автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Обоснование параметров и конструктивных решений одноосной тележки пассажирского вагона

ЗАБЕЛИН Алексей Леонидович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ одноосной ТЕЛЕЖКИ ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА

Специальность 05.22.07 - «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Брянск - 2012

005010640

Работа выполнена на кафедре «Вагоны» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Брянский государственный технический университет»

Научный руководитель Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

доктор технических наук, профессор КОБИЩАНОВ В.В.

доктор технических наук, профессор

A.Н. Савоськин кандидат технических наук

B.В. Синицын

ЗАО НО «Тверской институт вагоностроения»

Защита состоится 21 февраля 2012 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.021.04 при Брянском государственном техническом университете (БГТУ) по адресу: 241035, Брянск-35, бульвар 50-летия Октября, 7, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского государственного технического университета.

Автореферат разослан «20» января 2012 г.

Ученый секретарь С.Л. Эманов

»' У'.''

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность задачи. Развитие пассажироперевозок выявило целесообразность использования на малонагруженных линиях двухосных вагонов. Кроме того, такие вагоны удобны для использования в качестве вагонов сопровождения. В 2001 году кафедрой «Вагоны» Брянского Государственного технического университета (БГТУ) получено письмо-заказ на разработку ходовых частей для двухосного вагона. В настоящее время ученые Европы, Азии и Америки уделяют большое внимание созданию двухосных вагонов с малой тарой и одноосных тележек. Отечественное вагоностроение, несмотря на потребность в двухосных вагонах малой тары, промышленных образцов одноосных тележек не имеет.

Оценка эффективности от внедрения новых ходовых частей вагонов, призванных обеспечить требуемый уровень безопасности, комфорта и хороших качеств хода, удовлетворяющим требованиям «Норм...», осуществляется посредством предварительных расчетов и результатов натурных испытаний готовых образцов.

Проведение экспериментальных исследований пассажирских вагонов на новых типах тележек требует значительных капитальных затрат. В связи с этим разработка методик математического моделирования движения пассажирского подвижного состава с различными вариантами конструкции ходовых частей является актуальной. Исходя из вышесказанного, видно, что проблема разработки отечественной конструкции одноосной тележки является актуальной.

Целью диссертационной работы является обоснование компоновочной схемы и параметров одноосной тележки пассажирского вагона малой тары на основе математического моделирования.

Общая методик:) исследований. Исследования проводятся с использованием современных методов математического моделирования.

На первом этапе производится определение инерциальных характеристик кузова вагона и определение жёсткостных параметров подвешивания тележки. Разрабатывается принципиальная и компоновочная схема тележки.

На втором этапе разрабатываются расчетные схемы двухосного экипажа на различных типах одноосных тележек. По расчётным схемам строятся твердотельные динамические модели двухосных вагонов с использованием ранее определенных инерциальных параметров кузова и жесткостных характеристик подвешивания тележки.

На третьем этапе оцениваются динамические показатели двухосных вагонов на различных типах одноосных тележек. По результатам исследований выбирается конструктивная схема тележки, обладающая наилучшими динамическими показателями.

На четвертом этапе выбираются рациональные параметры рессорного подвешивания тележки, включая обоснование распределения общего прогиба по ступеням подвешивания.

Научная новизна диссертации

1. Разработаны четыре детализированные динамические модели двухосных пассажирских вагонов на различных типах одноосных тележек и проведено исследование их динамических характеристик.

2. Предложена методика распределения прогибов по ступеням рессорного подвешивания тележек пассажирских вагонов с учетом массы ходовых частей, скорости движения вагона и величины общего статического прогиба при минимальном значении показателя плавности хода в вертикальном направлении.

3. Получена эмпирическая зависимость для определения доли буксового прогиба рессорного подвешивания от общего, минимизирующей значение показателя плавности хода пассажирского двухосного вагона в вертикальном направлении.

Достоверность полученных результатов. Обеспечена использованием широко известного программного комплекса моделирования динамики систем тел «Универсальный механизм», а также результатами натурных испытаний одного из тестируемых экипажей - одноосной тележки Токийского метрополитена.

Практическая значимость результатов исследований

1. Разработанная конструкция одноосной тележки с двухступенчатым рессорным подвешиванием позволяет создавать широкий спектр двухосных пассажирских вагонов. Произведен выбор рациональных параметров одноосной тележки предложенной конструкции.

2. Сформированные детализированные динамические модели экипажей на одноосных тележках позволяют при решении задачи выбора параметров рессорного подвешивания сократить затраты времени и повысить общее качество проектирования тележек.

3. Разработанная методика распределения прогибов по ступеням рессорного подвешивания и полученная зависимость позволяет выбирать рациональные параметры подвешивания тележек пассажирских вагонов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены на I - III Всероссийских и Международных научно-практических конференциях «Проблемы и перспективы развития вагоностроения» (г.Брянск, БГТУ, 2004, 2005, 2006 гг.), на 16-й, 17-й международных интернет-конференциях молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения (МИКМУС-2004, 2005, г.Москва, ИМАШ им.А.А. Благонравова РАН).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 8 печатных работ, из них 3 в издании, рекомендованном ВАК РФ. Получены: патент РФ на полезную модель одноосной тележки 1Ш 51373, патент РФ на изобретение одноосной тележки 1Ш 2347701, патент РФ на изобретение двухосной тележки модульной конструкции 1Ш 2329907.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из пяти глав, введения, заключения, списка использованных источников из 134 наименований. Общий объем диссертации составляет 150 страниц, включает 60 рисунков и 8 таблиц в текстовой части.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальное™ создания одноосных тележек пассажирских вагонов малой тары и разработки методик выбора рациональных параметров подвешивания тележек.

В первой главе диссертации произведен обзор применения двухосных вагонов на железнодорожном транспорте. Поставлена задача исследований. Сделан обзор теоретических исследований в области динамики подвижного состава железных дорог. Отмечается, что значительный вклад в области данных исследований внесли ученые ВНИИЖТа, ГосВННИИВа, МИИТа, ПГУПСа, УрГУПСа, ДИИТа, БГТУ и ряда других, научных и производственных организаций, а также ВУЗов: С.В. Вершинский, М.В. Винокуров, И.М. Бабаков, Б.В. Булгаков, Л.О.Грачева, В.Ф .Ушканов, А.Н.Савоськин, И.В.Бирюков, Г.П. Бурчак, Л.В, Винник, ВЛ. Гончарук, А.Э Павлюков, А.В. Смольянинов, Ю.П. Бороненко, А.П. Орлова, В.Д. Хусидов, М.М. Соколов, С.В. Мямлин, В.П. Воронович, В.Н.Данилов, В.А. Лазарян, В.Н. Котуранов, Г.И. Петров, А.А. Хохлов, П.С. Анисимов, В.В. Кобищанов, В.И. Селинов, Б.В. Медель, Т.А. Тибилов, К.Ю. Цеглинский, М.Ф. Вериго, В.В. Хусидов, АЛ. Коган, НА Ковалев, НА. Радченко, Ю.С. Ромен, А.А. Камаев, В.А. Камаев, Г. С. Михапьчен-ко, Д.Ю, Погорелов, Д. Я Антипин. Из зарубежных ученых, работающих в этой области необходимо отметить П.К. Мюллера, В.К. Гарга, Р.В. Дуккипати, С. Ни-шимура, Й. Сато, М. Сузуки, Т. Отаке, Й. Суда, А. Матсумото, Е. Батиста, Е. Гарсиа, Б. Лобато, С. Штихеля, Т. Йенделя, Р.-Д. Розе, О. Кретгека, П. Лехотски, Т. Домпке, Г. Шеффеля и многих других.

К настоящему времени глубоко исследованы вопросы, связанные с изучением динамики подвижного состава. С появлением специализированных программных комплексов появилась возможность подробно исследовать пространственные колебания подвижного состава железных дорог численными методами. Произведен обзор известных конструкций двухосных вагонов и одноосных тележек российской, советской и зарубежных разработок, произведен анализ достоинств и недостатков известных образцов и выработаны следующие требования к конструкции создаваемой одноосной тележки:

- повышенная аварийная безопасность;

- тележечная компоновка;

- хорошая плавность хода в вертикальном и поперечном направлениях, возможная к реализации только в двухступенчатой компоновочной схеме;

- универсальность применения любых типов упругих элементов в подвешивании тележки;

- малый вес ходовых частей;

- простота и дешевизна конструкции;

- простота эксплуатации и ремонта конструкции.

Во второй главе предложены две компоновочные схемы одноосных тележек. Особенностями обеих схем является наличие двух ступеней подвешивания.

Первая компоновочная схема условно названа «тележкой рычажного типа» (рис. 1). В буксовой ступени подвешивания упругий элемент расположен между буксой 3 и рамой 1 тележки и установлен на верхнюю опорную поверхность буксы. Для исключения взаимных угловых перемещений буксы и рамы относительно горизонтальной поперечной оси и передачи от рамы на буксу продольных нагрузок буксу и раму тележки связывают два продольных буксовых поводка 6. В бук-

совой ступени могут быть применены любые типы упругих элементов, например,

цилиндрические винтовые пружины.

В центральной ступени упругие элементы 2 расположены между рамой тележки и кузовом вагона Рама тележки подвешена к шкворневому брусу 5 посредством двух вращательных шарниров с осью поворота, параллельной горизонтальной поперечной оси. Шкворневой брус связан с кузовом посредством беззазорного резинометаллического шарнира 7 типа «упругий шкворень» с осью поворота, параллельной вертикальной оси. Особенностью центральной ступени подвешивания является то, что нагрузка на упругий элемент и его статическая деформация не равны нагрузке на ступень и пропорциональна плечам приложение. / Одноосная тележка рычажного типа: ния нагрузки. За счет применения а -вид сбоку; 6- вид сверху: 1- рама тележки; упругого шкворня тележка имеет

2- центральная ступень подвешивания; 3- возможность установки радиально в букса; 4- буксовая ступень подвешивания; 5- ]фИВЫХ_ Ддя возвращения ОСИ КО-шкворневои брус; 6-буксовый поводок; 7-упру- ядеаЛ в ней юе П0Л0Ж£.

гии шкворень; о-устройство для возвращения г

оси колесной пары в нейтральное положение ние предусмотрено специальное

устройство 8, состоящее из двух цилиндрических винтовых пружин и двух демпферов, установленных параллельно продольной оси вагона и связывающих кузов со шкворневым брусом тележки. В центральной ступени могут быть применены либо цилиндрические винтовые пружины, либо пневматические рессоры любого типа. Гашение колебаний осуществляется гидравлическими демпферами в обеих ступенях подвешивания.

Вторая компоновочная схема тележки условно названа «тележкой симметричного типа» (рис. 2). В буксовой ступени подвешивания упругие элементы расположены между буксой и рамой тележки. В центральной ступени подвешивания упругие элементы расположены между рамой тележки и кузовом подвижной единицы. В обеих ступенях могут быть применены любые типы упругих элементов, например, цилиндрические винтовые пружины. При использовании в любой из ступеней упругих элементов, обладающих малым внутренним трением, в подвешивание может быть введен гаситель колебаний. Тележка имеет два продольных поводка, связывающие раму тележки с кузовом подвижной единицы, расположенных антисимметрично относительно рамы тележки.

Рама тележки 1 опирается на буксу 2 через упругие элементы буксовой ступени подвешивания 3. Кузов вагона 4 опирается на раму тележки через упругие элементы центральной ступени подвешивания 5. Поперечные перемещения рамы

тележки ограничиваются упорами 6, расположенными на кузове. Продольные поводки 7 связывают раму тележки с кронштейнами 8, установленными на кузове вагона.

В качестве объекта исследования выбран короткобазный пассажирский вагон длиной по раме 13 м для пригородного сообщения.

По апробированной методике определены инерциальные характеристики кузова вагона и жесткостаые параметры подвешивания. Показано, что одна из предложенных компоновочных схем одноосных тележек имеет конструктивный запас по улучшению ходовых характеристик за счет возможности увеличения поперечной базы по осям центральных рессорных комплектов и увеличения величины статического прогиба. Сформированы исходные данные для моделирования динамики двухосных вагонов.

В третьей главе рассмотрена методика моделирования пространствен,, , л, ных колебаний систем тел в среде оте-

гис. 2 ионоосная тележка симметричного

типа: 1-рама тележки; 2-букса; 3- буксовая чественного программного комплекса ступень подвешивания; 4-кузов вагона; 5- ^НИВерсалЬНЫЙ механизм».

центральная ступень подвешивания; б- упор- При моделировании в среде

ограничитель; 7 - поводок; «Универсальный механизм» двухосно-

8-коонштейн поводковый го вагона возникает вопрос о досто-

верности результатов исследований. Проблема заключается в том, что кроме колебаний на упругих элементах, кузов совершает собственные изгибные колебания. При рассмотрении модели вагона в твердотельной постановке сложно учесть влияние собственных изгибных колебаний кузова на колебательный процесс экипажа. В этом случае возникает вопрос о корректности исследований двухосного вагона в твердотельной постановке. Методика определения показателя плавности хода вагонов, рекомендованная ОСТ 24.050.16-85, предписывает учитывать в расчетах частоты не более 20 Гц. Нормы МПС приводят следующую формулу для расчета круговых и линейных частот собственных изгибных колебаний кузова как упругой балки:

/V [Ё7 (1)

р‘~ I2 ЧрЯ’ .

_ р1 _ л/2 1Ж/ _ я? \EJlg (2)

П> ~ ~2тс ~ ^7\;р5 ~ ~1Г Ц0~ ’

где р; - 1-я круговая частота собственных изгибных колебаний кузова как упругой балки; / - номер частоты; I - база вагона; я,: - /-я линейная частота собственных изгибных колебаний кузова как упругой балки; (} - вес кузова;

Е = 2 • 10пН/м2 ■■ модуль упругости стали; /- момент инерции поперечного сечения кузова,

В случае двухосного вагона длиной по раме 13 м:

и, -3512. (3)

При этом низшие частоты равны:

и(=/ — 35 Гц, пЫ2 = 140 Гц, п^3 = 315 Гц, и т.д.

На основании полученного результата можно сделать выводы, что диапазон собственных свободных колебаний кузова как упругой балки находится далеко за пределами диапазона от 0 до 20 Гц, и на исследования пространственных колебаний двухосного вагона не может оказывать существенного влияния. Поэтому исследования пространственных колебаний двухосного вагона возможно проводить в твердотельной постановке.

Рассмотрено моделирование реальных неровностей рельсового пути согласно РД 32.68-96.

В четвертой главе произведен выбор рациональной конструкции одноосной тележки, основанный на результатах динамического моделирования двухосного экипажа на различных типах одноосных тележек.

Для решения поставленной задачи построены динамические модели двухосных вагонов на известных типах одноосных тележек, включая предлагаемые. При построении моделей и проведении сравнительных динамических тестов приняты следующие допущения:

- геометрические, массовые, инерциальные параметры кузова для всех моделей одинаковы;

- колесные пары, профили колес и рельсов, неровности рельсовых нитей для всех моделей одинаковы;

- условия испытаний для всех моделей одинаковы;

- различие моделей заключается в конструкции ходовых частей.

Рассмотрены четыре типа одноосных тележек: тележка БГТУ симметричного

типа; тележка БГТУ рычажного типа; тележка Токийского метрополитена; одноосная тележка МИИТ.

Динамические модели двухосного вагона на различных типах одноосных тележках представляют собой системы абсолютно твердых тел, связанных шарнирами и силовыми элементами, причем силовые элементы являются невесомыми, так как их масса крайне незначительно влияет на результаты исследования экипажа в целом. Абсолютно твердыми телами в модели являются: кузов вагона, рамы тележек, буксы, колесные пары. Силовые элементы моделируют различные технические устройства, такие как: пружины рессорного подвешивания, гасители колебаний, продоль-

ные поводки. Созданные модели двухосных вагонов на тележках симметричного типа, рычажного типа, Токийского метрополитена и МИИТ имеют 34, 36, 58 и 34 степени свободы соответственно.

На рис. 3-6 представлены общие виды динамических моделей двухосных вагонов на четырех типах одноосных тележек.

Рис. 3 Общий вид модели одноосной тележки: 1-рама; 2-колесная пара;

3-букса; 4-поводок; 5-централъная ступень подвешивания; б-буксовая ступень подвешивания; 7-вертикальный гаситель колебаний; 8-поперечный гаситель колебаний

Рис. 4 Общий вид модели одноосной тележки рычажного типа БГТУ: 1-рама; 2-брус шкворневой; 3-устройство для возвращения оси в нейтральное положение; 4-колесная пара; 5-букса; б-поводок буксовый; 7-подвешивание буксовое; 8-подвешивание центральное

Рис. 5 Общий вид модели одноосной тележки Токийского метрополитена:

1-шкворневой брус; 2-боковина рамы левая; 3-боковина рамы правая; 4-колесная пара; 5-букса; б-вибро- шумоизолирующая прокладка; 7-рессорное подвешивание; 8-вертикальный демпфер; 9-шкворневоы тяговый поводок;

10-продольно-поперечный демпфер

Тестирование динамических моделей двухосных вагонов осуществлено по следующим критериям:

-значения показателей плавности хода в вертикальном и горизонтальном (поперечном) направлениях 1¥в и IV/,

- коэффициент вертикальной динамики К/и,

- мощности сил трения в контакте «колесо - рельс», определяемые по кругу катания колеса и в контакте гребня колеса с боковой поверхностью рельса;

- коэффициент запаса устойчивости колесной пары от схода с рельсов по условию вкатывания гребня колеса на головку рельса. Кус, определенный по Нормам и по методикам Надаля и Вайнштока.

Динамические модели экипажей двигались по прямому участку пути в диапазоне скоростей от 10 км/ч до конструкционной (160 км/ч), а также в кривых минимально допустимого радиуса для конструкционной скорости К 1250 м в диапазоне скоростей от 10 км/ч до 160 км/ч и минимально допустимого радиуса магистральной кривой Я 300 м в диапазоне скоростей от 10 км/ч до предельно допустимой для этого радиуса скорости 72 км/ч.

Наиболее характерные графические зависимости исследуемых показателей представлены на рис. 7-- 9.

—л—Симметричная БГТУ Скорость, км/ч

"■"—Предельно допустимое для пассажирского вагона значение 3,25

—Ф—Рычажная БГТУ

-■Ж— Тележка Токийского метро

—♦—МИИТ

Рис. 7 Зависимость значения показателя плавности хода от скорости движения экипажей на прямом участке пути в вертикальном направлении

Рис. 6 Общий вид модели одноосной безрамной тележки МИИТ: 1 -букса; 2-колесная пара; 3-рама тормозная; 4-возвратник; 5-подвешивание рамы; 6-гаситель поперечных колебаний рамы; 7-рессорное подвегиивание кузова; 8-гаситель колебаний кузова; 9-композитная рессора подвешивания рамы тормозной к буксе

а)

б)

10 20 30 46 50

70 80 30 100 110 129 130 140 150 1ЕЙ

Скорей!&, ЮН

Ф—Симметричная БГТУ

—Предельно допустимое для пдсстщского вэгонэ значение 3,25 ©-«Рычажная ьГТу ж—Темжкз Токийского метро +-МИИТ

СмищмимЕГГУ -«-РшзммбГТУ -*-миит —таи»

-*с«мы?тр|м^я 5ГТУ —*-*Т*п©т КИИ» Скорость., км*ч

Рис. 8 Зависимости от скорости движения двухосного вагона: а - горизонтального значения показателя плавности хода, прямой участок пути; 6 - расчётного значения коэффициента вертикальной динамики; в - мощностей сил трения заднего набегающего колеса, кривая Л 1250 м; г - критерия устойчивости колеса от всползания на головку рельса по Вайтитоку для заднего набегающего колеса, кривая К 1250 м

55 55 65 9? 105 115 125 135 145 155

-----Допускаемое значение для пассажирских вагонов Свврег?*, ггам

—Лг~Симметричная БГТУ с поперечной базой 2470 мм и прогибом 220 мад —®—Рычажная БГТУ, МНИТ, Токийская и симметричная БГТУ с поперечной базой 2036 мм и прогибом 160 ода

И©1п

Анализ показал, что тележка симметричного типа обладает наилучшими динамическими показателями, удовлетворяющими требованиям Норм по качеству хода и безопасности.

Эта конструкция представляет интерес для использования под пассажирскими двухосными вагонами малой дайны с малой тарой.

Одноосная тележка симметричного типа может также применяться как модуль-тележка для формирования двухосной тележки пассажирского вагона. Предложена конструкция двухосной тележки (рис.10), обладающая меньшей по сравнению с тележкой тапа КВЗ-ЦНИИ массой обрессоренных частей и возможностью радиальной установки колесных пар в кривых. Тележка может быть применена под пассажирскими вагонами с

® 60 66 та 75 ® 86 90 95 1С0 1С6 110 115 12) 125 130 135 140 145 150 155 160

“А—Симштрлчная БГТУ с поперечной базой 2470мм и прогибом 220 мм С&оростъ, Кй^ч

НЯ-Рычажна*> БГТУ, МИЛТ, Токийская и симметрию» БГТУ с поперечной базой 2036 мм и прогибом 160 мм *=*»=*Допус!®емый Кус для пассажирских вагонов

Рис. 9 Зависимость коэффициента запаса устойчивости от всползания гребня колеса на рельс от скорости движения вагона (Нормы)

Рис. 10 Составная модульная тележка тссажирского вагона: 1-платформа; 2- рама;

3- скользун; 4- шкворневое устройство; 5- букса; 6-упругие элементы буксовой ступени подвешивания; 7- кузов вагона; 8- упругие элементы центральной ступени подвешивания; 9-упор-ограничитель; 10-устройство для возвращения рамы с колесной парой в нейтральное положение; 11-поводок; 12- крониипейн; 13- поводок межітатформенньш; 14-связь рамная диагональная

конструкционной скоростью до 200 км/ч.

Тележка составлена из сцепа одноосных тележек-модулей, в качестве которых с некоторыми доработками использована одноосная тележка симметричного типа конструкции БГТУ. Тележки-модули имеют двухступенчатое подвешивание. В первой ступени подвешивания упругие элементы 6 расположены между и рамой 2 и буксой 5. Во второй ступени подвешивания упругие элементы 8 расположены между платформой 1 и кузовом вагона 7 по схеме тележки ДР-1А. В обеих ступенях могут быть применены различные типы упругих элементов, например, цилиндрические винтовые пружины.

Вследствие особенностей передачи вертикальной нагрузки от кузова на колесные пары, рамы тележек-модулей не работают на изгиб в вертикальной плоскости, их нагруженносгь и металлоемкость снижаются.

На рамы каждой из одноосных тележек опираются платформы, причем платформы соединены поводками 11 с (кузовом вагона, а рамы соединены с платформами шкворневыми устройствами 4, обеспечивающими возможность поворота рамы относительно платформы в горизонтальной плоскости.

На криволинейных участках пути рамы тележек осуществляют радиальную установку колесных пар за счет их совместного поворота. Синхронизация поворота рам с колесными парами двухосной тележки обеспечивается введением диагональных тяг 14. Для возвращения колесных пар в нейтральное положение между платформой и рамой установлены специальные юзвращающие устройства 10, выполненные в виде винтовых цилиндрических пружин. Эффективное возвращение в нейтральное положение колесных пар под кузовом улучшает ходовые качества тележки в поперечном направлении, повышает устойчивость составной модульной тележки при движении по прямому участку пути и повышает безопасность вагона в целом.

Технико-экономический эффект от внедрения новой двухосной модульной тележки заключается в том, что рама и платформа тележки-модуля просты по конструкции и имеют низкий суммарный вес. Предложенная конструкция тележки имеет массу порядка 4700 - 5000 кг против 7500 кг у тележки типа КВЗ-ЦНИИ.

На конструкцию двухосной тележки получен патент РФ на изобретение Яи 2329907. На конструкцию тележки-модуля также получен патент РФ на изобретение 1Ш 2347701.

В пятой главе разработана методика выбора рационального соотношения прогибов ступеней подвешивания тележек пассажирских вагонов.

В Нормах МПС приводятся рекомендации о распределении прогиба между ступенями подвешивания для пассажирских вагонов. Рекомендации Норм заключаются в назначении величины доли буксового прогиба в интервале 15 - 30% от общего, в зависимости от величины статического прогиба подвешивания тележки. При этом не учитываются скорость движения, массы кузова и обрессоренных частей тележки, размеры вагона В связи с этим возникает задача определения величин рационального соотношения прогибов буксовой и центральной ступеней подвешивания тележек с двухступенчатым подвешиванием с учетом указанных параметров вагона.

В работе предложена оригинальная методика выбора рационального соотношения прогибов ступеней подвешивания тележки, обеспечивающих минимальные значения показателя плавности хода вагона.

Задача рассматривается при следующих ограничениях:

- исследования проводятся методом численного эксперимента;

- динамически модель вагона представляется сочетанием твердых тел;

- все упругие элементы являются линейными;

- демпферы не являются упруго-изолированными и имеют линейную зависимость величины сопротивления от скорости деформации.

Минимизация функции цели проводится при сканировании следующих параметров: величина буксового прогиба, изменение массы обрессоренных частей тележки, скорость движения вагона, общий прогиб подвешивания.

Целью методики является получение зависимости доли прогиба буксового подвешивания от массы ходовых частей и скорости движения при минимальном значении показателя плавности хода вагона.

На первом этапе оценивается влияние на величину показателя плавности хода вагона доли прогиба буксовой ступени, массы обрессоренных частей, общего прогиба подвешивания и скорости движения вагона. Строятся графические зависимости № = <р(А/б,Атход,У,/0), где IV - значение показателя плавности хода; 4Гб -доля прогиба буксовой ступени в процентах от общего; Лтш- доля массы обрессоренных частей тележки от массы кузова; V - скорость движения вагона; /0 - общий прогиб подвешивания тележки.

На втором этапе выбираются экстремумы из функций значения показателя плавности хода вагона от дож прогиба буксовой ступени. Строятся зависимости долей прогиба буксовой ступени от обрессоренной массы при фиксированных значениях общего прогиба и скорости движения и минимальных значениях показателя плавности хода

двухосноговагона4^б=¥’(г^'и1„1),/0бв|> V).

На третьем этапе полученные экспериментальные зависимости долей прогиба буксовой ступени от обрессоренной массы тележки, общего прогиба и скорости движения вагона обрабатывались по методу наименьших квадратов к виду

А/й = а0 + а,Атх,,, (4)

где а0и а,- функции, учитывающие влияние скорости движения на Л/б;

Лтхой~ Д°ля массы обрессоренных частей тележки от массы кузова.

Методика апробирована на примере выбора рационального соотношения прогибов ступеней подвешивания одноосной тележки симметричного типа вагона с малой тарой.

Регулирование величины обрессоренной массы тележки осуществлялось введением дополнительных точечных грузов с переменной массой по углам рамы.

Минимизация функции цели проводилась при сканировании следующих параметров: величина буксового прогиба (от 5% общего прогиба до 60%, шаг сканирования 5%); изменение массы обрессоренных частей тепежки(от 5% от массы кузова до 40%, шаг-5%); скорость движения вагона (от 60 км/ч до 160 км/ч, шаг-20 км/ч); общий прогиб подвешивания (от 160 мм до 240 мм, шаг 20 мм).

Типичная картина зависимости показателя плавности хода вагона от величины буксового прогиба представлена на рис. 11.

На рис. 12 приведена сводная информация о зависимости буксового прогиба от массы ходовых частей при минимальном значении показателя плавности хода и скорости 160 км/ч.

Рис. 11 Зависимость показателя плавно- Рис. 12 Зависимость Af& от Атхи> при мини-сти хода от буксового прогиба: I - муме W, различных общих прогибах и V~160 Атха)=5;2 - Ат^-Ю; 3 - ЛтхМ--=15; 4 - км/ч: I - /0=175 мм; 2 - fo=200 мм; 3 -Атхюд=20;5 - Атхы>-25; 6 - Jmxa>=30; 7 - /„=225 мм; 4 -/„=250 мм; 5 - график функ-AmIOd=35;8-JmXOd=40 ции АСб = ф(Дш)

На основании выполненных расчетов получено, что на величину показателя плавности хода вагона наибольшее влияние оказывают величина буксового прогиба и масса обрессоренных частей тележки.

В то же время влияние общего прогиба подвешивания и скорости вагона на долю буксового прогиба является несущественным. При этом минимальное значение показателя плавности хода вагона на предлагаемых тележках соответствует доле буксового прогиба 23 - 25% от общего.

Результаты численного эксперимента, обработанные с помощью метода наименьших квадратов, позволили получить выражение для величины буксового прогиба, минимизирующее показатель плавности хода вагона,

Af6 = (29,78 - 0,08V) + Ат^О^ОЗУ-0,037). (5)

Как видно, доля прогиба буксовой ступени несущественно зависит от величины общего прогиба рессорного подвешивания одноосной тележки предлагаемой конструкции. Определяющее влияние на величину доли буксового прогиба оказывает масса обрессоренных частей тележки. С увеличением доли массы обрессоренных частей тележек двухосного вагона от массы кузова значение показателя плавности хода растёт, следовательно, с точки зрения обеспечения хороших динамических качеств экипажа масса обрессоренных частей тележек должна быть минимальной, не более 5%.

Таким образом, разработанная методика позволяет определить величины рационального соотношения прогибов буксовой и центральной ступеней для вагонов на тележках с двухступенчатым подвешиванием, обеспечивающего минимальное значение показателя плавности хода вагона. Полученные соотношения прогибов буксовой ступени от общего прогиба рессорного подвешивания для двухосного вагона с принятыми параметрами находятся в интервале, рекомендуемом требованиями Норм, что подтверждает корректность разработанной методики.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ В диссертационной работе на основе проведенных исследований и выполненных разработок получены следующие результаты.

I. Разработаны две конструктивные схемы одноосных тележек двухосного пассажирского вагона малой длины (до 14 м) с двумя ступенями подвешивания. Харак-

терн ой особенностью первой схемы является совместное восприятие упругими элементами центральной ступени подвешивания колебаний виляния и бокового относа и рычажная компоновка центральной ступени подвешивания. Вторая схема основана на использовании бесчелюстного буксового подвешивания и расположения упругих элементов центрального и буксового подвешивания симметрично относительно оси колесной пары.

2. Показано, что первая собственная частота колебаний кузова как упругой балки длиной 14 м составляет около 35 Гц и находится за пределами интервала, рекомендованного методикой по определению значения показателя плавности хода вагона (до 20 Гц). Это позволило проводить исследования пространственных колебаний двухосного вагона в твёрдотельной постановке.

3. Построены четыре параметризованные твердотельные динамические модели двухосных пассажирских вагонов на одноосных тележках Токийского метрополитена, одноосных тележках конструкции МИИТ и на разработанных тележках рычажного и симметричного типов с двухступенчатым подвешиванием. Оценка адекватности динамических моделей проведена с использованием данных натурных испытаний двухосного вагона Токийского метрополитена.

4. В среде программного комплекса «Универсальный механизм» выполнен анализ динамических показателей двухосных вагонов с конструкционной скоростью 160 км/ч, на основе которого определена рациональная конструктивная схема одноосной тележки симметричного типа с двухступенчатым подвешиванием.

5. Применение предлагаемой тележки под вагоном сопровождения, разработанным Тверским вагоностроительным заводом, позволит полностью использовать несущую способность осей колёсных пар и снизить тару вагона на величину до 10 т по сравнению с базовым вариантом вагона на двухосных тележках. На конструкцию тележки получен патент РФ на полезную модель Яи 51373.

6. Предложен вариант применения одноосной тележки как модуля для формирования двухосных тележек посредством сцепа двух одноосных тележек, при этом снижение массы тележки составляет 2,5 т. На конструкцию составной модульной двухосной тележки получен патент РФ на изобретение 1Щ 2329907, на конструкцию одноосной тележки модуля - патент РФ на изобретение ГШ 2347701.

7. Разработана методика определения рационального соотношения прогибов буксовой и центральной ступеней подвешивания тележки, минимизирующего значение показателя плавности хода вагона в вертикальном направлении с учётом массы обрессоренных частей тележки и скорости движения.

8. Получена эмпирическая зависимость для определения рационального соотношения прогибов буксовой и центральной ступеней подвешивания одноосной тележки, показывающая, что на величину доли буксового прогиба от общего существенное влияние оказывает обрессоренная масса ходовых частей, и незначительно - скорость движения вагона Значение общего прогиба на долю прогиба буксовой ступени подвешивания не влияет. Для одноосной тележки значение доли буксового прогиба в процентах от общего составило 23 - 25%.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Забелин, АЛ. Одноосная тележка легковесного вагона/ А.Л. Забелин, В.И. Селинов. - М.: Тяжелое машиностроение, 2007 г. - № 4 — С.40.

2. Забелин, АЛ. Обоснование выбора конструктивной схемы и параметров подвешивания одноосной тележки пассажирского вагона/ АЛ. Забелин, В.В. Кобищанов. -М., Тяжелое машиностроение, 2010. - № 10. - С. 38 - 39.

3. Забелин, АЛ. Определение величины прогиба буксовой ступени подвешивания вагона с низкой тарой/ АЛ. Забелин, В.И. Селинов. - М.: Тяжелое машиностроение, 2008 г. - №3.- С. 38 - 39.

Другие публикации:

4. Забелин, АЛ. Выбор конструктивной схемы и параметров подвешивания одноосной тележки пассажирского вагона с конструкционной скоростью 160 км/ч/ АЛ. Забелин// Проблемы и перспективы развития вагоностроения: Материалы науч.-практ. конфУ под ред. В.В. Кобищанова. - Брянск: БГТУ, 2004. - С. 40-41.

5. Забелин, АЛ. Обоснование компоновочной схемы и параметров одноосной тележки пассажирского вагона/ АЛ. Забелин// XVI Международная Интернет-конференция молодых учёных и студентов по современным проблемам машиноведения «МИКМУС - пробмаш - 2004»: Тез. докл.-М., ИМАШ РАН, 2004. - С.62.

6. Забелин, АЛ. Определение величины прогиба буксовой ступени подвешивания вагона с низкой тарой// Проблемы и перспективы развития вагоностроения: Материалы II мевдунар. науч.-практ. конфУ под ред. В.В. Кобищанова. - Брянск: БГТУ, 2005.-С. 71-73.

7. Забелин, АЛ. Оптимизация прогибов ступеней подвешивания одноосной пассажирской тележки/ АЛ. Забелин// XVII Международная Интернет-конференция молодых учёных и студентов по современным проблемам машиноведения «МИКМУС

- пробмаш - 2005»: Тез. докл. - М., ИМАШ РАН, 2005. - С.81.

8. Забелин, АЛ. Модульная двухосная тележка пассажирского вагона/ АЛ. Забелин, В.И. Селинов, В.А. Кобищанов// Проблемы и перспективы развития вагоностроения: Материалы науч.-практ. конфУ под ред. В.В. Кобищанова. -Брянск: БГТУ, 2006. - С. 40-42.

9. Селинов, В.И. Билинейное подвешивание вагонов/ В.И. Селинов, АЛ. Забелин, В.П. Лозбинев. - М.: Тяжелое машиностроение, 2007 г. - №8.~ С. 33 - 34.

10.RU 51373 U1. Одноосная тележка подвижной единицы железнодорожного транспорта. Патент на полезную модель № 51373. Опубл. 10.02.2006, Бюл. № 4.

11.RU 2347701 С1. Одноосная тележка подвижной единицы железнодорожного транспорта. Патент на изобретение № 2347701. Опубл. 27.02.2009, Бюл. № 6.

12. RU 2329907 С1. Двухосная тележка подвижной единицы железнодорожного транспорта. Патент на изобретение № 2329907. Опубл. 27.07.2008, Бюл. №21.

13.RU 91701 U1. Специализированная железнодорожная платформа для перевозки контейнеров. Патент на полезную модель № 91701. Опубл. 27.02.2010, Бюл. № 6.

Забелин Алексей Леонидович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ОДНООСНОЙ ТЕЛЕЖКИ ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА 05.22,07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация.

Подписано в печать 16.01.2012 г. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная.

Офсетная печать. Печ. л.1. Уч.-изд .л. 1. Тиргіж 100 экз. Заказ. 4. Бесплатно

Издательство Брянского государственного технического университета. 241035, г. Брянск; БГГУ, бульвар 50-летия Октября, 7. Тел. 55-90-49

61 12-5/1764

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ОДНООСНОЙ ТЕЛЕЖКИ ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов

и электрификация

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Кобищанов В.В.

высшего профессионального образования

На п

ЗАБЕЛИН АЛЕКСЕИ ЛЕОНИДОВИЧ

Брянск-2012

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ..........................................................................2

ВВЕДЕНИЕ...............................................................................4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ......................................................................7

1.1. Возможность использования одноосных тележек на железнодорожном транспорте. Актуальность проблемы.....................7

1.2. Краткий обзор исследований в области динамики вагонов

и их ходовых частей.................................................................11

1.3. Обзор существующих компоновочных схем подвешивания легковесных вагонов....................................................................15

1.4. Общие выводы по главе 1 и постановка задач

исследования...........................................................................40

2. РАЗРАБОТКА КОМПОНОВОЧНОЙ СХЕМЫ ТЕЛЕЖКИ

И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДВЕШИВАНИЯ.....................42

2.1. Описание предлагаемых компоновочных схем одноосной

тележки пассажирского вагона малой длины..................................42

2.2. Расчет параметров кузова вагона и жесткостей подвешивания тележки.................................................................................45

2.3. Выводы по главе 2..................................................................54

3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПАССАЖИРСКОГО

ДВУХОСНОГО ВАГОНА.............................................................55

3.1. Методические основы моделирования динамики двухосных вагонов...55

3.2. Особенности моделирования пути произвольного очертания..........62

3.3. Реализация упруго-изолированных гасителей колебаний в динамической модели тележки......................................................65

3.4. Выводы по главе 3..................................................................76

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ДВУХОСНЫХ

ВАГОНОВ С ОДНООСНЫМИ ТЕЛЕЖКАМИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ.. ..77

4.1. Описание расчетных схем экипажей на различных типах одноосных тележек....................................................................77

4.2. Описание динамических моделей вагонов на одноосных тележках..........84

4.3. Критерии оценки динамических качеств тестируемых

двухосных экипажей...................................................................95

4.4. Результаты сравнительных динамических испытаний

двухосного вагона на четырех различных типах одноосных тележек... 105

4.5. Варианты применения разработанной одноосной тележки пассажирского вагона....................................................................117

4.6. Выводы по главе 4................................................................119

5. МЕТОДИКА ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОГО СООТНОШЕНИЯ ПРОГИБОВ СТУПЕНЕЙ ПОДВЕШИВАНИЯ ТЕЛЕЖЕК ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ...................................................120

5.1. Основные положения методики.............................................120

5.2. Влияние величины прогиба буксовой ступени на величину показателя плавности хода двухосного вагона.................................121

5.3. Влияние величины обрессоренных масс одноосной тележки

на прогиб буксовой ступени подвешивания..........................................128

5.4. Вывод зависимости для определения рациональных значений прогиба буксовой ступени подвешивания одноосной тележки.............130

5.5. Выводы по главе 5................................................................134

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ......................................136

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................138

ВВЕДЕНИЕ

Развитие пассажироперевозок выявило целесообразность использования на малонагруженных линиях двухосных вагонов. Кроме того, такие вагоны удобны для использования в качестве вагонов сопровождения. Заинтересованность в подобных вагонах проявляют страны Азиатского региона, о чем свидетельствуют переговоры представителей Иранских железных дорог с представителями ЗАО НО «Тверской институт вагоностроения» (ТИВ) и ОАО «Тверской вагоностроительный завод» (ТВЗ). Затруднение представляет отсутствие в отечественной практике современных конструкций ходовых частей для двухосных вагонов и сравнительно малый мировой опыт в этой области. В 2001 году кафедрой «Вагоны» Брянского Государственного технического университета (БГТУ) получено письмо-заказ на разработку ходовых частей для двухосного вагона. В настоящее время ученые Европы, Азии и Америки уделяют большое внимание созданию двухосных вагонов с малой тарой и одноосных тележек. Отечественное вагоностроение, несмотря на потребность в двухосных вагонах малой тары, промышленных образцов одноосных тележек не имеет.

Оценка эффективности от внедрения новых ходовых частей вагонов, в том числе и одноосных тележек, призванных обеспечить требуемый уровень безопасности, комфорта и хороших качеств хода, удовлетворяющим требованиям «Норм...» [1], осуществляется посредством предварительных расчетов и результатов натурных испытаний готовых образцов.

Проведение экспериментальных исследований пассажирских вагонов на новых типах тележек требует значительных капитальных затрат, что ограничивает возможность их применения. Однако существует необходимость оценки поведения конструкции и оптимизации ее параметров. В связи с этим разработка методик математического моделирования отдельных единиц подвижного состава и различных вариантов ходовых частей является актуальной. Их применение позволит частично заменить дорогостоящие натурные

испытания, что послужит поводом для принятия конструктивных решений с целью дополнительно обезопасить здоровье и жизнь пассажиров. Экономическое состояние железных дорог РФ показало необходимость таких исследований.

Современные расчетные комплексы позволяют со значительной долей достоверности моделировать динамическую нагруженностъ кузова вагона, а так же оценить его ходовые характеристики. Посредством численного моделирования можно так же проследить влияние динамических нагрузок на пассажиров и оценить опасность для их жизни и здоровья без проведения соответствующих натурных испытаний.

Исходя из изложенного, диссертационная работа посвящена разработке конструкции одноосной тележки короткобазного пассажирского вагона малой тары и оптимизации параметров рессорного подвешивания на основе динамического моделирования двухосного вагона на различных типах одноосных тележек.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- разработка принципиальных и компоновочных схем одноосных тележек оригинальных конструкций;

- разработка расчетных схем и динамических моделей одноосных тележек по принятым принципиальным и компоновочным схемам;

- определение рациональной компоновочной схемы новой тележки путем сравнительных испытаний динамических моделей с известными образцами одноосных тележек, существующих в мировой практике;

- выбор рациональных параметров рессорного подвешивания тележки с помощью динамического моделирования.

В качестве объектов для сравнения приняты тележка Токийского метрополитена [2 - 8] и одноосная безрамная тележка разработки Московского Государственного университета путей сообщения (МИИТ) [9].

В первой главе рассмотрена область применения одноосных тележек на железных дорогах России. Сформулированы цели и задачи исследования,

перечислены принятые ограничения. Проведен обзор актуальных исследований в области динамики подвижного состава. Произведены обзор и анализ существующих в мировой практике конструкций двухосных вагонов и одноосных тележек.

Во второй главе представлены оригинальные принципиальные и компоновочные схемы одноосных тележек. Произведен расчёт параметров двухосного вагона и рессорного подвешивания одноосной тележки.

В третьей главе приведены основные принципы формирования динамической модели пассажирского двухосного вагона, методические основы моделирования его динамики, особенности моделирования пути произвольного очертания. Также приведен вариант реализации упруго-изолированных гасителей колебаний в динамической модели тележки.

В четвертой главе проведено моделирование движения двухосных вагонов на одноосных тележках различных типов, приведено описание расчетных схем экипажей, описание динамических моделей, построенных по расчетным схемам, приведены критерии оценки динамических качеств тестируемых двухосных экипажей и представлены результаты сравнительных динамических испытаний двухосного вагона на четырех различных типах одноосных тележек, выбран рациональный вариант конструкции новой одноосной тележки.

В пятой главе разработана методика позволяющая определить величины рационального соотношения прогибов буксовой и центральной ступеней для вагонов на тележках с двухступенчатым подвешиванием; на основе её проведена оптимизация соотношения прогибов ступеней подвешивания одноосной тележки, рассмотрено влияние значения прогиба буксовой ступени на величину показателя плавности хода двухосного вагона, влияние массы обрессо-ренных частей одноосной тележки на прогиб буксовой ступени подвешивания, выведена зависимость для определения рациональных значений прогиба буксовой ступени подвешивания одноосной тележки.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Возможность использования одноосных тележек на железнодорожном транспорте. Актуальность проблемы

Опыт использования железнодорожного транспорта для перевозки пассажиров [10] показывает, что на малозагруженных линиях целесообразно использование двухосных вагонов. Страны Азиатского региона нуждаются в двухосных пассажирских вагонах, о чем свидетельствуют переговоры представителей Иранских железных дорог с руководством Тверского института вагоностроения (ТИВ) и Тверского вагоностроительного завода (ТВЗ). В 2001 году кафедрой «Вагоны» БГТУ получено письмо ТИВ, в котором предлагается принять участие в разработке ходовых частей для двухосного вагона.

Одноосные тележки могут использоваться в качестве ходовых частей для следующих типов вагонов:

а) двухосные пассажирские вагоны для пригородного сообщения в условиях малой загруженности линий;

б) вагоны сопровождения;

в) вагоны для перевозки персонала на промышленные объекты;

г) пассажирские вагоны на сочлененных тележках.

Известно, что загруженность пригородного транспорта существенно зависит от времени суток. Максимальная загрузка приходится на «часы пик», то есть время, когда основная масса пассажиров движется на работу или с работы. В остальное время суток вагоны пригородных поездов как правило заполнены не полностью. Это приводит к увеличению затрат на перевозку пассажиров. На малозагруженных линиях, например линиях, соединяющих населенные пункты, не имеющие промышленных предприятий, пассажиропе-ревозки с помощью четырехосных вагонов экономически невыгодны, так как полностью осевая нагрузка вагона не используется никогда. Следовательно, пассажироперевозки железнодорожным транспортом на подобных линиях с

помощью четырехосных вагонов убыточны. Экономически целесообразно для подобных линий иметь железнодорожные вагоны малой тары с малым количеством посадочных мест. В качестве транспортных средств на подобных линиях экономически выгодно применять двухосные вагоны, которые имеют, например, следующие параметры: масса тары - 25 ... 30 т, а длина по раме - 12 ... 13 м.

Применение подобных вагонов позволит максимально использовать осевую нагрузку, и как следствие, существенно снизить затраты на перевозку одного пассажира.

Пример подобного вагона приведен на рис. 1.1.

щ —1.....- -----1..... 1 ■ ^

1 □ 1 0 В В □ □ В В □ 0 1

с аяЭт 11111 /®Ч§9Е Ч

1ПТО1 1.ИЛЛ

¡¡дед

Планировка

ИТВТВ

таяв ни янян

Рис. 1.1 Вагон пассажирский двухосный для малозагруженных линий (вариант)

Вагоны сопровождения служат для переезда бригад сопровождения, обеспечивающих сохранность груза при перевозках в поездах [11]. Бригада сопровождения, как правило, состоит из экспедиторов отправителя, получателя или представителей службы безопасности участка транспортного коридора и включает не более десяти человек. Для перевозки подобного количества людей экономически крайне невыгодно использовать четырехосный пассажирский вагон по соображениям существенного недоиспользования не-

сущей способности колесных пар и, как следствие, существенного увеличения затрат на перевозку одного пассажира. Следовательно, экономически целесообразно в качестве вагона сопровождения применять двухосные пассажирские вагоны.

Другой пример вагона сопровождения -вагон сопровождения для рефрижераторной секции [12]. В практике Брянского машиностроительного завода была постройка пятивагонной рефрижераторной секции, включающей с себя:

- четыре грузовых вагона, оборудованных холодильными установками;

- один вагон сопровождения, оборудованный дизель-генераторными установками и приборами контроля за состоянием груза, и имеющий помещение для бригады сопровождения.

Практика показала, что пятивагонные рефрижераторные секции экономически невыгодны с точки зрения тарифов на перевозку грузов. Также совмещение в одном вагоне бытовых помещений и дизель-генераторных агрегатов существенно снижает уровень комфорта для бригады сопровождения.

Вариантом решения данной проблемы было создание АОРВ (автономного обслуживаемого рефрижераторного вагона). Вагон включал в себя:

- грузовое помещение;

- холодильные установки (одна или две, в зависимости от типа вагона);

- дизель-генераторный отсек;

- помещение для бригады сопровождения.

Недостатком данного варианта является существенное уменьшение объема грузового помещения вагона. Также, в связи с объединением вышеперечисленных помещений в одном кузове, бытовые помещения АОРВ весьма малы, что в совокупности с соседством бытовых помещений с довольно шумными агрегатами, как то дизель-генераторы и холодильные установки, существенно снижает уровень комфорта для бригады сопровождения.

Вариантом решения проблемы было бы применение следующей схемы:

- АРВ (автономный рефрижераторный вагон) любой существующей конструкции, имеющий грузовое помещение, холодильные установки и силовую дизель-генераторную установку;

- вагон сопровождения, имеющий бытовые помещения и аппаратное помещение с приборами контроля за состоянием перевозимого груза.

В связи с малой загрузкой вагона сопровождения, данный вагон по причинам, описанным выше, целесообразно иметь в двухосном исполнении.

Существует практика перевозки персонала к промышленным и иным объектам по специализированным веткам с помощью железнодорожного транспорта. Особенностями данных перевозок является следующее:

- вагон в обоих направлениях движется в загруженном состоянии;

- число пассажиров определенное и мало изменяется.

В этом случае также экономически целесообразно использовать двухосные вагоны с точки зрения простоты обеспечения необходимого числа мест для пассажиров при полном использовании несущей способности осей колесных пар.

Используемые в настоящее время конструктивные схемы двухосных тележек имеют некоторые недостатки. Серийные двухосные тележки имеют раму, объединяющую колесные пары в единую конструкцию. Рама тележки подвергается действию больших вертикальных нагрузок. В связи с тем, что основным видом деформации рамы является изгиб в вертикальной плоскости, то необходимость удовлетворения условий прочности приводит к значительной металлоемкости рамы и, следовательно, ее массы. Увеличение базы тележки, снижающее частоту колебаний виляния, значительно увеличивает массу рамы тележки, и как следствие, массу тары вагона, что экономически нецелесообразно.

Кроме того, существующие серийные конструкции двухосных тележек не позволяют произвести радиальную установку колесных пар в кривых, уменьшающую износ гребней колес и рельсов и улучшающую качество хода вагона. Применение для этой цели специальных промежуточных устройств,

обеспечивающих поворот колесной пары относительно рамы в горизонтальной плоскости, ведет к увеличению массы тележки и снижению экономичности перевозок.

Существует также способ применения одноосных тележек для формирования двухосных тележек посредством сцепа двух одноосных [13] (гл. I, п. 1.4, «Обзор существующих конструкций»). Основные достоинства формирования двухосной тележки из сцепа двух одноосных в сопоставлении с традиционной схемой двухосной тележки заключается в следующем:

- в связи с тем, что сцеп не имеет единой рамы, работающей на изгиб в вертикальной плоскости, масса ходовых частей вагона существенно снижается, что влечет за собой уменьшение тары вагона;

- появл�