединениями описан системой дифференциальных уравне-:ий

+ Р2,-1 -1*2,-1 ■ 1 = 0; = ] п+1) + Р21 - РЬ1 = О

Р2)-1 = с. (Лх2,-1 + У-^21-1)- Лхк=хк-хкч,(к=1.....2п),

где п - число вагонов поезда; - сумма внешних сил, действующих на экипаж; < - абсолютное перемещение к-й массы; с„ ¡л, - параметры расчетной модели /'-го агона; Рц~Рц(хт , vl,,í^ - силовая характеристика межвагонной связи, учитывающая аличие зазоров автосцепном устройстве.

В расчетной схеме поезда используются одномассовые и двухмассовые модели агона, а также модели цистерны с жидкостью. Математически описаны действующе на вагон внешние силы: сила тяги, общая сила сопротивления движению, при вижении на уклоне - составляющая силы тяжести, которые образуют суммарную нешнюю силу приведены данные для вычисления сил сопротивления движе-ию.

Методика имитационного моделирования включает вычисления основных по-азателей работы поглощающих аппаратов. При разработке новых и оценке сущест-ующих поглощающих аппаратов необходима система показателей, учитывающих войства межвагонного амортизирующего устройства с позиций его назначения -цциты вагона, оборудования и перевозимых грузов от продольных сил. Система ожег включать детерминированные и стохастические показатели, с различных сто-он оценивающие свойства амортизатора.

Нормативными документами регламентируются основные показатели: ном» напьная и максимальная энергоемкость, коэффициент необратимого поглощени энергии и др.

Кроме регламентируемых к показателям работы поглощающих аппаратов моя но отнести критерии эффективности, учитывающие повреждения вагона, вызванны факторами разной природы: критерий усталостных повреждений элементов вагон Зуст, критерий повреждений от единичных перегрузок Улв учитывающий отказы вг гонов, связанные с действием однократных перегрузок, и обобщенный критерий определяемый суммированием отдельных критериев с учетом удельного вес

об ~ ^уст а ' ПВ ■

Сравнительный анализ работы амортизаторов удара ведется также по инте} сивности энергетической нагруженности, то есть по тому количеству энергии, коте рое воспринимает амортизатор за определенный период эксплуатации.

В процессе моделирования условий эксплуатации необходимо учитывать зг грузку железнодорожных вагонов. Исследованы последние тенденции в формиров; нии составов. Обобщив данные ОАО «РЖД», отражающие структуру перевозимы грузов, массу различных типов вагонов и их загруженность, получено новое ста™ стическое распределение масс грузовых вагонов, представленное в табл. 1. Ново распределение используется в дальнейших расчетах.

Табл. 1 Статистическое распределение масс грузовых вагонов

Масса, т 20-40 40-60 60-80 80-100 >100

Вероятность 0,405 0,081 0,022 0,485 0,007

Сдвиг распределения в сторону больших масс обусловлен появлением новы типов вагонов с повышенной грузоподъемностью, а также политикой ОАО «РЖД) направленной на уменьшение доли вагонов с частичной загрузкой.

Четвертая глава посвящена разработке программного комплекса для модел! рования задач продольной динамики.

В комплексе реализованы следующие модули:

- Подсистема взаимодействия с базой данных, в которой хранятся вс описания математических моделей вагонов, межвагонных связей и расчетных схем.

- Подсистема формирования расчетных схем и задания исходных данных. ' программном комплексе предусмотрена возможность создания произвольны моделей вагонов и поглощающих аппаратов.

- Подсистема решения дифференциальных уравнений и сохраненн результатов.

- Подсистема анализа полученных данных и работы с графикам1 включающая блоки схематизации динамических процессов и вычисления критерие эффективности работы поглощающих аппаратов.

Укрупненная структура программного комплекса представлена на рис. 7.

Рис. 7 Структурная схема программного комплекса

Созданная программа представляет собой МШ-приложение и позволяет одновременно работать с несколькими открытыми окнами (рис. 8).

Рис. 8 Главное окно приложения

В качестве основного элемента для просмотра и редактирования содержимого , Зазы данных выступает элемент управления «Таблица». В комплексе предусмотрена ! эзможность как выбора, так и задания произвольных моделей вагонов и локомотивов, межвагонных связей, сил, действующих на вагоны, профилей пути. Для оггаса-

ния, просмотра, редактирования и добавления моделей используются соответс вующие таблицы.

В зависимости от типа решаемой задачи набор полей как у параметров, так и состава может меняться. Схема взаимодействия основных модулей программно! комплекса представлена на рис. 9.

Модуль формирования расчетных схем

Модуль расчета параметров вагонов

Модуль выполнения динамического расчета

Модуль расчета характеристик поглощающих аппаратов

Модуль расчета квазистатических сил и коэффициентов запаса устойчивости

Рис. 9 Схема взаимодействия основных модулей программного комплекса

Дифференциальные уравнения, описывающие процесс соударения вагонов движения поезда, имеют вид

где п - число вагонов в расчетной схеме, [т,] - диагональная матрица масс м дели 1-ого вагона, } - вектор ускорений масс модели /-ого вагона, {Р,} - вектс функция, описывающая силы в связях между отдельными массами модели вагона внешние силы, действующие на вагон; {Р¡} - вектор-функция, описывающая С№ взаимодействия вагонов между собой.

Система дифференциальных уравнений (4) дополняется дифференциальны! уравнениями математических моделей современных аппаратов (1-3). Для решен системы существенно нелинейных дифференциальных уравнений использова) численные методы интегрирования. В работе проведен анализ существующих ал1 ритмов численного интегрирования дифференциальных уравнений. Для расчета N невровых соударений используется метод Рунге-Кутта 4-го порядка, а для расче переходных режимов движения поезда - метод Адамса 4-го порядка. Схематизан динамических процессов для вычисления критериев эффективности осуществлялг методом «дождя».

Адекватность разработанных математических моделей и программного обеа чения подтверждена сравнительным анализом динамических процессов, возника щих при переходных режимах движения поезда, полученных в результате расчета, экспериментальными данными.

В пятой главе с использованием разработанного программного комплекса решены прикладные задачи оценки характеристик современных поглощающих аппаратов на различных типах вагонов. На основании уточненных разработанных математических моделей вагонов и амортизаторов удара, расчетных схем с учетом статистических распределений условий эксплуатации сформированы различные расчетные ситуации. Рассмотрены режимы маневровых соударений, пуска в ход и различные виды торможения сухогрузных и наливных составов. Проведена оценка энергетической нагруженности поглощающих аппаратов в эксплуатации. Исследовано влияние амортизаторов удара на устойчивость вагонов от выжимания.

При расчетах маневровых соударений цистерн рассмотрены ситуации удара вагона в цистерну и соударения сцепа вагонов с цистерной, подпертой сцепом грузовых вагонов. Наименьшие продольные силы возникли в случае оборудования цистерны перспективными поглощающими аппаратами ЭПА-120. При оснащении аппаратами ГГМКЭ-110 и ГП-120А различие по максимальным продольным усилиям незначительно и составляет около 10%. При соударении со скоростями свыше 10 км/ч при оборудовании цистерн серийными фрикционными аппаратами Ш-2-В, ПМК-110 появились сверхнормативные силы, которые могут привести к повреждению вагона и возникновению аварийной ситуации. Проведены расчеты критериев эффективности работы для различных поглощающих аппаратов на цистернах. При использовании аппаратов Ш-2-В, ПМК-110 и ПМКП-110 вероятность параметрического отказа и критерий Удя. не равны нулю, что означает возможность появления единичных сверхнормативных сил (силы свыше 2,5 МН) при неблагоприятном сочетании скоростей соударений и масс, что может привести к повреждениям цистерны.

В программном комплексе реализованы режимы трогания и торможения на-1ИВНЫХ поездов различной массы. Наибольшие продольные усилия в поезде возрас-али с увеличением массы и длины остава. Максимальные силы при рогании регистрировались в первой юловине и снижались к концу соста-;а.

Наибольшие по величине про-ольные силы возникли при трогании оставов массой 8000 т. (рис. 10). При борудовании вагонов состава амор-изаторами Ш-2-В и ПМК-110 мак-имальные продольные усилия соста-или 1400 и 1300 кН соответственно. 1рименение перспективных погло-1ающих аппаратов позволило сни-ить уровень сил на 15-25%. Так при спользовании аппарата ПМКЭ-110 аксимальные продольные силы со-гавили 1200 кН, при использовании -паратов ГП-120А и ЭПА-120 -1100

Рис. 10 Распределение максимальных продольных сил при пуске в ход наливного состава

массой 8000 т:---Ш-2-В; — ПМК -110;

— ПМКП-110; —ПМКЭ-110; ~ - - ЭПА-120;......ГП-120А

В случае торможения для поездов массой 8000 т преимущество использовани аппаратов ЭПА-120 и ГП-120А выявились отчетливее. Максимальные продольны силы возникли в составах оборудованных серийными фрикционными аппаратам Ш-2-В и ПМК-110 и составили для случая полного служебного торможения (ПСТ) 1170 и 1000 кН, а для случая экстренного торможения (ЭТ) - 1350 и 1200 кН соот ветственно. Применение аппарата ЭПА-120 дало снижение продольных сил до 30°/ а применение аппарата ГП-120А - до 17% по сравнению с серийными аппаратами.

Высокие продольные усилия при переходных режимах движения, как правиле возникают в тяжеловесных поездах. Проведен вычислительный эксперимент дл режимов пуска в ход и экстренного торможения составов массой 10000 т. Рассмоп рены однородные составы, все вагоны которых оборудовались однотипными пс тощающими аппаратами; и неоднородные составы, вагоны которых оборудован] серийными и перспективными поглощающими аппаратами.

Расчетами установлено, что наименьшие продольные силы возникли в одне

родном поезде, вагоны которого осн< щены поглощающими аппаратам ПМКЭ-110 и ЭПА-120. Снижени уровня сил при использовании совр( менных поглощающих аппаратов до< тигло 30 - 35%. В неоднородных сс ставах, где установлены несколько в! гонов с перспективными поглощак щими аппаратами, наблюдалось сш жение продольных сил в данных сеч| ниях на 20 - 30%. При торможени наименьшие продольные силы возню ли в поезде, вагоны которого оснащ! ны поглощающими аппаратам ПМКЭ-110 и ЭПА-120, снижещ уровня сил достигло 25-30% по сра] нению с серийными аппаратами Ш-2-и ПМК-110 (рис. 11).

-500

-100С

-1500

К }

1

N ___^ •нр аК

N. ¡7 у

Р, кН

Рис. 11 Распределение максимальных продольных сил при ЭТ сухогрузного состава массой 10000 т со скорости 22,5 км/ч:

---Ш-2-В;-ПМК -110;----ПМКП-110;

-— ПМКЭ-110; - - - ЭПА-120; ГП-120А

Разработан алгоритм решения задачи определения энергетической нагруже! ности поглощающих аппаратов с использованием методики имитационного модел1 рования наиболее значимых режимов эксплуатации (рис. 12).

С учетом статистических распределений масс вагонов сформированы состав массами 2700, 5000, 6400 и 8000 т. Обобщенные результаты расчета энергонагр: женности для маневровых и поездных режимов для различных амортизаторов уда{ приведены в табл. 2.

Табл. 2 Сравнительная оценка энергетической нагруженности амортизаторов

Тип аппарата Ш-2-В ПМК-110 ПМКП-110 ПМКЭ-110 ГП-120А ЭПА-12С

Количество 34,4% 58,1% 62% 87,7% 93% 100%

энергии

Рис. 12 Алгоритм расчета энергонагруженности амортизатора в эксплуатации

Данные расчета могут быть использованы для оценки ресурса поглощающих ппаратов и корректировки методик проведения испытаний.

Решена прикладная задача оценки устойчивости вагонов от выжимания при ействии продольных сил. Выполнены расчеты торможений составов для наиболее пасных ситуаций по сходу с рельсов порожних вагонов. Расчет показал, что воз-ожно выжимание порожних вагонов, оборудованных серийными поглощающими шаратами (Ш-2-В, ПМК-110), коэффициент запаса устойчивости для которых ,„,<1,2. Значения коэффициентов запаса устойчивости для аппаратов ПМКЭ-110, П-120А, ЭПА-120 составили Куап = 1,23... 1,35. Применение современных аппарате позволяет повысить коэффициент запаса устойчивости до 20%.

ВЫВОДЫ

В настоящей работе решена актуальная научно-практическая задача, связанная разработкой адекватных математических моделей современных амортизаторов tapa, методики имитационного моделирования условий эксплуатации вагона и соз-шием программного комплекса для расчета задач продольной динамики. С пользованием программного комплекса проведено комплексное исследование при-1адных проблем оценки характеристик современных поглощающих аппаратов на □личных типах грузовых вагонов.

1. Проведен анализ работ, посвященных моделированию продольной динамики ¡езда и созданию математических моделей поглощающих аппаратов, рассмотрены

существующие программные пакеты для расчетов динамических процессов в поез де. На основе проведенных исследований сформулированы цель и задачи работы.

2. Проанализированы общие подходы к созданию математических моделей пс глощающих аппаратов и идентификации их параметров. На основе описания реаль ных физических процессов ударного сжатия новых эластомерных и полимерных ма териалов с учетом экспериментальных данных разработана математическая модел нового гидрополимерного поглощающего аппарата ГП-120А, а также уточнены ма тематические модели других аппаратов (ПМКП-110, ПМКЭ-110, ЭПА-120).

3. Разработана методика имитационного моделирования условий эксплуатаци вагона, включающая описание маневровых операций, переходных режимов движс ния поезда, движение на переломах, расчета коэффициентов запаса устойчивост вагона от выжимания, и использующая адекватные математические модели аппара тов и вагонов. Основываясь на данных ОАО «РЖД» о структуре перевозимых гр> зов, парке вагонов, уровню их загрузки разработан алгоритм и построено статисте ческое распределение масс грузовых вагонов РФ. Полученное статистическое рас пределение, а также распределения скоростей соударения и движения, масс составо использованы для расчетной оценки продольной нагруженности вагонов в эксплуа тации.

4. Разработан проблемно-ориентированный программный комплекс для расче тов маневровых соударений вагонов и переходных режимов движения поезда, вклк чающий математические модели поглощающих аппаратов и вагонов, а также онисг ние внешних сил. Достоверность работы подтверждается решением тестовых зада1 имеющих аналитическое решение, а также сопоставлением данных натурного и вь числительного экспериментов. Математические модели адекватно описывают рабе ты поглощающих аппаратов: погрешность по максимальной силе составляет 5-10^ а погрешность по ходу аппарата находится в пределах 1-5%.

5. С использованием разработанного программного комплекса проведен расче характеристик современных поглощающих аппаратов на различных типах грузовы вагонов.

Рассчитаны динамические характеристики аппаратов в наливных поездах. Ис следованы режимы маневровых соударений, пуска и торможений составов разли1 ной массы. Применение перспективных поглощающих аппаратов ЭПА-120 и ГГ 120 А позволяет снизить уровень сил на 25-30% по сравнению с серийными Ш-2-В ПМК-110.

Исследовано влияние перспективных поглощающих аппаратов на продольну! динамику тяжеловесных поездов. Для режима пуска в ход наименьшие продольны силы возникают в составах, вагоны которых оснащены поглощающими аппаратам ГП-120 или ЭПА-120, а для режимов торможения - в составах, вагонных которы оборудованы аппаратами ПМКЭ-110 и ЭПА-120. Снижение уровня сил при испол! зовании перспективных поглощающих аппаратов достигает 25 -35% по сравненш с серийными.

При моделировании режимов экстренного торможения тяжеловесного поезда, сечениях которого находились порожние вагоны, было установлено, что возможн их выжимание в случае применения серийных поглощающих аппаратов. При осш щении вагонов аппаратами ПМКЭ-110 и ЭПА-120 случаев выжимания не зарегист

рировано, коэффициенты запаса устойчивости в среднем на 20% выше, чем для вагонов, оснащенных серийными аппаратами.

6. С использованием методики имитационного моделирования условий эксплуатации определена энергетическая нагруженность поглощающих аппаратов. Получено общее количество энергии, которую воспринимают различные амортизаторы удара за год. Расчетные данные об энергетической нагруженности поглощающих аппаратов могут использоваться для оценки ресурса амортизаторов и корректировки методик проведения испытаний.

7. Разработанные математические модели и методики расчетов, реализованные в программном комплексе, рекомендуется использовать при решении широкого :пектра задач продольной динамики. Сравнительный анализ применения различных поглощающих аппаратов автосцепки позволяет обосновать целесообразность использования поглощающих аппаратов для вновь проектируемых вагонов.

8. Разработанный программный комплекс позволяют проводить различные виды расчетов при проектировании конструкций амортизаторов удара. Результаты исследований использованы при разработке гидрополимерного и фрикционно-полимеркого поглощающего аппарата с объемным распором (подана заявка на изобретение №2008139710 приоритет от 06.10.2008), и могут быть применены при корректировке требований к поглощающим аппаратам автосцепки подвижного состава в дальнейшем.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Болдырев, А.П. Расчет переходных режимов движения грузовых поездов по переломам рофиля [Текст]/ А.П. Болдырев, Э.А. Фатьков // Проблемы и перспективы развития вагонострое-1W. Материалы иауч.практ. конф. (9-10 окт., 2008 г., г. Брянск) /Под ред. В.В. Кобищанова. -рянск: БГТУ, 2008 - С.24-25.

2. Болдырев, А.П. Программный комплекс для моделирования расчета динамических ха-актерисгик транспортных экипажей [Текст] / А.П. Болдырев, Э.А. Фатьков // Состояние, пробле-:ы и перспектив!,i автоматщации технической подготовки производства на промышленных пред-риятиях: материалы Междунар. научн.-практ. конф (16-18 ноября 2009 г, г. Брянск) / под ред. ;.И. Аверченкова-Брянск: БГТУ, 2009. -С.96

3. Кеглип, Б.Г. Разработка и исследование гндрополпмерного поглощающего аппара-а автосцепки [Текст] / Б.Г. Кеглии, А.П. Болдырев, А.П. Шлюшенков, Э.А. Фатьков, H.H. втюхов И Вестник БГТУ №4 (16) - Брянск: БГТУ, 2007 - С.21-31.

4. Фатьков, Э.А. Исследование переходных режимов движения длинносоставных поездов, йгоны которых оборудованы перспективными поглощающими аппаратами [Текст] /A.M. Гуров, П. Болдырев, Э.А. Фатьков // Проблемы и перспективы развития вагоностроения: Материалы 11 еждунар. науч. практ. конф. г. Брянск, 6-7 дек.2005г./Под ред. В.В. Кобищанова. - Брянск: БГТУ. .30-33

5. Фатьков, Э.А. Оценка статистического распределения масс грузовых вагонов железных эрог России / А.П. Болдырев, A.M. Гуров, Э.А. Фатьков - Проблемы и перспективы развития ва-шостроения: Материалы науч. практ. конф. г. Брянск 21-22 дек., 2006 г. / Под ред. В.В. Кобища-зва. - Брянск: БГТУ, 2006 - С. 16-18.

6. Фатьков, Э.А. Характеристики перспективных поглощающих аппаратов при переходных :жимах движения поезда [Текст] / А.П. Болдырев, A.M. Гуров, Э.А. Фатьков // Железнодорож->ш транспорт Xsl, 2007 г., С. 40-42.

7. Фатьков, Э.А. Оценка энергетической нагруженности поглощающих аппаратов ав-цеикн [Текст] / Э.А. Фатьков II Вестник БГТУ №4 (16) - Брянск: БГТУ, 2007 - С .16-21

Mr

8. Фатьков, ЭЛ. Основные тенденции грузоперевозок железнодорожным транспорт России [Текст] / А.П. Болдырев, A.M. Гуров, Э.А. Фатьков II Вестник БГТУ №4 (16) Брянск: БГТУ, 2007 - С.47-50

9. Фатьков, Э.А. Разработка программного комплекса для исследования динамики тра] портных экипажей [Текст] / Э.А. Фатьков // Проблемы инновационного биосферно-совместимс социально-экономического развития в строительном, жилшцно-комунальном и дорожном комт касах: материалы 1-й междунар. научн.-практ. конф. (8-9 окт. 2009 г., г. Брянск) в 2-х том; Т1/Брян.гос.инженер.-технл.акад. и др.; под ред. М.В. Будановой, A.B. Городкова, И.А. Ky30BJ вой, Н.П. Лукугцовой, 3.А. Мевлидинова, М.А. Сенющенкова. - Брянск, 2009 - С. 194-196

10. Фатьков, Э.А. Имитационное моделирование работы перспективных поглощающ аппаратов автосцепки па железнодорожных цистернах (Текст] I А.П. Болдырев, Э.А. Фа! ков // Вестник БГТУ № 3 (23) - Брянск: БГТУ, 2009 - С. 60-65

И. Фатьков, Э.А. Математическое моделирование работы гидрополимерного поглощаюы го аппарата ГП-120А [Текст] / А.П. Болдырев, Э.А. Фатьков // Новые материалы и технологии машиностроении. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической кс ференции. Выпуск 10. - Брянск: БГИТА, 2009. - С. 10- 13

12. Фатьков, Э.А. Эффективность применения полимерных материалов в поглощающих г паратах автосцепки [Текст] / Э.А. Фатьков, A.A. Халаев // Вестник ВНИИЖТ №2.2009 М, 200? С. 39-43

13. Фатьков, Э.А. Влияние поглощающих аппаратов на продольные усилия в наливных г. ездах [Текст] / Э.А. Фатьков // Наука и производство - 2009: материалы Междунар. научн.-прш конф (19-20 марта 2009г, г. Брянск): в 2 ч. / под ред. С.П. Сазонова, П.В. Новикова. - Бряис БГТУ, 2009. -Ч.1.-С.368-369

ФАТЬКОВ Эдуард Александрович

Математическое моделирование работы современных поглощающих аппаратов автосцепки и разработка программного комплекса для расчета их характеристик

Автореферат

Подписано в печать 10.11.2009. Формат 60*84 1/16

Бумага типографическая №2. Офсетная печать. Усл. печ. Л 1. Тираж 100 экз.__

Брянский государственный технический университет, 241035, Брянск, бульвар 50-летия Октября Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, ул. Институтская, 16.

Введение

Глава 1- Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Анализ работ и программных пакетов в области моделирования продольной динамики железнодорожного подвижного состава.

1.2 Виды амортизаторов удара и физические принципы их работы

1.3 Постановка задачи исследования

Глава 2. Математическое моделирование работы современных поглощающих аппаратов

2.L Основные подходы к математическому моделированию работы поглощающих аппаратов. Идентификации параметров математических моделей.

2.2 Математическая модель фрикционпо-полимерного аппарата ПМКП-L L

2.3 Математическая модель фрикционно-эластомерного аппарата ПМКЭ

2.4 Математическая модель эластомерного аппарата ЭПА

2.5 Расчетно-экспериментальное исследование характеристик гидпрополи-мерного поглощающего аппарата ГП-120А

Глава 3. Методика имитационного моделирования условий эксплуатации вагона

3.1 Анализ эксплуатационных факторов, определяющих работу поглощающих аппаратов

3.2 Основные показатели работы поглощающих аппаратов.

3.3 Математические модели различных типов вагонов

3.4 Математическое моделирование маневровых соударений и поездных режимов

3.5 Моделирование режима выжимания вагона

Глава 4. Разработка программного комплекса для расчета характеристик поглощающих аппаратов

4.1 Формирование системы дифференциальных уравнений

4.2 Численное интегрирование системы дифференциальных уравнений

4.3 Структура программного комплекса

4.4 Реализация численных методов для анализа динамических процессов

4.5 Тестирование программного комплекса

Глава 5. Комплексное исследование прикладных проблем оценки характеристик поглощающих аппаратов на грузовых вагонах 96 5.1. Использование программного комплекса для расчета характеристик поглощающих аппаратов на вагонах-цистернах

5.2 Исследование влияния перспективных поглощающих аппаратов на продольную динамику тяжеловесных поездов

5.3 Оценка энергетической нагруженности поглощающих аппаратов автосцепки с использованием методики имитационного моделирования условий эксплуатации

5.4 Расчетная оценка влияния различных поглощающих аппаратов на устойчивость вагонов от выжимания 121 Заключение 125 Список литературы

Железнодорожный транспорт России является важнейшей структурной составляющей экономики страны. В условиях рынка и постоянного реформирования он нуждается в непрерывном внедрении новых технических решений, которые позволят существенно повысить его конкурентоспособность и эффективность. Последние годы отмечены тенденциями к увеличению нагрузок на ось вагона, масс составов, скоростей движения и интенсивности формирования поездов. Все перечисленные факторы ведут к повышению нагруженное™ вагона в продольном направлении.

Одним из путей снижения продольной нагруженпости вагона является совершенствование автосцепного устройства, и в частности - применение современных поглощающих аппаратов.

В 2001 г. специалистами ряда организаций был разработан стандарт ОСТ 32.175-2001 «Аппараты поглощающие автосцепного устройства грузовых вагонов и локомотивов. Общие технические требования», кроме того разработаны и утверждены технические требования «Перспективное автосцепное устройство для грузовых вагонов нового поколения», устанавливающие повышенные требования к поглощающим аппаратам. Это привело к созданию новых конструкций поглощающих аппаратов различных классов, которыми должны оборудоваться вновь строящиеся вагоны. Однако для определения показателей работы аппаратов применение экспериментальных исследований дорогостояще и трудоемко. К тому же эксперимент невозможен для прогнозирования нагруженности при перспективных условиях эксплуатации. Для решения данной прикладной проблемы целесообразно прибегать к разработке математических моделей аппаратов и использованию их при имитационном моделировании условий эксплуатации, заменяя натурные испытания вычислительным экспериментом.

Существует ряд трудов, посвященных математическому моделированию работы поглощающих аппаратов, построению математических моделей вагонов различной степени сложности. Актуальными являются комплексные исследова4 ния в этой области в связи с появлением новых конструкций амортизаторов удара. Требуется разработка и уточнение математических моделей новых и существующих поглощающих аппаратов. Кроме того, нуждается в корректировке методика имитационного моделирования условий эксплуатации вагонов в плане современных тенденций грузовых перевозок. Развитие современной вычислительной техники позволяет использовать эффективные численные методы расчета динамических процессов в поезде.

Таким образом, работы, направленные на построение математических моделей современных амортизаторов удара, адекватно описывающих динамические процессы ударного сжатия, и проведение расчетов характеристик аппаратов являются актуальными.

Целью работы является разработка математических моделей современных поглощающих аппаратов автосцепки и создание программного комплекса для расчета их характеристик, использующего численные методы расчета и анализа динамических процессов.

Выводы по результатам расчетов:

Эффективность применения современных поглощающих аппаратов подтверждается снижением продольных усилий, возникающих в автосцепных устройствах как при маневровых соударения, так и при переходных режимах движения поезда. Расчеты показали, что применение амортизаторов ЭПА-120 и ГП-120А позволяют снизить усилия на 20-30% по сравнению с серийными аппаратами Ш-2-В и ПМК-110.

Расчет критериев эффективности также показал преимущество использования поглощающих аппаратов ПМКЭ-110, ЭПА-120 и ГП-120.

При использовании аппаратов Ш-2-В, ПМК-110 в случаях неблагоприятного сочетания скоростей соударений и масс вагонов могут возникать сверхнормативные продольные силы, приводящие к повреждениям вагонов.

Переходные режимы движения наливного поезда существенно отличаются от аналогичных в сухогрузных поездах как по величине продольных сил, так и по характеру распределения их по длине состава. Переходный процесс в наливном поезде более длительный, чем в сухогрузном составе, а значения наибольших продольных усилий, возникающих в межвагонных соединениях наливных поездов, не превышают соответствующих в сухогрузных поездах и в значительной степени зависят от типа поглощающего аппарата.

5.2 Исследование влияния перспективных поглощающих аппаратов на продольную динамику тяжеловесных поездов

Высокие продольные усилия при переходных режимах движения, как правило, возникают в тяжеловесных и длинносоставных поездах. Расчеты продольных усилий в тяжеловесных составах, вагоны которых оборудованы новыми поглощающими аппаратами, являются особенно актуальными в связи с увеличением объемов перевозок и тенденциями повышения нагрузок на ось вагона.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями было установлено, что продольные усилия в длинносоставных поездах при неблагоприятных условиях могут достигать опасных значений [18, 44], что приводит к аварийным ситуациям и значительным повреждениям подвижного состава и перевозимого груза.

В работе моделировались режимы пуска в ход и экстренного торможеиия для тяжеловесных составов массой 10000 т. Рассматривались однородные составы, все вагоны которых оборудовались однотипными поглощающими аппаратами; и неоднородные составы, вагоны которых оборудовались аппаратом ПМК-110, а в четырех сечениях (вагоны 20, 46, 69, 87) устанавливались различные перспективные амортизаторы.

Результаты расчета пуска в ход однородных и неоднородных осаженных составов представлены на рисунке 5.17 и 5.18.

Р, кП ----

1200

800

400

0 22 44 66 88 Мвагона

Рисунок 5.17 Распределение максимальных продольных усилий при пуске в ход однородного осаженного состава массой 10000 т, вагоны которого оборудованы аппаратами:

---Ш-2-В;- ПМК-110;---ПМКП-110;-----ПМКЭ-110;

-------ЭПА-120; ■ ■ -ГП-120А ■ f fcr^"---- [ !

---- . — ■ - — " - — ■-=-■ ——- --------Г

1 \

22 44 66 88 Ж» вагона

P, liH

1200 800

400

О 22 44 66 88 jV« вагона

Рисунок 5.18 Распределение продольных сил при пуске в ход неоднородного поезда 10000 т вагоны 20, 46, 69, 87 оснащены аппаратами: ---ПМКП-110;-----ПМКЭ-110;-------ЭПА-120; ■ ■ ■ ГП-120Л

Анализ расчетных данных показал:

Наименьшие продольные силы возникли в поезде, оснащенном поглощающими аппаратами ПМКЭ-110 и ЭПА-120. В составе с аппаратами LLI-2-В и ПМК-110 усилия наибольшие. Снижение уровня сил при использовании перспективных поглощающих аппаратов достигало 30 — 35%.

- В составах, где устанавливались несколько перспективных поглощающих аппаратов, наблюдалось снижение продольных сил в данных сечениях на 20 -30%. На соседних вагонах силы при этом увеличивались на 3-5%.

Данные, приведенные в работах [66, 83-85], а также опыт, накопленный железными дорогами, предусматривают несколько вариантов размещения локомотивов в тяжеловесных поездах. Рассредоточение локомотивов создает проблему управления ими, но позволяет снизить возникающие продольные усилия. Оценивалось влияние поглощающих аппаратов на уровень продольных сил, возникающих в составах с рассредоточенными локомотивами. Рассматривались случаи, когда локомотивы сосредоточены в голове состава, в голове и хвосте состава, а также в голове и середине состава. Локомотивы включались без запаздывания. иГ уЧ IIT Г I

Г 1 У [J ь ' 1 i

22 44 66 88 №> вагона

Результаты расчета пуска в ход сжатого состава массой 10000 т с локомотивами, находящимися с голове и середине состава (схема формирования: Локомотив-55 вагонов — локомотив — 55 вагонов (ЛК-55В-ЛЕС-55В)), представлены на рисунке 5.19.

Рисунок 5.19 Распределение максимальных продольных усилий при пуске в ход однородного осаженного состава массой 10000 т. с распределенными локомотивами, вагоны которого оборудованы аппаратами:---Ш-2-В;- ПМК-110;---ПМКП-110;

-----ПМКЭ-110;-------ЭПА-120; ■■ ■ ГП-120А

Распределение локомотивов по длине состава снизило уровень продольных сил по сравнению со случаем, когда локомотивы находились в голове состава. Снижение уровня сил составило 20-30% для схемы распределения локомотивов в голове и середине состава и достигало 40% для случая распределения локомотивов в голове и хвосте состава. Однако при трогании составов с распределенными локомотивами возникали также сжимающие усилия, сравнимые по величине с растягивающими. Применение перспективных поглощающих аппаратов позволило снизить максимальные продольные силы на 10-15%. Наименьшие продольные силы возникали в составах, оборудованных поглощающими аппаратами ЭПА-120 и ГП-120А. При пуске составов, сформированных по схеме ЛК+55В+ЛК+55В, наблюдалось повышение продольных сил с места включения второго локомотива.

На следующем этапе расчетов моделировались режимы экстренного торможения растянутых тяжеловесных составов. Так же, как и в предыдущем случае, исследовались однородные и неоднородные составы. В результате расчетов были получены распределения максимальных сжимающих усилий по длине состава для случая оборудования вагонов различными поглощающими аппаратами (рисунок 5.20). 0

-500

-1000 -1500 Р, кН

Рисунок 5.20 Распределение максимальных продольных усилий при ЭТ однородного растянутого состава массой 10000 т со скорости 22,5 км/ч, вагоны которого оборудованы аппаратами:---Ш-2-В;- ПМК-110;---ПМКП-110;

-----ПМКЭ-110;-------ЭПА-120; ■ - -ГП-120А

В однородных составах массой 10000 т. при торможении наименьшие продольные силы возникли в поезде, оснащенном поглощающими аппаратами ПМКЭ-110 и ЭПА-120. В составе с аппаратами Ш-2-В и ПМК-110 возникли усилия наибольшие, достигшие соответственно уровня 2 МН и 1,7 МН. Снижение уровня сил достигало 25-30%.

На рисунке 5.21 приведено распределение максимальных продольных сил при экстренном торможении состава массой 10000 т с распределенными локомотивами. Локомотивы находились в голове и середине состава (ЛК+55В+ЛК+55В).

22 44 66 88 Ж> вагона

L А л / j ч\ ;а/

-800

-1200

Р, кН I

V „ 1

4 N / j^v^. \ j ч rv^v /

Рисунок 5.21 Распределение максимальных продольных усилий при ЭТ однородного растянутого состава массой 10000 т со скорости 22,5 км/ч с распределенными локомо тивами, вагоны которого оборудованы аппаратами:---IU-2-B;- ПМК -110;

---ПМКП-110;-----ПМКЭ-110;-------ЭПА-120;ГП-120А

В случае экстренного торможения состава с распределенными локомотивами уровень продольных сил достигал 1600 кН и был ниже, чем при торможении состава с локомотивами, стоящими в голове состава. Характер распределения сил по длине состава стал более равномерным, в отличие от случая, когда локомотивы

-500 стояли в голове состава. Наименьшие продольные силы возникли в составах, оснащенных аппаратами ЭПА- -woo 120.

Были также исследованы переходные режимы движения поезда на переломах профиля. При торможении однородного вагона

-1500

Р, кН

Рисунок 5.22 Распределение максимальных продольных усилий при ЭТ однородного растянутого состава массой 10000 т со скорости 22,5 км/ч: - на прямой; ----- на спуске состава с головного локомотива на спуске 10 /00 максимальные продольные силы увеличились на 3-7% (рисунок 5.22).

Обобщая результаты расчетов переходных режимов движения тяжеловесных поездов, можно сделать следующие выводы:

Для режима пуска в ход наименьшие продольные силы возникают в составах, вагоны которых оснащены поглощающими аппаратами ГП-120А или ЭПА-120. Снижение уровня сил при использовании перспективных поглощающих аппаратов достигает 25 — 35% по сравнению с серийными. В неоднородных составах, где несколько вагонов оборудовались перспективными поглощающими аппаратами, наблюдается снижение продольных сил в данных сечениях на 20 - 30%. На соседних вагонах силы при этом увеличились па 3-5%.

Для режимов торможения наименьшие продольные силы возникали в поезде, оснащенном поглощающими аппаратами ПМКЭ-110 и ЭПА-120. Снижение уровня сил по сравнению с серийными аппаратами ПМК-110 и Ш-2-В достигает 2530%. В случае торможения состава с локомотивами, установленными в голове и середине состава, уровень продольных сил ниже, чем при торможении состава с локомотивами, стоящими в голове состава. При этом наименьшие продольные силы возникают в составах, вагоны которых оборудованы аппаратами ЭПА-120.

5.3 Оценка энергетической нагруженности поглощающих аппаратов автосцепки с использованием методики имитационного моделирования условий эксплуатации

Энергетическая нагруженность поглощающего аппарата является важной эксплуатационной характеристикой. Определение количества энергии, воспринятой за определенный период эксплуатации, может быть использовано для оценки ресурса аппарата или вагона в целом. Экспериментальные методы оценки продольных сил и энергетических характеристик в эксплуатации затруднительны и дорогостоящи. Это связано с многообразием расчетных ситуаций при формировании и движении поезда, к тому же эксперимент дорогостоящ и неприменим для оценки энергонагруженности разрабатываемых амортизаторов удара.

В работе задача определения энергетической нагруженности поглощающих аппаратов решалась при помощи имитационного моделирования наиболее значимых режимов эксплуатации. Для расчетов энергетической нагруженности использовались математические модели серийных фрикционных поглощающих аппаратов Ш-2-В и ПМК-110, фрикционно-эластомерного аппарата ПМКЭ-110, фрикционно-полимерного аппарата ПМКП-110, гидрополимерного аппарата ГП-120А и эластомерного аппарата ЭПА-120.

В расчетах использовалась двухмассовая модель вагона, учитывающая упруговязкие свойства вагона. При моделировании рассматривались следующие расчетные ситуации: соударения вагонов при формировании поезда, пуск поезда, полное служебное торможение, экстренное торможение. Статистические характеристики повторяемости ситуаций базируются на литературных данных [9, 20, 37, 122]. Общее число соударений вагона за год эксплуатации па сортировочных горках принято равным 437 [71]. Было учтено, что на сортировочных горках вагон нагружается дважды - как набегающий и как ударяемый. Общее число пагружений грузового вагона при переходных режимах движения поезда за год по данным [37, 72]: пуск поезда — 4500, полное служебное торможение - 4218, экстренное торможение — 19.

Алгоритм определения энергонагруженнсоти одного поглощающего аппарата представлен на рисунке 5.23: для каждого амортизатора моделировалось 20 маневровых ситуаций, 4 режима пуска в ход и 20 режимов торможений на основе статистических распределений, представленных таблицами 3.4 — 3.6. С учетом статистических распределений масс вагонов были сформированы составы массой 2700 т и 5000 т. Поезда массой 6400 т и 8000 т считались однородными. При пуске в ход поезд считался осаженным, а при торможении зазор в межвагонной связи принимался случайным. Вагоны оснащались различными типами серийных поглощающих аппаратов (Ш-2-В, ПМК-110). В расчетах принималось, что торможение осуществляется с головы поезда. Динамические силовые характеристики для вагонов, оснащенных исследуемыми поглощающими аппаратами, регистрировались в четырех сечениях поезда. Для этих вагонов рассчитывалась энергия, воспринятая аппаратом, а затем усреднялась.

Рисунок 5.23. Алгоритм расчета эпергонагруженности амортизатора в эксплуатации Количество воспринятой энергии для поездных режимов представлено в таблицах 5.6 — 5.7.

Заключение

В настоящей работе решена актуальная научно-практическая задача, связанная с разработкой адекватных математических моделей современных амортизаторов удара, методики имитационного моделирования условий эксплуатации вагона и созданием программного комплекса для расчета задач продольной динамики. С использованием программного комплекса проведено комплексное исследование прикладных проблем оценки характеристик современных поглощающих аппаратов на различных типах грузовых вагонов.

1. Проведен анализ работ, посвященных моделированию продольной динамики поезда и созданию математических моделей поглощающих аппаратов, рассмотрены существующие программные пакеты для расчетов динамических процессов в поезде. На основе проведенных исследований сформулированы цель и задачи работы.

2. Проанализированы общие подходы к созданию математических моделей поглощающих аппаратов и идентификации их параметров. На основе описания реальных физических процессов ударного сжатия новых эластомерных и полимерных материалов с учетом экспериментальных данных разработана математическая модель нового гидрополимерного поглощающего аппарата ГП-120А, а также уточнены математические модели других аппаратов (ПМКП-110, ПМКЭ-110, ЭПА-120).

3. Разработана методика имитационного моделирования условий эксплуатации вагона, включающая описание маневровых операций, переходных режимов движения поезда, движение на переломах, расчета коэффициентов запаса устойчивости вагона от выжимания, и использующая адекватные математические модели аппаратов и вагонов. Основываясь на данных ОАО «РЖД» о структуре перевозимых грузов, парке вагонов, уровню их загрузки разработан алгоритм и построено статистическое распределение масс грузовых вагонов РФ. Полученное статистическое распределение, а также распределения скоростей соударения и движения, масс составов использованы для расчетной оценки продольной нагруженности вагонов в эксплуатации.

4. Разработан проблемно-ориентированный программный комплекс для расчетов маневровых соударений вагонов и переходных режимов движения поезда, включающий математические модели поглощающих аппаратов и вагонов, а также описание внешних сил. Достоверность работы подтверждается решением тестовых задач, имеющих аналитическое решение, а также сопоставлением данных натурного и вычислительного экспериментов. Математические модели адекватно описывают работы поглощающих аппаратов: погрешность по максимальной силе составляет 5-10%, а погрешность по ходу аппарата находится в пределах 1-5%.

5. С использованием разработанного программного комплекса проведен расчет характеристик современных поглощающих аппаратов на различных типах грузовых вагонов.

Рассчитаны динамические характеристики аппаратов в наливных поездах. Исследованы режимы маневровых соударений, пуска и торможений составов различной массы. Применение перспективных поглощающих аппаратов ЭПА-120 и ГП-120А позволяет снизить уровень сил на 25-30% по сравнению с серийными Ш-2-В и ПМК-110.

Исследовано влияние перспективных поглощающих аппаратов на продольную динамику тяжеловесных поездов. Для режима пуска в ход наименьшие продольные силы возникают в составах, вагоны которых оснащены поглощающими аппаратами ГП-120 или ЭПА-120, а для режимов торможения — в составах, вагонных которых оборудованы аппаратами ПМКЭ-110 и ЭПА-120. Снижение уровня сил при использовании перспективных поглощающих аппаратов достигает 25 — 35% по сравнению с серийными. При моделировании режимов экстренного торможения тяжеловесного поезда, в сечениях которого находились порожние вагоны, было установлено, что возможно их выжимание в случае применения серийных поглощающих аппаратов. При оснащении вагонов аппаратами ПМКЭ-110 и ЭПА-120 случаев выжимания не зарегистрировано, коэффициенты запаса устойчивости в среднем на 20% выше, чем для вагонов, оснащенных серийными аппаратами.

6. С использованием методики имитационного моделирования условий эксплуатации определена энергетическая нагруженность поглощающих аппаратов. Получено общее количество энергии, которую воспринимают различные амортизаторы удара за год. Расчетные данные об энергетической нагруженности поглощающих аппаратов могут использоваться для оценки ресурса амортизаторов и корректировки методик проведения испытаний.

7. Разработанные математические модели и методики расчетов, реализованные в программном комплексе, рекомендуется использовать при решении широкого спектра задач продольной динамики. Сравнительный анализ применения различных поглощающих аппаратов автосцепки позволяет обосновать целесообразность использования поглощающих аппаратов для вновь проектируемых вагонов.

8. Разработанный программный комплекс позволяют проводить различные виды расчетов при проектировании конструкций амортизаторов удара. Результаты исследований использованы при разработке гидрополимерного и фрикционпо-полимерного поглощающего аппарата с объемным распором (подана заявка на изобретение №2008139710 приоритет от 06.10.2008).

Материалы исследований использованы при проведении НИОКР по государственному контракту №4361р/6551, заключенном с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, и договорам с рядом промышленных предприятий: ООО «ПК «Бежицкий сталелитейный завод», ЗАО «Термотрон-завод», ОАО «Ливгидромаш», а также при подготовке работ, отмеченных следующими наградами: дипломом победителя конкурса Брянской области на лучшую научную работу ученых по естественным, техническим и гуманитарным наукам «Наука области - Брянщине (2008)», дипломом за активное участие в 5 международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» в г. Санкт-Петербурге.

1. Автосцепные устройства подвижного состава железных дорог / Коломийченко В.В., Беляев В.И., Феоктистов И.Б. и др. М.: Транспорт, 2002. -230 с.

2. Астахов П.Н., Гребешок П.Т., Скворцов А.И. Справочник по тяговым расчетам. М.: Транспорт, 1973. - 116 с.

3. Бахвалов Н.С. и др. Численные методы: учеб. пособие для вузов / Бахвалов Н.С., Жидков Н.В., Кобельков Г.М.- 3-е изд., доп. и перераб. М.:Бином. лаб. знаний, 2004.-636 с

4. Бачурин Н.С., Горячев С.А. Статистическая оптимизации эластомерного поглощающего аппарата автосцепки // Железнодорожный транспорт сегодня и завтра: Тез. докл. науч.-техн. конф. -УрГАПС Екатеринбург, 1998. - с. 17-18.

5. Беспалов Н.Г. Исследование пружинно-фрикционных поглощающих аппаратов автосцепки приминительно к перспективным условиям эксплуатации подвижного состава железных дорог. Дисс. канд. техн. наук. ЦНИИ МПС, М. 1968 , 217 с.

6. Битюцкий А.А. Специализированные вагоны для операторских компаний / «Вагоны и вагонное хозяйство», пилотный выпуск — М: «Финтрекс», 2004 г.-с. 16-18.

7. Блохин Е.П. Манашкин JT.A. Динамика поезда (нестационарные продольные колебания). М.: Транспорт, 1982. - 222 с.

8. Богомаз Г.И Динамика железнодорожных вагонов-цистерн — Киев: Наукова думка, 2004. 223 с .

9. Богомаз Г.И., Кривовязюк Ю.П., Комаренко А.Н., Колебания цистрены в продольной плоскости ее симметрии // Динамические характерстики механических систем. Киев: Наукова думка, 1984. — с. 113-120.

10. Богомаз Г.И., Черкашин Ю.М., Костин Г.В., Кривовязюк Ю.П. Оценка продольных усилий в наливном поезде массой 10000 тонн // Вестник ВНИИЖТ №4, 1982-с. 32-36.

11. Болдырев А.П. Научные основы совершенствования поглощающих аппаратов автосцепки: Дисс. д-ра. техн. наук. Брянск, 2006. - 360 с.

12. Болдырев А.П., Бакун Д.В., Николайчик А.Н. Расчетная оценка эффективности работы поглощающих аппаратов ЭПА-120 при поездных режимах движения // Динамика, прочность и надежность транспортных машин: Сб. науч. трудов. Брянск: БГТУ, 2002. - с. 50-57.

13. Болдырев А.П., Гуров A.M., Фатьков Э.А. Характеристики перспективных поглощающих аппаратов при переходных режимах движения поезда. Железнодорожный транспорт №1, 2007 г., с 40-42.

14. Болдырев А.П., Гуров A.M., Фатьков Э.А. Основные тенденции грузоперевозок железнодорожным транспортом России // Вестник БГТУ №4 (16). Брянск: БГТУ, 2007 - с.47-50.

15. Болдырев А.П., Кеглин Б.Г. Перспективные конструкции поглощающих аппаратов автосцепки. Железнодорожный транспорт. 2005. - № 6. - с. 41-45.

16. Болдырев А.П., Кеглин Б.Г. Разработка и внедрение перспективных поглощающих аппаратов автосцепки для грузовых вагонов // Тяжелое машиностроение. 2005 . - № 12.-е. 20-24.

17. Болдырев А.П., Кеглин Б.Г. Расчет и проектирование амортизаторов удара подвижного состава. М.: Изд-во "Машиностроение -I", 2004. - 199 с.

18. Болдырев А.П., Кеглин Б.Г., Абрашин А.В. Эффективность работы поглощающих аппаратов новых типов при низких температурах // Visnik of the East Ukrainian National University named in memory of Vladimir Dal. Луганск, 2004. - № 8 (78). - с. 48-52.

19. Болдырев А.П., Кеглин Б.Г., Иванов А.В. Разработка и исследование фрикционно-полимерного поглощающего аппарата ПМКП-110 класса Т1 // Вестник ВНИИЖТ № 4, 2005, с. 40-44.

20. Болдырев А.П., Кеглин Б.Г., Шлюшенков А.П. Разработка и исследование фрикционно-эластомерного поглощающего аппарата класса Т2 ПМКЭ-110 // Вестник БГТУ. Брянск: БГТУ, 2004. - №3 (3). - с. 54-61.

21. Болдырев А.П., Клименков С.В. Расчетная оценка характеристик фрикционного поглощающего аппарата с эластомерным подпорным блоком //

22. Динамика, прочность и надежность транспортных машин: Сб. науч. трудов. -Брянск: БГТУ, 2002. с. 65-69.

23. Болдырев А.П., Фатьков Э.А., Имитационное моделирование работы перспективных поглощающих аппаратов автосцепки на желездорожных цистернах -II Вестник БГТУ. Брянск: БГТУ, 2009. - №3 (23). - с.60 - 65

24. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем / Н.П. Бусленко — М.: Наука, 1988

25. Вальрап О. Исследование механических систем методами динамического моделирования / О. Вальран, А. Яшинский // Железные дороги мира. 1987. — №12. - С.36-45.

26. Гапанович В.А. Парк грузовых вагонов: перспективы развития // Вагоны и вагонное хозяйство. 2004. - Пилотный вып. - с. 2-5.

27. Гасители колебаний и амортизаторы ударов рельсовых экипажей (математические модели): Монография / Манашкин Л.А., Мямлин С.В., Приходько В.И. Днепропетровск: АРТ-ПРЕСС, 2007. - 196 с.

28. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. 2е изд., перераб. -М.Машиностроение, 1982 - 423 с.

29. Гореленков А.И. Разработка метода оценки нагруженности грузового вагона продольными силами в реальных условиях его эксплуатации: Автореф. дис. канд. техн. наук. Брянск, 1996. - 21 с.

30. Гореленков А.И. Статистические распределения продольных нагрузок, действующих на грузовой вагон при переходных режимах движения поезда // Динамика, прочность и надежность транспортных машин: сб. науч. тр. Брянск: БГТУ, 1997.-с. 11-19.

31. Горячев С.А. Разработка методики проектирования и выбор параметров эластомерного поглощающего аппарата грузовых вагонов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Екатеринбург, 1999. - 26 с.

32. Гопак К.И, Перехрест В.И. Гидродинамический удар в железнодорожной цистерне // Гидродинамика и теория упругости. — Днепропетровск: из-во Днепропетровского ун-та, 1968 Вып. 7.-е. 14-19

33. Гребенюк П.Т. Динамика торможения грузовых поездов // Вестник ВНИИЖТ. 2002. - № 1.с. 17-22.

34. Гребенюк П.Т. Динамика торможения тяжеловесных поездов // Труды ВНИИЖТ. М.: Транспорт, 1977. - Вып. 585. - 150 с.

35. Гребешок П.Т. Переходные режимы движения длинносоставных грузовых поездов па спусках // Вестник ВНИИЖТ. 2001. - № 3. - с. 31-35.

36. Гребенюк П.Т. Продольная динамика поезда // Труды ВНИИЖТ. М.: Интекст, 2003. - 95 с.

37. Динамика наливного поезда / Черкашип Ю.М. — М.:Транспорт, 1975. 137с.

38. Кеглин Б.Г. Автоколебания при соударении вагонов, оборудованных фрикционными аппаратами. М: Транспортное машиностроение, 1975. - с. 34-37.

39. Кеглин Б.Г. Выбор расчетной модели вагона в различных задачах продольной динамики // Вопросы исследования надежности и динамикиэлементов подвижного состава железных дорог: Труды Брянск, ин-та трансп. машиностр. -1971,- Вып. XXIV. с. 102-111.

40. Кеглин Б.Г. Исследование уточненных расчетных схем вагона применительно к задачам продольной динамики // Труды Брянск, ин-та трансп. ма-шипостр. 1971. - Вып. XXIV. - с. 123-127.

41. Кеглин Б.Г. Математические модели фрикционного амортизатора удара // Вопросы транспортного машиностроения. Тула: Тульск. политехи, ин-т, 1981. - с. 26-28.

42. Кеглин Б.Г. Метод оптимизации силовой характеристики амортизатора удара // Труды МИИТ. -1981.- Вып. 679. с. 48-52.

43. Кеглин Б.Г. Новая пара трения для амортизаторов удара вагонов // Трение и износ. 1981. - Т. II. - № 3. - с. 537-539.

44. Кеглин Б.Г. О расчетной схеме грузового вагона в некоторых задачах продольной динамики // Вестник ВНИИЖТ. 1969. - № 3. - с. 16-20.

45. Кеглин Б.Г. Оптимизация межвагонных амортизирующих устройств: Дисс. д-ра. техн. наук. Брянск, 1981. - 401 с.

46. Кеглин Б.Г. Оптимизация силовой характеристики пружинно-фрикционного поглощающего аппарата автосцепки // Вестник ВНИИЖТ. - 1981 -№ 1. - с. 39-43.

47. Кеглин Б.Г. Повреждающее действие продольных нагрузок при различных режимах эксплуатации грузового вагона // Транспортное машиностроение. 1980. - 5-80-20. - с. 10-12.

48. Кеглин Б.Г., Болдырев А.П. Основные направления совершенствования амортизаторов удара подвижного состава железных дорог // "Справочник". Инженерный журнал". Прил. № 11. - 2004. - С. 5-8.

49. Кеглин Б.Г., Болдырев А.П., Шлюшеиков А.П., Ступин Д.А., Иванов

50. Кеглин Б.Г., Прасолов А.Н. К определению статистических характеристик продольных нагрузок, действующих па вагон при переходных режимах движения поезда // Вопросы транспортного машиностроения. Тула: Тульск. политех, ин-т, 1980. - с. 94-104.

51. Кеглин Б.Г., Болдырев А.П., Шлюшенков А.П., Прилепо Т.Н., Алдюхов

52. B.А. Приемочные испытания фрикционно-эластомерного поглощающего аппарата класса Т2 ГТМКЭ-110 // Вестник БГТУ № 4(16). Брянск: БГТУ, 2007 -с. 50-59.

53. Кеглин Б.Г., Болдырев А.П., Шлюшенков А.П., Фатьков Э.А., Евтюхов И.Н. Разработка и исследование гидрополимерного поглощающего аппарата автосцепки // Вестник БГТУ №4 (16). Брянск: БГТУ, 2007 - с. 21-31.

54. Кобзев С.А. Продольно-динамические силы в поездах повышенной массы и длины // Вестник ВНИИЖТ №5, 2008, с. 5-13.

55. Ковыршин В.М., Сепдеров Г.К., Ступин А.П., Мазуров Е.А. Сохранность грузовых вагонов на железных дорогах России. ЦНИИТЭИ // Ж.-д. транспорт, сер. Вагоны и вагонное хозяйство. Ремонт вагонов. 1994. - Вып. № 1.-е. 8-32.

56. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин.- Учеб. пособие для машиностр. спец. вузов. — М: Высш. шк., 1991.- 319с.

57. Коломеец С. Н. Важнейший резерв повышения веса поезда // Ж.-д. трансп. 2005. - № 1. - С. 38-41.

58. Костенко Н.А., Никольский JI.H. Статистические распределения продольных сил, действующих на подвижной состав через автосцепку, и методы их определения // Труды Брянск, ин-та трансп. машиностр. 1971. Вып. XXIV. - с. 69-82.

59. Костина Н.А. Уточнение характеристик нагруженности вагона продольными силами через автосцепку // Вестник ВНИИЖТ. 1981. - № 4. - с. 3639.

60. Лазарян В.А., Блохин Е.П., Белик JT.B. Влияние неоднородности состава на продольные усилия в поезде: Труды Днепр, ип-та инж. транспорта. М.: Транспорт, 1970, вып. 120. - с. 5-15.

61. Лазарян В.А., Блохин Е.П., Манашкин Л.А., Белик Л. В. К вопросу о математическом описании процессов, происходящих при переходных режимах движения поездов с зазорами в упряжи // Труды ДИИТ. М.: Транспорт, 1971. -Вып. 103. - с. 18-23.

62. Лазарян В.А., Манашкин Л.А., Рыжов А.В. Исследование переходных режимов одномерных систем при воздействии на них распространяющегося возмущения // Труды ДИИТ. Вып. 114. - с. 24 - 35.

63. Лисицын А.Л. Провозная способность грузовых поездов и основные принципы выбора тяговых средств // Вестник ВНИИЖТ. 1980. - № 4. - С. 1-9.

64. Лукин В.В., Анисимов П.С., Федосеев Ю.П «Вагоны. Общий курс»: учеб. для вузов.; под ред. В.В. Лукина. М.: Маршрут, 2004. - 422 с.

65. Луковский И.А., Барняк М.Я, Комаренко А.Н. Приближенные методы решения задач динамики ограниченного объема жидкости. Киев: Наукова думка, 1984.-232 с.

66. Манашкин Л.А. Динамика вагонов, сцепов и поездов при продольных ударах: Дис. . д-ра техн. наук. - Днепетровск, 1979. - 371 с.

67. Михальченко Г.С., Погорелов Д.Ю., Симонов В.А. Совершенствование динамических качеств подвижного состава железных дорог средствами компьютерного моделирования. Тяжелое машиностроение, 12, 2003, С. 2-6.

68. Моделирование динамики рельсовых экипажей / Мямлин С.В. — Днепропетровск: Новая идеология, 2002 240 с.

69. Мугинштейн Л.А., Ябко И.А. Метод анализа продольно-динамических сил в грузовых поездах большой массы и длины // Железные дороги мира №2, 2003 с.43-48

70. Мугинштейн JT.A., Рахманинов В.И., Пясик М.С., Ябко И.А, Андреев А.В., Льон А.Н., Лиееев С.И. Дистанционное измерение продольно-динамических усилий в поезде // Вес поезда: ориентиры, проблемы, опыт. — 2008, с. 39-42

71. Мугинштейн Л. А., Беседин И. С., Захаров С. М. Развитие тяжеловесного движения на железных дорогах мира // Ж. д. мира. 2006. - № 9. - С. 39-48.

72. Никольский Л.Н. Определение оптимальных параметров поглощающих аппаратов автосцепки по условию минимума усталостной повреждаемости конструкции вагона // Расчет вагонов на прочность. /Под общ. ред. Л.А. Шадура. -М.: Машиностроение, 1971.-е. 417-426.

73. Никольский Л.Н. Работа фрикционных амортизаторов автосцепки при соударении вагонов: Дисс. д-ра. техн. наук. 1951. - 280 с.

74. Никольский Л.Н. Фрикционные амортизаторы удара. -М.: Машиностроение, 1964. 167 с.

75. Никольский Л.Н., Кеглин Б.Г. Амортизаторы удара подвижного состава. М.: Машиностроение, 1986. - 144 с.

76. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520мм (не самоходных). М.: ГосНИИВ - ВНИИЖТ, 1996. - 186 с.

77. ОСТ 32.175-2001. Аппараты поглощающие автосцепного устройства грузовых вагонов и локомотивов. Общие технические требования. — 12 с.

78. Основы математического моделирования технических систем: учеб. пособ. / В.И. Аверченков, В.П. Федоров, М.Л. Хейфец — Брянск: Изд-во БГТУ, 2004.-271 с.

79. Пат. 2034086 РФ МПК 6 С22 СЗЗ/02. Порошковый фрикционный сплав на основе железа / Кеглин Б.Г., Мигунов В.П., Добрострой Н.И., Прилепо Т.Н., Ионов В.В., Болдырев А.П. Опубл. 30.04.95. Бюл. № 12.

80. Пат. 2115578 РФ МПК 6 В 61 G 9/08. Поглощающий аппарат автосцепки / Кеглин Б.Г.,Болдырев А.П., Шлюшенков А.П., Шалимов П.Ю., Игнатенко Ю.В., Иванов А.В., Ульянов О.А. Опубл. 20.07.98. Бюл. № 20.

81. Пат. 2128301 РФ МПК 6 F 16 F 7/08, В 61 G 9/02. Фрикционный амортизатор / Кеглин Б.Г., Болдырев А.П., Харитонов А.Т., Ступин Д.А., Иванов

82. А.В., Ульянов О.А., Прилепо Т.Н., Сухов A.M., Синельников Я.М. Опубл. 27.03.99. Бюл. № 9.

83. Пат. 2130471 РФ МПК 6 С 08 L 83/04, С 08 К 13/02//( С 08 К 13/02 3:24, 3:38, 5:55). Композиция для получения амортизирующего материала на основе полиоргапосилоксанов / Северный В.В., Олейник Н.В., Сунеканц Т.И. и др. Опубл. 20.05.99. Бюл. № 6.

84. Пат. 2198809 РФ МПК 7 В 61 G 1/12, 11/14, F 16 F 7/08, 9/14, 9,16, 11/00. Фрикционный поглощающий аппарат автосцепки / Кеглин Б.Г., Болдырев А.П., Шлюшенков А.П., Прилепо Т.Н., Игнатенко Ю.В., Ступин Д.А., Иванов А.В. Опубл. 20.02.03. Бюл. № 5.

85. Пат. 2260533 РФ МПК 7 В 61 G 9/08, 11/12 Поглощающий аппарат автосцепки. Кеглин Б.Г., Болдырев А.П., Шалимов П.Ю., Шлюшенков А.П., Прилепо Т.Н., Алдюхов В.А., Иванов А.В., Ступин Д.А. опубл. 20.09.05,бюл.№26.

86. Погорелов Д.Ю. Введение в моделирование динамики систем тел. Брянск: БГТУ, 1996. 156 с.

87. Погорелов Д.Ю. Компьютерное моделирование динамики рельсовых экипажей // Сб. докл. междунар. конгресса «Механика и трибология транспортных систем 2003»: В 2 т. - Ростов-на-Дону, 2003. — Т. 2, С. 226-232

88. Постановление Правительства РФ от 29 марта 1994 г. № 253 "Об увеличении парка специализированных железнодорожных вагонов-цистерн" / Собрание актов Президента и Правительства Российской Федерации, 1994, № 14, ст. 1105.

89. Прасолов А.Н. Параметрическая оптимизация амортизатора удара по критериям напряженного состояния элементов конструкции восьмиосной цистерны: дисс.канд. техн. Наук. Брянск, 1987. - 164 с.

90. Рыжов А.В., Черкашип Ю.М., Геркави Н.Я. Исследование нагруженности восьмиосных цистерн при соударениях // Вестник ВНИИЖТ №6, 1962.-с. 37-40.

91. Семин Н.А. Исследование надежности автосцепного устройства с учетом перспективных условий эксплуатации подвижного состава железных дорог: Автореф. дне. канд.техн. наук. М., 1980. - 22 с.

92. Сендеров Г.К., Нетеса А.Г. Обеспечить сохранность вагонов на сортировочных станциях // Ж.-д. транспорт. 1973. - № 9. - с. 55-57.

93. Скачков А.А. Вес поезда. Ориентиры проблемы опыт // Ж.-д. трансп. -2004.-№ 8.-С. 21-25.

94. Ступин Д.А. Определение рациональных параметров эластомерных поглощающих аппаратов автосцепного устройства грузовых вагонов: Дис. канд. техн. паук. М, ГУП ВНИИЖТ, 2001.- 107 с.

95. Ступин Д.А., Беляев В.И. Разработка российского эластомерного поглощающего аппарата для автосцепного устройства грузовых вагонов // Вестник ВНИИЖТ. 1998. - № 6. - с. 29-31.

96. Сухарев Э. А. Методы моделирования и оптимизации механических систем машин и оборудования: учеб. пособ.-РОВНО:Изд-во НУВХП, 2008.-194 с

97. Тормозное оборудование железнодорожного подвижного состава : справочник / В.И. Крылов, В. В. Крылов, В.Н. Ефремов, П.Т. Демушкин.- М.: Транспорт, 1989. 495 с.

98. Третьяков А.В., Пигарев P.M., Соколов A.M. Продление срока службы цистерн // Железные дороги мира №5, 2004 г.

99. Фатьков Э.А. Оценка энергетической нагруженности поглощающих аппаратов автосцепки // Вестник БГТУ №4 (16). Брянск: БГТУ, 2007 - с. 16-21.

100. Фатьков Э.А. Эффективность применения перспективных поглощающих аппаратов на вагонах-цистернах. Материалы 58-й научной конференции профессорско-преподавательского состава / под ред. С.П. Сазонова, И.В. Говорова. - Брянск: БГТУ, 2008 - С. 120-121

101. Феоктистов И.Б., Ступин Д.А. Поглощающие аппараты грузовых вагонов // Ж.-д. транспорт. 2000. - № 3. - с. 37-39.

102. Фурьев А.И. Вагонное хозяйство в условиях реформы транспорта / «Вагоны и вагонное хозяйство», пилотный выпуск М: «Финтрекс», 2004 г. - с. 67.

103. Шалимов П.Ю. Разработка конструкций и математических моделей гидрорезиновых поглощающих аппаратов автосцепки вагонов для перевозки опасных и ценных грузов: Автореф. дис. канд. техн. наук. Брянск, 1994. - 26 с.

104. Шлюшенков А.П. «Нагруженость и расчеты деталей машин и элементов конструкций на прочность и долговечность» Учеб. пособие, Брянск: БИТМ, 1991г.;124. www.rzd.ru ОАО «РЖД».125. www.gudok.ru «Гудок».126. www.umlab.ru «Универсальный механизм»

105. Blokhin Y.P., Pshin'ko A.M., Myamlin S.V. Peculiarities of dynamics of empty freight wagon // Proceedings of the 8 Mini Conference on Vehicle System Dynamics, Identification and Anomalies, Budapest, 2002 : VSDIA1 2002. Budapest/ -C. 167-174.

106. Boronenko Y.P., Tretyakov A.V., Lescitchy V.S., Orlova A.M. Modeling the Dynamics of Russian Railroad Vehicles with MEDYNA. http://www.mesco.com.pl/produkty/adams/literatura/publikacie opis.htm.